Zin en onzin van HET BROEIKASEFFECT

Twintig jaar geleden was het broeikas-effect nog zo'n onbekend begrip dat de bekendste handboeken ecologie er maar een paar regels voor inruimden. Fosfaatbelasting van oppervlaktewater en het net bekend geworden begrip zure regen vroegen om de eerste aandacht.

Het startpunt voor de wereldwijde commotie voor het broeikaseffect ligt vermoedelijk in 1979 toen de World Meteorological Organization WMO, een VN-organisatie, haar eerste World Climate Conference hield. Maar nog in 1983 speelde het broeikas-effect in de Nederlandse "Brede Maatschappelijke Discussie' over de toekomst van de energievoorzienig een zeer bescheiden rol.

Vijf jaar later werd onder VN-auspiciën het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) opgericht dat als taak kreeg alle kennis op het gebied van klimaatverandering op zijn waarde te toetsen (scientific assessment), de consequenties voor klimaat en milieu aan te geven (impact assessment) en met beleidsaanbevelingen te komen (response strategies). Gisteren begon de grootste milieuconferentie aller tijden en het broeikas-effect is er het voornaamste onderwerp.

In de loop van vijftien jaar is het broeikas-onderzoek zo breed uitgewaaierd dat men niet makkelijk meer hoofdzaken en detail-studies uit elkaar houdt. Een bespreking van de stand van zaken kent onvermijdelijk een kunstmatige indeling en moet wel onvolledig zijn. Het juist vorige maand uitgekomen 1992 Supplement op het bekende IPCC-rapport van 1990 is een nuttige leidraad.

Modellenwerk

Het meest tot de verbeelding spreekt waarschijnlijk het meteorologische "modellenwerk' dat beoogt voorspellingen te doen over klimaatveranderingen die uit een bepaalde aangenomen stijging van het CO2-gehalte voortvloeien. Tot voor kort werd daarbij meestal een situatie nagebootst waarin het CO2-gehalte het dubbele was van hetgeen het was toen het grootschalige gebruik van fossiele brandstoffen begon (de 2xCO2-modellen). Steeds meer neigt men ertoe meer dynamische modellen te ontwerpen waarin de feitelijk waar te nemen stijgsnelheid van het gehalte CO2 en andere broeikasgassen is verdisconteerd.

Het werk aan de GCM's (General Circulation Models of Global Climate Models) begon kort na het Internationale Geofysisch Jaar (1957) toen geleidelijk aan voldoende computerkracht beschikbaar kwam. Nog altijd zijn de computers de "bottle neck' voor de verdere uitbreiding van het werk. Het eerste klimaatmodel werd al in de loop van de jaren zestig ontwikkeld door het Amerikaanse Geophysical Fluid Dynamics Laboratory (GFDL). Het kwam in 1975 met de voorspelling dat een verdubbeling van het CO2-gehalte tot een stijging van de gemiddelde aardtemperatuur van 3 graden Celsius zou leiden. (Deze uitkomst ligt nog steeds precies binnen de marges die tegenwoordig worden aangehouden voor het 2xCO2-effect: 1,5 à 4,5 graden volgens het IPCC Supplement).

Op dit moment is er een zestal modellen dat met enig gezag uitspraken kan doen over klimaatsveranderingen. Naast dat van het GFDL zijn dat onder andere die van het Goddard Institute for Space Studies GISS van de NASA (met James Hansen als voornaamste exponent), van het National Center for Atmospheric Research NCAR (met Stephen Schneider) en die van het Britse Meteorological Office UKMO.

Op vaste tijden vindt in het Oostenrijkse Villach een vergelijk en evaluatie van inrichting en uitkomsten van deze modellen plaats. Regelmatig worden ook onderling systeem-componenten uitgewisseld als bij voorbeeld de indruk bestaat dat het ene model wolkvorming beter nabootst dan het andere.

First principles

Voor een juiste waardering van de kracht van de modellen dient men te beseffen dat zij niet de veranderingen in het bestaande klimaat of bestaande weersystemen extrapoleren zoals voor het opstellen van weersverwachtingen gebruikelijk is. De modellen gaan, zoals dat heet, uit van "first principles' uit de fysica (ideale gaswet, behoudswetten, stralingswetten) en passen deze toe op de waargenomen samenstelling van de aardatmosfeer, de specifieke instraling van de zon en het reflecterend vermogen van het aardoppervlak. Dat men er redelijk in slaagt met deze fundamentele aanpak het huidige klimaat na te bootsen mag al een hoogstandje genoemd worden.

Dat is dan ook tegelijk de eerste zware test waaraan de modellen in de zogeheten validatie worden onderworpen: genereren ze geen onzin, geen niet bestaande windsnelheden of temperaturen. Liggen de klimaatgordels op de juiste plaats, gaat er geen massa verloren, enzovoort. Daarnaast onderzoekt men of de seizoenen, de overgang van zomer naar winter en terug, goed worden beschreven. Ten slotte gaat men na of de modellen het recente verleden op de juiste wijze kunnen voorspelllen: de laatste 120 jaar zijn zowel wat betreft de samenstelling van de atmosfeer als de ontwikeling van het klimaat tamelijk goed beschreven. Zelfs worden de modellen wel getoetst aan hetgeen aan klimaatgegevens bekend is geworden uit de ijstijden of het Mesozoïcum (de hete periode waarin de dinosauriërs leefden).

In de loop van de jaren zijn de modellen steeds beter geworden. Waren de eerste modellen vaak "nul-dimensionaal' omdat ze slechts aangaven hoezeer de de gemiddelde aardtemperatuur zou stijgen bij een 2xCO2-situatie (zonder bovendien aan te geven wanneer de nieuwe evenwichsttemperatuur zou zijn bereikt) de huidige modellen zijn alle drie-dimensionaal: ze geven de veranderingen afhankelijk van lengte, breedte en hoogte. Men zou ze zelfs vier-dimensionaal kunnen noemen omdat ze vaak ook al de te verwachten ontwikkelingen in de tijd laten zien: het zijn niet langer evenwichtsmodellen maar "transient'-modellen.

Tegenstanders van de beleidsaanwijzingen die uit het modellenwerk voortvloeien (vooral te vinden in de omgeving van president Bush) worden niet moe erop te wijzen dat ze nog steeds belangrijke tekortkomingen hebben. De beperkte computercapaciteit dwingt de meteorologen hun berekeningen uit te voeren voor een verhoudingsgewijs klein aantal punten (1900 punten geldt al als zeer fijnmazig). Per "punt' (met de grootte van een land als Frankrijk) moet noodgedwongen een homogeen klimaat worden aangenomen. Een ander beperking was dat de formidabele temperatuurs-invloed van de oceanen niet adequaat in de modellen kon worden verwerkt. Sinds kort zijn er vier modellen die dat wel doen (gekoppelde oceaan-atmosfeer modellen: CGCM's), zij het dat voor een realistische simulatie van het huidige klimaat nog omvangrijke "flux correcties' voor water en warmte nodig zijn. Hun voorspellende waarde is daarmee (nog) aanvechtbaar.

Andere tekortkomingen van de modellen zijn, onder meer, dat zij sterk vereenvoudigde schema's voor wolkvorming hanteren en geen rekening houden met een mogelijke reactie an de biosfeer (planten zouden extra koolstof kunnen gaan vastleggen). Ook het albedo-verhogende effect van de huidige grote hoeveelheden sulfaat-druppeltjes (sulfaat-aerosolen) in de atmosfeer, afkomstig van recente vulkaanuitbarstingen en zwavelhoudende brandstof, en het koelend effect van de uitdunnende ozonlaag zijn nog niet in de modellen verwerkt. De nog niet goed te voorspellen veranderingen in de ijskappen aan de polen zijn een ander probleem.

0,3 graad per decennium

In hetgeen de modellen voor de volgende eeuw aan klimaatsveranderingen voorspellen heeft zich sinds het IPCC-rapport van 1990 geen grote verschuiving voorgedaan. Nog steeds verwacht men, aldus het 1992 IPCC Supplement, een gemiddelde wereldwijde temperatuurstijging tussen de 0,2 en 0,5 graden Celsius per decennium, met 0,3 graad als beste schatting. Een verdubbeling van het CO2-gehalte zou uiteindelijk een temperatuurstijging van zo'n 3 graden bewerkstelligen. (Daarbij wordt nadrukkelijk aangetekend dat juist de sulfaat-aerosolen en de aantasting van de ozonlaag de werkelijke temperatuurstijging kunnen beperken.) Het temperatuur-effect zou op de gematigde breedten groter zijn dan in de tropen en op het noordelijk halfrond meer uitgesproken op het zuidelijk hafrond (door de bufferende invloed van de oceanen). De opwarming van het aardoppervlak gaat hand in hand met een koeling van de stratosfeer, een fenomeen dat vaak over het hoofd wordt gezien.

Dat het modellenwerk nog steeds kwetsbaar is mag blijken uit het feit dat de "transient' modellen boven sommige delen van de oceanen een beduidend kleinere (60 procent minder) temperatuurstijging door 2xCO2 voorspellen dan de evenwichtsmodellen. In andere opzichten zijn er echter tevredenstemmende overeenkomsten, bijvoorbeeld op het punt van neerslag en bodemvochtigheid. Het blijft teleurstellend dat de modellen vooralsnog niet in staat zijn aan te geven waar precies op de grote continenten temperatuur en neerslag zullen stijgen of dalen en hoe groot die veranderinmgen zullen zijn. Daarin vertonen ze nog sterk verschillende uitkomsten.

Een temperatuurstijging van 3 graden lijkt weinig, zeker vergeleken met temperaturen die miljoenen jaren geleden wel voorkwamen. Maar zo weinig is dit niet. Men dient te bedenken dat de gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak in de koude periode die direct op de Middeleeuwen volgde (schertsenderwijs wel de "Kleine IJstijd' genoemd) hooguit maar één graad lager was dan nu. En dat een temperatuurstijging met een snelheid van 0,3 graad per decennium zich nog niet eerder in het bestaan van de mensheid heeft voorgedaan. Het Franse onderzoek aan de vermaarde Vostok-ijskern uit het landijs op de zuidpool, die materiaal van de laatste twee ijstijden bevat en klimaat- en kooldioxydegegevens voor een periode van 160.000 jaar leverde, heeft dit aangetoond.

Overigens kennen de kou van de "Kleine IJstijd' en die van de echte ijstijden en de hitte van het Mesozoïcum verklaringen die slechts zijdelings verband houden met het huidige broeikas-effect. Dat het CO2-gehalte van de atmosfeer tijdens de ijstijden laag was wordt net zo makkelijk verklaard als een gevolg dan als een oorzaak van de afkoeling. De "Kleine IJstijd' schijnt samen te hangen met een ongewoon hoge zonneactiviteit (veel zonnevlekken), de echte ijstijden ontstonden uit veranderingen in de aardbaan en de stand van de aardas en mogelijk een aanpassing van oceaanstromen. Voor het hoge CO2-gehalte van de atmosfeer in het Mesozoïcum zijn geologische verklaringen aangevoerd.

Bewezen?

De hamvraag is natuurlijk of het broeikas-effect zich nu al bewezen heeft. Per slot stijgt het CO2-gehalte van de atmosfeer al twee eeuwen, zoals luchtinsluitsels in poolijs bewijzen, en vinden al 120 jaar goede temperatuurmetingen plaats. Twee onderzoeksgroepen, een Amerikaanse onder leiding van Hansen en een Britse onder leiding van Jones en Wigley, hebben de verspreid vastgelegde temperatuurmetingen van de laatste 120 jaar, na uitputtende schiftingen en correcties weten te herleiden tot gemiddelde temperaturen voor het gehele aardoppervlak. Die vertonen een trendmatige stijging van ongeveer 0,45 graad Celsius (met veel wonderlijke ups en downs in de reeks). Pijnlijk genoeg is dat wat minder dan de klimaatmodellen voorspellen en valt het net binnen de natuurlijke schommelingen in de aardtemperatuur. Er komt bij dat het zuidelijk halfrond ogenschijnlijk iets sneller opwarmde dan het noordelijk, terwijl de theorie het omgekeerde voorspelt. Het noordelijk halfrond lijkt overigens onlangs met een inhaalslag begonnen te zijn. Nieuw in het 1992 IPCC Supplement is de constatering dat de halve graad opwarming vooral het gevolg lijkt van een geringere nachtelijke afkoeling (door bewolking). Door sommigen wordt nu verondersteld dat de oude temperatuurmetingen toch nog onvoldoende voor neven-effecten zijn gecorrigeerd. Een nieuwe analyse van de metingen, met nog strengere correcties voor de effecten van stadsuitbreiding, ontbossing en irrigatie maar vooral ook van sulfaat-aerosolen lijkt het IPCC wenselijk.

Overigens zou het definitieve bewijs voor het broeikas-effect ook uit een andere hoek kunnen komen. De hoogste waarden voor de gemiddele temperatuur van het aardoppervlak van deze eeuw worden alle door de jaren tachtig geleverd en de jaren 1990 en 1992 tonen zich al evenzeer warmer dan vroeger werd geregistreerd. Zet deze trend door dan kan "het bewijs' al voor het einde van de eeuw geleverd zijn. Het IPCC noteert niettemin dat het bewijs waarschijnlijk niet binnen een decennium geleverd wordt.

Tot nu toe is hier het onderzoek besproken dat het effect bestudeert van een aangenomen stijging in het CO2-gehalte (of een aangenomen stijgsnelheid). Daaraan behoort logischerwijs vooraf te gaan het onderzoek naar de meest realistische schatting voor de ophoping van broeikasgassen in de atmosfeer, een onderzoek dat niet alleen fysisch-chemische maar ook socio-economische kanten heeft. Het nut van het modellenwerk zou in duigen vallen als bleek dat de aangenomen stijging van de concentraties broeikasgassen zich in werkelijkheid niet zal voordoen.

Oliebranden

De kans daarop is niet groot. De waarnemingsreeks op Hawai laat een onverzettelijke stijging zien en het ineenstorten van de economie in de voormalige Sovjet-Unie is vooralsnog niet in de metingen terug te vinden. De extra CO2-vorming door de oliebranden in Koeweit (1 procent van de jaarlijkse antropogene CO2-uitstoot) hebben dat effect misschien gedeeltelijk gemaskeerd.

Het IPCC steekt zeer veel energie in het opstellen van diverse emissie-scenario's (variërend van business-as-usual tot maximale bijstelling) en heeft de scenario's van 1990 belangrijk aangepast. Aanleiding daartoe vormde, onder andere, de versnelde uitfasering van de cfk's en nieuwe inzichten in de methaan-huishouding van de atmosfeer. Het blijkt dat de natte rijstbouw minder methaan afgeeft dan was aangenomen, maar dat methaan anderzijds ook minder snel wordt afgebroken in de atmosfeer. De nieuwe emissie-scenario's zijn gebaseerd op de meest actuele schattingen voor de groei van de wereldbevolking, de mate van ontbossing en de hoeveelheid "staand hout'. Ook de economische veranderingen in Oost-Europa, de Sovjet-Unie en het Midden-Oosten zijn erin verwerkt.

De verschillende scenario's tonen eens te meer aan dat er nog erg grote onzekerheden zijn over de omvang van de te verwachten ophoping van broeikasgassen. Alleen al in de koolstofkringloop zitten "gaten' die van dezelfde orde van grootte zijn als de jaarlijkse antropogene koolstof-uitstoot die nu voor 1989 en 1990 op 6 gigaton koolstof per jaar wordt gesteld. (Voor 1987 was dat 5,7 gigaton.) De zogeheten missing sink moet naar schatting jaarlijks ongeveer 1 à 2 gigaton koolstof afvoeren.

De koolstof-kringloop lijdt aan de statistiek van de grote getallen. Hij bestaat uit twee praktisch gescheiden kringlopen: de wisselwerking tussen atmosfeer en oceanen enerzijds en die tussen de atmosfeer en de terrestrische biosfeer (voornamelijk planten en plantenresten) anderzijds en in beide kringloppen gaan zeer grote hoeveelheden koolstof om. Omdat in de atmosfeer zelf naar verhouding weinig koolstof zit kunnen kleine aanpassingen van de kringlopen zeer grote consequenties hebben. In de huidige situatie nemen vooral de polair gelegen delen van de oceanen CO2 op en kenmerken de tropen zich door een zekere "outgassing'. Opwarming van het water en verplaatsing van de zeestromen kan dit beeld sterk beïnvloeden, zoals het El Niño verschijnsel in zekere zin illustreert (al heeft dat geen directe CO2-effecten).

Dat het ijs van Antarctica zal smelten, gelooft bijna niemand meer. Als de zeespiegel gaat stijgen, dan komt dat door thermische uitzetting van het water met een stijging van 2 tot 4 centimeter per decennium. Van rampscenario's van 6 meter stijging door afsmelting van West-Antarctica is al jaren geen sprake meer.

Huidmondjes

Over de wijze waarop de landvegetatie op een hogere temperatuur en een hoger CO2-gehalte zal reageren bestaat ook nog veel onduidelijkheid. Min of meer gevestigd is de opinie dat het extra CO2-aanbod de plantengroei zal bevorderen en tot een vergroting van de "standing crop' zal leiden. (Door de hoge CO2-spanning kunnen de huidmondjes van planten meer gesloten blijven en gaat minder waterdamp verloren.) Daarmee zou zóveel koolstof extra kunnen worden vastgelegd dat de manifestatie van het broeikaseffect een jaar of tien zou kunnen worden uitgesteld.

Daar staat tegenover dat een verhoogde temperatuur eerder de plantademhaling dan de fotosynthese lijkt te bevorderen, wat het tegenovergestelde effect heeft. En het smelten van de permafrost in de toendra's van het noordelijk halfrond kan een rotting van plantenresten op gang brengen die ongekende hoeveelheden CO2 en methaan in de atmosfeer brengt.

Geleidelijk breekt het besef door dat het nog maar te bezien valt of het gros van de vegetatie op aarde wel met extra groei op extra CO2 reageert. Steeds meer planten worden er gevonden die niet reageren op extra CO2 (soms onverklaarbaar, soms eenvoudigweg omdat de groei al door mineralen beperkt wordt) of die onder CO2-gestimuleerde groei extra zwaar van insektenvraat te lijden krijgen.

Zo onzeker zijn, kortom, de emissie-scenario's en de te verwachten klimaatontwikkelingen dat het goed beschouwd nog te vroeg lijkt om te filosoferen over de gevolgen voor natuur, landbouw en voedselvoorziening.

Dat betekent geenszins dat men de uitstoot van CO2 en andere broeikasgassen dan maar moet laten wat ze is. Het mechanisme van infrared trapping is zo doorzichtig, de stijging van het CO2-gehalte gaat zo snel dat een diep ingrijpende reactie van "de aarde' eenvoudigweg niet kan uitblijven. Zolang het wetenschappelijk onderzoek niet kan aangeven welke emissie-beperkingen minimaal vereist zijn zal men zich op het maximaal haalbare moeten richten.

Dat er iets gebeuren moet staat vast, al was het maar omdat het niet aangaat dat de geïndustrialiseerde landen de overige landen, die bijna letterlijk van de Prins geen kwaad weten, met een stijgende zeespiegel en een veranderend klimaat opschepen. In dit licht bezien is de felheid waarmee de energieverspillende geïndustrialiseerde staten aandringen op intoming van de slash-and-burn ontbossing in de Derde Wereld bijna onbetamelijk.

Met dank aan dr. A.P.M. Baede, KNMI.

Bronnen: 1992 IPCC Supplement: Scientific Assessment/ Chemistry of atmospheres. Door Richard P. Wayne. Clarendon Press. Oxford, 1991. ISBN 0-19-855571-7. / The changing atmosphere. A global challenge. Door John Firor. Yale University Press. New Haven & Londen, 1990. ISBN 0-300-03381-8. / Hothouse Earth. The Greenhouse effect and Gaia. Door John Gribbin. Black Swan. Londen, 1990. ISBN 0-552-99450-2. / Geenhouse Warming: Abatement and Adaptation. Door Norman J. Rosenberg (ed.). Resources for the future. Washington, 1991. ISBN 0-915707-50-0. / Scientific American, 1989-1992 / Energiespectrum, 1991-1992

Onder het broeikas-effect verstaat men het verschijnsel dat bepaalde gassen in de atmosfeer de warmteuitstraling van het aardoppervlak verkleinen. Dat het "broeikas-effect' bestaat is boven elke twijfel verheven. Zonder het effect zou de gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak op ongeveer -18 graden Celsius liggen waardoor zoiets als "leven' vrijwel onmogelijk zou zijn of tot een smalle klimaatzone beperkt moest blijven. Dat ook het "versterkte broeikas-effect', dat de laatste vijftien jaar zoveel aandacht krijgt, zich vroeg of laat zal manifesteren staat daarmee eigenlijk al evenzeer vast.

Hoe groot de invloed is die de huidige dampkring op de temperatuur van het aardoppervlak uitoefent, wordt inzichtelijk als men een ruwe energiebalans voor de gehele aarde opstelt en daarbij in eerste instantie aanneemt dat de dampkring juist géén invloed uitoefent op de de warmtestraling die haar passeert. Dat zou het geval zijn als er uitsluitend stikstof en zuurstof in voorkwam.

Sinds de zogeheten "zonneconstante', dat is de totale hoeveelheid zonne-energie van alle golflengten die per oppervlak en tijdseenheid de bovenste laag van de aardse dampkring bereikt, rechtstreeks door satellieten buiten de dampkring gemeten kan worden, heeft die berekening aan overtuigingskracht gewonnen. De zonneconstante wordt nu geschat op 1368 joule per seconde per m² (watt/m²), met een geringe spreiding door de jaarlijks variërende afstand aarde-zon. Ook wisselende hoeveelheden zonnevlekken veroorzaken in een 11-jarige cyclus een variatie van 0,1 procent, soms vermoedelijk oplopend tot 0,5 procent. Veranderingen in de zondiameter, die een 80-jarige cyclus kennen, hebben een nog onduidelijk effect.

Omdat de gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak, zeker op de korte termijn bezien, constant is en dat oppervlak geen bijdrage van betekenis onvangt van de hete aardkern (anders dan bij voorbeeld bij Jupiter en Saturnus het geval is), moet gelden dat er per tijdseenheid evenveel aardwarmte de ruimte wordt ingestraald als er van de zon wordt ontvangen.

De straling die de aarde per tijdseenheid van de zon ontvangt is gelijk aan het produkt van de aarddoorsnede en de genoemde zonneconstante. De werkelijk geabsorbeerde hoeveelheid straling is lager omdat de aarde-als-geheel zo'n 29 procent van de totale zonnestraling weerkaatst (de reflectiviteit of het "albedo' is 0,29).

Een redelijke benadering voor de hoeveelheid straling die de aarde afgeeft vindt men door aan te nemen dat de aarde een ideale zwarte straler is waarvoor de wet van Stefan-Boltzman geldt. De per oppervlak en tijdseenheid uitgestraalde energie is dan evenredig met de vierde macht van de absolute temperatuur van het aardoppervlak (T4). Uitgaande van het bekende oppervlak van de aarde vindt men makkelijk een temperatuur T waarbij de aarde precies evenveel straling afgeeft als ze van de zon absorbeert.

Deze exercitie leert dat er evenwicht zou zijn tussen zon en aarde als het aardoppervlak gemiddeld een temperatuur van -18 graden Celsius zou hebben. Dat is 33 graden te koud, (het gemeten gemiddelde ligt op +15 graden) maar de berekening is te grof om er verstrekkende conclusies uit te trekken. Een soortgelijke berekening voor Venus, die getoetst kan worden aan temperatuurmetingen van het planeetoppervlak door satellieten, komt echter veel ongunstiger uit. Het verschil tussen berekening en waarneming is daar ruim vijfhonderd graden. Inmiddels staat wel vast dat de grote hitte van het Venus-oppervlak zijn verklaring vindt in de typische samenstelling van de dichte Venus-atmosfeer die vrijwel volledig uit kooldioxyde bestaat.

Het was de Zweedse onderzoeker Arrhenius die al in 1896 de veronderstelling opperde dat het gas kooldioxyde (CO2) een doorslaggevende rol speelde in de warmtehuishouding van de aarde en dat de verbranding van steenkool, olie of aardgas tot klimaatsverandering moest leiden. Arrhenius zelf schreef het inzicht overigens toe aan de Franse wiskundige Fourier. Experimenteel onderzoek had uitgewezen dat CO2 kortgolvige infrarode straling (warmtestraling van een soort zoals de zeer hete zon die voornamelijk uitzendt) ongehinderd liet passeren, zoals ook stikstof en zuurstof dat doen, maar dat het, anders dan die twee gassen, langgolvige infrarode straling (met een golflengte tussen 12 en 17 micrometer) tamelijk effectief absorbeert. Daarbij warmt het zelf op en straalt het op zijn beurt langgolvige infrarode straling in alle richtingen uit.

Omdat de relatief koele aarde juist langgolvig infrarood uitstraalt en de absorptiepiek van CO2 dicht ligt bij het maximum van de aardse warmtestraling is de netto-uitkomst dat een deel van de aardse straling door het kooldioxyde wordt teruggezonden. Het betekent dat een evenwicht met de zonne-instraling pas bij een hogere aardtemperatuur tot stand kan komen.

Dat is wat bekend is geworden als het broeikas-effect, in het Engels correcter aangeduid met infrared trapping of radiation trapping. (In echte broeikassen overheerst een ander effect, zoals duidelijk werd toen men glazen ruiten door platen steenzout verving. De kas bleef warm, terwijl toch het steenzout geen langgolvig infrarood absorbeert.) Later kwam vast te staan dat ook waterdamp en ozon in het langgolvige infrarood absorberen, waterdamp (niet: wolken) is zelfs een krachtiger broeikasgas dan kooldioxyde. Infrarood-metingen met de Nimbus-4 satelliet hebben dit ook rechtstreeks kunnen bevestigen.

Belangrijk is dat het broeikas-effect wordt bewerkstelligd door sporegassen, door gassen die in zeer kleine hoeveelheden in de atmosfeer voorkomen. Juist van zulke sporegassen kunnen de concentraties door menselijk handelen makkelijk worden beïnvloed en dat blijkt pijnlijk genoeg ook het geval. Dat kwam voor het eerst duidelijk vast te staan bij de wereldwijde uitwisseling van meteorologische gegevens in het Internationale Geofysisch Jaar (1957). In hetzelfde jaar stelde de Amerikaanse onderzoeker Hans Suess tot zijn verrassing vast dat de archeologische C¹4 dateringsmethode begon te falen omdat er teveel fossiel, C¹4-arm koolstof in de atmosfeer terecht kwam. 1957 was ook het jaar waarin op Hawai (Mauna Loa) een tot op heden continue reeks waarnemingen aan CO2 begon die inmiddels het onweerlegbare bewijs vormt dat het CO2-gehalte van de atmosfeer de laatste 35 jaar stijgt en steeds harder stijgt.

Het beeld werd compleet door onderzoek van het landijs op Groenland dat goed te dateren luchtinsluitsels van vorige eeuwen blijkt te bevatten. Het CO2-gehalte van de aardatmosfeer blijkt eeuwenlang constant te zijn geweest (en bedroeg toen 280 ppmv, delen per miljoen volumedelen), maar ging omstreeks 1780 stijgen. Dat was het moment waarop de Industriële Revolutie begon en voor het eerst op grote schaal steenkool als brandstof werd ingezet.

Het CO2-gehalte van de atmosfeer is nu 350 ppmv. De stijging is zo dwingend dat al in het tweede deel van de volgende eeuw een verdubbeling ten opzichte van 1780 kan worden verwacht. Een snellere stijging heeft zich waarschijnlijk nooit eerder in de aardgeschiedenis voorgedaan.

Dat is niet alles. Inmiddels is bekend dat er een hele reeks is van drie- of meer-atomige gassen die in principe ofwel zelf tot krachtige "thermal-trapping' in staat zijn of langs chemische weg gassen kunnen doen onstaan met een broeikas-werking (indirect broeikas-effect). Waterdamp en ozon zijn al genoemd, andere gassen zijn methaan (CH4), lachgas (N2O) en vooral de chloorfluorkoolstofverbindingen als cfk-11 en cfk-12.

De conclusie is onontkoombaar: een versterkt broeikaseffect kan niet uitblijven, op de een of andere wijze zal de aarde "een uitweg' moeten vinden voor de extra watts per m² die de nieuwe atmosfeer terugstraalt al hoeft die uitweg niet per se apocalyptische vormen aan te nemen. Welke oplossing de aarde vindt en wat daarvan weer de consequenties zijn, daarop spitst zich in hoofdzaak het moderne broeikas-onderzoek toe. Niet op de vraag wanneer het definitieve bewijs van het effect geleverd zal zijn. Dat komt vanzelf.

Grafieken: Sinds 1957 vindt in het Mauna Loa Observatorium op Hawaï, op 3000 meter hoogte en ver van enige bebouwing, een continue registratie plaats van het kooldioxyde-gehalte van de atmosfeer. Sinds 1957 is de CO2-concentratie al met 10 procent gestegen. De jaarlijkse schommelingen in het CO2-gehalte worden veroorzaakt door seizoensvariatie in de plantengroei: zomers legt de fotosynthese veel CO2 vast.

De kracht van de klimaatmodellen blijkt uit hun vermogen het huidige klimaat te simuleren, uitgaande van elementaire fysische gegevens en principes. De figuur laat zien hoe groot de overeenkomst is tussen de temperatuur (in Kelvin) van het aardoppervlak zoals die voor januari wer berekend door het model van het National Center for Atmospheric Research (links) en zoals die werd waargenomen (rechts). Dat Engeland warmer was dan berekend komt doordat in deze simulatie het effect van de warme Golfstroom nog buiten beschouwing bleef.