We kregen meer zonnestralen door het corona-effect

Zomerserie De Zon: Straling Heeft de coronapandemie voor meer zon gezorgd? De lucht was vaak uitzonderlijk blauw, maar de relatie tussen zonnestraling, luchtvervuiling en bewolking is complex.

Illustratie Lieke Janssen

De hemel bleef hele dagen zonder vliegtuigstrepen. Dat was het eerste wat opviel. Het was begin april. De uitbraak van het coronavirus had het vliegverkeer stilgelegd. Daarna sprongen de blauwe luchten in het oog, want ze waren wel heel erg blauw. Het KNMI sprak over „diepblauw” en „uitzonderlijk blauw” . Als een van de oorzaken noemde ze de vermindering van de luchtvervuiling. Niet alleen door het wegblijven van de vliegtuigen. Ook het wegverkeer en de industriële activiteit waren afgenomen.

Betekenden die blauwere luchten ook dat er meer zonnestraling door de atmosfeer was gedrongen en de Nederlandse bodem had bereikt? Had die pandemische corona, met andere woorden, voor meer zon gezorgd? En als je op grotere en langere schaal keek, hoe was dan die relatie tussen luchtverontreiniging en zonnestraling? Zou het, verder doordenkend, zelfs kunnen dat de luchtverontreiniging van invloed is op de opwarming van de aarde?

Het KNMI verwees desgevraagd naar medewerker Pier Siebesma, tevens hoogleraar atmosfeer, weer en klimaat aan de TU Delft. Het was inmiddels medio mei. Aan de telefoon vertelde Siebesma dat hem die schonere, diepblauwe luchten natuurlijk ook waren opgevallen, en dat hij al had willen rekenen aan de zonne-instraling en wat hij het „corona-effect” noemde. Maar hij had er, „drukdrukdruk”, helaas nog geen tijd voor gehad. Dit telefoontje, zei hij, was een zet in de goede richting. Hij zou er op terugkomen. En stuurde alvast wat wetenschappelijke artikelen voor achtergrond.

De gemeten zonnestraling aan het aardoppervlak is tussen de jaren 50 en 80 in de bemeten delen van de wereld afgenomen – vóór de jaren 50 is er beperkt gemeten. De luchtverontreiniging nam in die periode juist toe. De zonnetrend is in 2001 voor het eerst betiteld als global dimming, door Gerald Stanhill en Shabtai Cohen van het Israëlische landbouwinstituut Volcani Center. Het omgekeerde wordt sinds de jaren 80 gezien, tenminste in Europa en de VS: een afnemende luchtverontreiniging, veroorzaakt door strengere milieuregels en opschoning van de zware industrie in Oost-Europa. Tegelijk neemt de zonnestraling aan het aardoppervlak er sindsdien toe. Die fase heeft de naam global brightening gekregen. Dat ‘global’ klinkt trouwens verwarrend. Het staat voor alle kortgolvige zonnestraling (global radiation genoemd) die op het aardoppervlak valt, zowel het directe als het diffuse zonlicht. In Azië is nog steeds sprake van dimming.

Verduisterende hoeveelheden

Je vermoedt dus, op basis van de trends, een verband tussen luchtverontreiniging en de zonnestraling die het aardoppervlak bereikt. Dat vermoeden was er al, want het deed zo denken aan vulkaanuitbarstingen. Die kunnen ook verduisterende hoeveelheden aerosolen in de lucht brengen. En van vulkaanuitbarstingen is bekend dat ze een tijdelijk koelend effect kunnen hebben – na de uitbarsting van de Pinatubo in 1991 zakte gedurende 15 maanden de wereldgemiddelde temperatuur met ruim een halve graad Celsius.

Maar dat zijn vermoedens. Hoe stel je zo’n verband eenduidig vast?

Om de trends te verklaren, kijken onderzoekers hoofdzakelijk naar de wolken en naar aerosolen (fijne deeltjes in de lucht). Die worden gezien als de belangrijkste beïnvloedende factoren. De door de mens veroorzaakte luchtverontreiniging hoort bij de groep van aerosolen. Maar er valt meer onder. Zand, stuifmeel en kleine druppeltjes zeezout bijvoorbeeld worden er ook toe gerekend. Dat maakt het lastig de precieze rol van luchtverontreiniging te bepalen.

Wie in ieder geval „een prominente rol” ziet voor aerosolen als oorzaak van dimming en brightening, is Martin Wild. Hij is hoogleraar bij het instituut voor atmosfeer- en klimaatwetenschappen aan de ETH in Zürich, en een van de toonaangevende mensen in dit veld. Hij noemde die prominente rol in een overzichtsartikel (2012) in het Bulletin of the American Meteorological Society. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen, zo legt hij uit aan de telefoon, ontstaan aerosolen. Bijvoorbeeld sulfaatdruppeltjes (gevormd uit zwaveldioxide) en roetdeeltjes. Allebei houden ze zonlicht tegen, elk op een eigen manier. Sulfaatdeeltjes reflecteren zonlicht, roetdeeltjes absorberen het.

Je kunt de rol van aerosolen onderzoeken door die van wolken uit te schakelen

Martin Wild hoogleraar

„Je kunt de rol van aerosolen onderzoeken door die van wolken uit te schakelen”, zegt Wild. „Door alleen naar wolkenloze dagen te kijken.” Dat is voor meerdere plekken op de wereld gedaan, en je ziet de trends van dimming en brightening dan terug. Maar niet overal even sterk. In China bijvoorbeeld is de rol van aerosolen groot, zegt Wild. „De trend van dimming is daar sterker zónder wolken dan met wolken.” En er is niet alleen regionale variatie, maar ook in de tijd. Tijdens de eerste tien jaar van dit millennium waren juist wolken de hoofdoorzaak van de wereldwijde netto dimming, concludeerde een groep Europese wetenschappers (waaronder Wild) in een artikel dat 20 maart is gepubliceerd in het tijdschrift Atmosphere.

Wat het extra lastig maakt, zegt Wild, is dat je wolken niet los kunt zien van aerosolen. Wolken kunnen zonlicht reflecteren. Die reflectie neemt toe als ze groter of dichter worden, of langer over de dag aanhouden, zegt Wild. „Het wordt complex, omdat aerosolen de vorming van wolken kunnen beïnvloeden.” En dat kan twee kanten op werken. Ze kunnen dienen als cloud condensation nuclei, deeltjes waarop waterdamp condenseert. Ze stimuleren zo de vorming van wolken, en de reflectie van zonlicht. Daarnaast komen er door toenemende vervuiling meer condensatiekernen in een wolk, zegt Wild. De waterdamp verspreidt zich dan over meer deeltjes. „De wolk wordt daardoor helderder, en reflecteert meer zonlicht.” Het werkt dus dimming in de hand.

 

Maar in sterker vervuilde gebieden zien wetenschappers ook dat de roetdeeltjes, die zonlicht absorberen, ervoor zorgen dat wolken opwarmen. Dat vermindert het temperatuurverschil tussen wolk en aardoppervlak, wat het opstijgen van warme lucht vanaf de grond remt. Waardoor zich minder wolken vormen. „Roet brandt de wolken als het ware weg”, zegt Wild. Dit werkt juist brightening in de hand.

Los daarvan heeft ook de opwarming van de aarde invloed op de vorming van wolken, op manieren die nog niet helemaal worden begrepen. En er is altijd natuurlijke variatie. Daarom is er over het precieze aandeel van aerosolen en wolken in de aan het aardoppervlak gemeten zonnestraling nog steeds veel discussie, zegt Wild. Datzelfde geldt voor het aandeel van luchtverontreiniging binnen het aandeel van aerosolen.

Verhitte debatten

Wild suggereert in zijn artikel uit 2012 dat luchtverontreiniging de opwarming van de aarde, door de uitstoot van broeikasgassen, heeft doorkruist. En flink ook. Het noordelijk halfrond warmde tussen de jaren 50 en 80 nauwelijks op, de periode dat de luchtvervuiling en de dimming er toenam. Maar tussen de jaren 80 en 2000, toen de vervuiling er afnam, versnelde de opwarming. Op het veel minder vervuilde zuidelijk halfrond verliep de opwarming veel geleidelijker. Probleem is dat klimaatmodellen dit verschil in opwarming tussen de halfronden vooralsnog niet reproduceren. Ook dit vraagstuk ligt nog open.

Dit alles heeft sommigen wel op ideeën gebracht. Zouden we de opwarming van de aarde niet kunnen remmen door enorme hoeveelheden aerosolen in de lucht te brengen? Het zwengelt verhitte debatten aan. Mag je op zo’n schaal ingrijpen? Wat zou het betekenen voor de menselijke gezondheid? Het RIVM heeft vorig jaar berekend dat de verbeterde luchtkwaliteit in Europa sinds 1980 ervoor heeft gezorgd dat de levensverwachting in Nederland met gemiddeld zes jaar is toegenomen. Martin Wild wijst op een ander effect. Bij meer luchtverontreiniging zullen zonnepanelen minder stroom produceren. Als China zijn luchtverontreiniging zou terugbrengen tot het niveau van 1960 zouden zonnepanelen zo’n 12 procent meer stroom leveren.

Terug naar het corona-effect en de Nederlandse zon. Het bleef een maand stil, maar medio juni mailde Pier Siebesma, van het KNMI en de TU Delft, weer. Opwinding! Het lijkt er inderdaad op dat corona voor aantoonbaar meer zon heeft gezorgd in Nederland, schrijft hij. Maar het blijft tricky. De lucht zou ook schoner kunnen zijn omdat de wind bovengemiddeld veel uit „schone” gebieden heeft aangevoerd. Hij moet er nog verder aan rekenen, samen met postdoc Marieke Dirksen.

De vondst van aardgas

Een week later belt Siebesma om de voortgang te bespreken. Net als Martin Wild wijst hij erop hoe lastig het is om de rol van aerosolen en wolken uit elkaar te trekken. Hij heeft het voor Nederland geprobeerd, samen met collega’s Reinout Boers en Theo Brandsma van het KNMI. Met data van vijf meetstations, over de periode 1966-2015. Ze stellen vast dat de trend van dimming in Nederland rond het jaar 1985 keerde.

Maar dat is als je alle dagen, ook de bewolkte, bekijkt. Dus met alle complexe, niet goed begrepen variaties in die bewolking. Neem je alleen de wolkenloze dagen dan zien ze over de hele periode een toename van de zonnestraling. „Dat in Nederland de dimming al zo vroeg is omgeslagen in brightening komt waarschijnlijk door de vondst van aardgas en de overstap van kolen op gas begin jaren 60”, zegt Siebesma. Ze concluderen verder dat de trend in Nederland over die vijftig jaar sterker is bepaald door veranderingen in bewolking. Ze hebben nog geprobeerd vast te stellen wat er dan is veranderd, zegt Siebesma.

We hoopten op één effect, maar er spelen er twee, en ook dit maakt het nog weer complexer

Pier Siebesma hoogleraar

Zijn de wolken doorlaatbaarder geworden, of zijn er minder wolken? „We hoopten op één effect”, zegt Siebesma, „maar er spelen er twee, en ook dit maakt het nog weer complexer, want ze werken elkaar tegen.” De wolken zijn namelijk doorlaatbaarder geworden, en er zijn er méér gekomen, niet minder. Wat hier exact de oorzaak van is, blijft een raadsel.

Op 8 juli mailt Siebesma weer. Nieuwe analyses van Dirksen maken het corona-effect „alleen maar significanter”, schrijft hij. Van medio maart tot medio juni lag de gemeten zonnestraling bijna 3 procent hoger dan het gemiddelde in de vier jaar daarvoor. Dat wil zeggen, op onbewolkte dagen, en alleen overdag, als de zon schijnt. Omgerekend betekent het, voor onbewolkte dagen, zo’n 15 watt per vierkante meter extra. Die waarde, schrijft Siebesma, past goed bij de waarneming van het RIVM dat de boven Nederland gemeten concentraties van roet, zwaveloxide en stikstofoxiden met 15 tot 20 procent zijn afgenomen. Het is allemaal zo bijzonder, en het begint zo sluitend te worden, schrijft hij, dat hij samen met Dirksen aan een publicatie werkt. Ze willen die vóór vrijdag 24 juli hebben ingediend. Daarna is hij met vakantie.

Woensdag 15 juli mailt Siebesma dat het artikel niet op tijd af zal komen. Maar Dirksen is inmiddels wel begonnen met de analyse op de windrichtingen. Op de dagen dat de wind uit het oosten komt, dus uit het geïndustrialiseerde aerosolrijke Ruhrgebied, is het verschil tussen de nu gemeten zonnestraling en het gemiddelde veel groter dan wanneer de wind uit het schonere noorden waait. „Dat versterkt onze hypothese dat de toename van de zonnestraling is toe te schrijven aan de afgenomen vervuiling.” Maar ze blijven voorzichtig, schrijft hij.

En dan eindigt hij z’n mail. „Wordt vervolgd…”