Hoe werkt het broeikaseffect?

Broeikasgassen houden warmte vast op aarde. Sterker nog, zonder broeikasgassen zou het op aarde ruim 30 graden kouder zijn dan nu. Het is dus maar goed dat ze er zijn. Maar hoe meer broeikasgassen er zijn, hoe warmer het is. Vandaar dat er afspraken zijn gemaakt om de menselijke uitstoot van broeikasgassen te stoppen zodat de aarde niet verder opwarmt. Het broeikaseffect is dé belangrijkste link tussen de koolstofkringloop en het klimaat op aarde. Hoe zit dat precies?

Licht van de zon schijnt op de aarde. Bewolking en het aardoppervlak reflecteren een deel van dat licht weer terug naar de ruimte. Een ander deel wordt geabsorbeerd door de aarde, waardoor die opwarmt. De aarde zendt die warmte weer terug naar de ruimte, in de vorm van infraroodstraling. De moleculen van de broeikasgassen absorberen die straling waardoor ze gaan trillen. Als ze ophouden met trillen, zenden ze de warmte weer uit. Voor een deel de ruimte in, maar ook – en dat is cruciaal – voor een deel terug naar het aardoppervlak. Op die manier blijft warmte gevangen in de atmosfeer.

Trillen met de frequentie van infraroodstraling

Alle moleculen trillen bij heel specifieke frequenties. Vergelijk het met een stemvork, die trilt met een vaste frequentie als je hem aanslaat. Die frequentie wordt bepaald door de vorm van de stemvork. Het speciale van broeikasgassen is nu dat de trillingsfrequentie van hun moleculen precies overlapt met de frequenties van de infraroodstraling die het aardoppervlak uitzendt. Daardoor kunnen broeikasgassen infraroodstraling opnemen door te gaan trillen, en kunnen ze die trilling ook weer terug omzetten in infraroodstraling.

Net als inkt: een paar gassen, een groot effect

In de atmosfeer van de aarde zitten maar heel weinig broeikasgassen. Als je vijfhonderdduizend moleculen lucht neemt, dan zitten daar iets meer dan tweehonderd moleculen koolstofdioxide (CO2) tussen, en maar één methaanmolecuul (CH4). Toch spelen die broeikasmoleculen een cruciale rol voor ons klimaat. Dat komt doordat alle ándere moleculen in de lucht, zoals zuurstof (O2) en stikstof (N2), helemaal niets bijdragen aan het broeikaseffect. Vergelijk het met een kleurstof. Je hebt maar één druppel inkt nodig om een heel glas water te kleuren.

Een van de belangrijkste gevolgen van het broeikaseffect is dat bij een hogere concentratie broeikasgassen meer warmte gevangen blijft, en dus minder warmte de aarde verlaat. Momenteel stijgt de temperatuur op aarde en daalt de temperatuur van de allerbuitenste schil van de atmosfeer, bevestigen metingen.

Bij elke verdubbeling van de concentratie broeikasgas neemt de temperatuur op het aardoppervlak 2,5 tot 4 graden toe. Hierbij houden we rekening met terugkoppelingen in het klimaatsysteem zoals sneeuw die smelt als het warmer wordt. Daardoor wordt het aardoppervlak donkerder en absorbeert het nóg meer zonlicht. Veel van zulke terugkoppelingen hebben te maken met de koolstofkringloop en met de rol die bodems, vegetatie en de oceaan daarin spelen. Daarmee is het broeikaseffect dé schakel tussen de koolstofkringloop en het klimaat. Alle processen in de koolstofkringloop beïnvloeden al honderden miljoenen jaren het klimaat. Op dit moment is de menselijke verstoring van de koolstofkringloop veruit de belangrijkste oorzaak voor de huidige opwarming.