Drukte rond de dampkring

T.E. Graedel, Paul J. Crutzen, Atmospheric Change. An Earth System Perspective. W.H. Freeman and Company, New York, 1993, ƒ 55,90 ISBN 0-7167-2332-8

De studie van veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer en de gevolgen daarvan heeft de afgelopen twintig jaar grote vorderingen gemaakt. Qua opzienbarende bevindingen en snelheid waarmee voortgang wordt geboekt kan zo langzamerhand een vergelijking worden getrokken met de hoogtijdagen in de moleculaire biologie (19501970). Een goed, systematisch overzicht van dit interdisciplinaire gebied, dat geschikt is voor hogescholen en universiteiten, ontbrak tot op heden.

Gelukkig wordt daar nu voor een belangrijk deel in voorzien door Atmospheric Change. Graedel van Bell Laboratories en Crutzen (Max Planck Institut) behandelen daarin de fysische, chemische en geologische aspecten van veranderingen in de atmosfeer. Hun boek bestrijkt de periode van het ontstaan der aarde tot vandaag en werpt een geschoolde blik op de toekomst.

Minder onzin

Er zou een hoop minder onzin over zaken als het broeikaseffect worden verkocht, wanneer een ieder die daarover iets ten beste wil geven zich gedwongen zou voelen eerst Atmospheric Change te lezen. Wie in het gebied van atmosferische verandering naar een tegenhanger zoekt van de ontrafeling van de DNA structuur door Watson en Crick, kan moeilijk heen om een artikel van Joe Farman en medewerkers dat in 1985 verscheen. Graedel en Crutzen beginnen er hun boek terecht mee.

Volgens dit artikel vertoont de ozonlaag boven Antarctica in de plaatselijke lente een sterk, en met de jaren toenemend verlies van ozon. Voor kenners van de ozonlaag kwam dit als een volledige verrassing. Er was in 1985 - zo dacht men - al zeer veel bekend over de chemie en fysica van de ozonlaag. Op grond daarvan werd een langzame en gering daling van de hoeveelheid ozon in de ozonlaag voorspeld.

James Lovelock, die enige jaren terug de milieuprijs van de Nederlandse Academie van Wetenschappen kreeg, ging zelfs een geringe afbraak van de ozonlaag nog te ver. Hij meende dat de levende natuur ook een bescheiden daling van de hoeveelheid ozon zou corrigeren. Farmans bevinding was dan ook zo ongeveer het equivalent van de constatering dat de Atlantische Oceaan voor de helft is leeggelopen. Een nadere analyse van het boven Antarctica ontdekte fenomeen leverde op dat in de plaatselijke lente sprake is van een non-lineaire relatie tussen de aanwezigheid van bepaalde broom- en chloorverbindingen en de concentratie ozon.

Oude lucht

Een andere spectaculaire bijdrage aan de kennis van atmosferische veranderingen vloeit voort uit boringen in het ijs van gletsjers en poolgebieden. De bij deze boringen verkregen boorkernen maken het mogelijk terug te kijken in de tijd. In het ijs zitten bellen met "oude lucht' ingevroren, waarvan de samenstelling kan worden geanalyseerd. De verhouding tussen de zuurstofisotopen O en O in het ijs is voorts een maat voor de temperatuur ten tijde van de ijsafzetting. De gemaakte analyses laten zien dat er een sterke correlatie is tussen enerzijds de temperatuur en anderzijds de atmosferische concentraties van broeikasgassen als kooldioxide, methaan en distikstofoxide (NO). Deze bevinding steunt de inmiddels meer dan een eeuw oude theorie van Ahrrenius dat een verhoogd gehalte broeikasgassen in de atmosfeer een opwarmend effect heeft op het klimaat.

De reconstructies die van de atmosferische veranderingen gedurende de laatste tienduizenden jaren zijn gemaakt wijzen erop dat de huidige wijzigingen in de samenstelling van de atmosfeer zeer snel gaan. De verandering in het CO-gehalte van de atmosfeer verloopt tweehonderd maal zo snel als gedurende de laatste grote warmtegolf, 130-140 duizend jaar terug. De concentratie distikstofoxide en de neerslag van nitraten waren in de prendustriële eeuwen ruwweg stabiel, maar schieten de afgelopen eeuw omhoog.

Ook is het, zo blijkt uit Atmospheric Change, mogelijk gebleken voor koolstof-, stikstof-, zwavel- en chloorverbindingen en voor een aantal metalen de stromen (fluxen) door het milieu kwantitatief in beeld te brengen. Daarmee kunnen de veranderende hoeveelheden van deze stoffen in bepaalde delen van het milieu worden verklaard.

Non-lineariteiten

Ondanks alle vorderingen in de kennis zijn we in heel wat gevallen niet in staat om de gevolgen van atmosferische veranderingen betrouwbaar te voorspellen. De vraag of en wanneer er non-lineariteiten voorkomen in de atmosferische processen en in de interacties tussen de atmosfeer en de rest van de aarde is nog maar zeer ten dele beantwoord. Farman struikelde bij zijn metingen aan de ozonlaag boven Antarctica bij toeval over één van deze non-lineariteiten.

Er zijn sterke aanwijzingen voor non-lineariteit in de wisselwerking tussen de temperatuur van de atmosfeer en wat wij de warme Golfstroom noemen. En het is zeker niet uitgesloten dat bescheiden veranderingen in atmosferische samenstelling grote temperatuursveranderingen met zich meeslepen. Maar over het antwoord op de vraag bij welke atmosferische verandering de warme Golfstroom omslaat in een koude Golfstroom tasten we in het duister. Onvolledige kennis over de meekoppelingen en tegenkoppelingen in de relatie tussen de concentratie broeikasgassen en de stijging van temperatuur laten in de voorspellingen over de toekomstige temperatuur een ruime onzekerheidsmarge. Ook ontbreken nog veel antwoorden op kwesties rond de rol van deeltjes en ijskristallen in de atmosfeer.

Roetinjecties

Hoewel Atmospheric Change een zeer degelijk boek is, is het zeker geen conventioneel boek. Wie bijvoorbeeld had verwacht dat aan het eind naar goed gebruik met name ruime aandacht zou worden besteed aan de mogelijkheden om door een verminderde uitworp van atmosfeer belastende gassen de verandering van de atmosfeer te beperken komt bedrogen uit. Atmospheric Change besteedt nu juist de meeste aandacht aan methoden om ongewenste veranderingen in de atmosfeer teniet te doen door andere atmosferische veranderingen. Zo worden voorstellen besproken om de opwarming van de atmosfeer door broeikasgassen teniet te doen met behulp van zwaveldioxide- of roetinjecties.

Er wordt voorgerekend dat daarvoor dagelijks enige duizenden raketten met een SO- of roetkop de stratosfeer in moeten worden geschoten. Het tegengaan van de dalende ozonconcentratie boven Antarctica is theoretisch mogelijk door dagelijks met behulp van enige honderden vliegtuigen 50.000 ton koolwaterstoffen de ozonlaag in te pompen. Mengproblemen en neveneffecten van dit soort omvangrijke operaties maken het volgens Graedel en Crutzen overigens twijfelachtig of de mensheid met deze vorm van probleembestrijding netto goed af is.

De uitsmijter van het boek is daarom dat het zaak is al het mogelijke te doen ter minimalisering van de "planetaire stress'. De aarde, zo Graedel en Crutzen, is tenslotte de enige planeet die we hebben.