Broeikaswerking, 1970-2015

Inleiding Broeikaswerking

Door de aanwezigheid van broeikasgassen in de atmosfeer wordt er warmtestraling vanuit het aardoppervlak vastgehouden. De belangrijkste broeikasgassen zijn waterdamp (H₂O), koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), ozon (O₃), distikstofoxide of lachgas (N₂O) en gehalogeneerde koolwaterstoffen (CFK's, HCFK's, PFK's, en SF₆). Daarnaast bevat de atmosfeer deeltjes of aerosolen, zoals sulfaat, roet en nitraat, die ook een effect hebben op de stralingsbalans (IPCC, 2013). CO₂, CH₄, N₂O en gehalogeneerde koolwaterstoffen zijn door hun lange levensduur goed gemengd in de atmosfeer. De concentratie in de atmosfeer van de andere gassen en deeltjes varieert meer over de aarde. Door het meten op verschillende stations kan toch een mondiaal gemiddelde concentratie worden berekend.

Door de aanwezigheid van deze broeikasgassen en deeltjes is de temperatuur ongeveer 33 °C hoger dan wat het zou zijn in de afwezigheid van de gassen (+15 °C in plaats van -18 °C), en is er leven op aarde mogelijk zoals dat het er nu is (IPCC, 2013).

Veel van deze gassen worden gevormd en afgebroken door natuurlijke processen. In de niet door de mens verstoorde situatie was er ook al een natuurlijke achtergrondconcentratie van deze gassen in de atmosfeer aanwezig. Dit heet het natuurlijk broeikaseffect. Door menselijk handelen worden nu meer broeikasgassen uitgestoten, waardoor het natuurlijke evenwicht verstoord wordt en hun concentraties in de atmosfeer toenemen. Hierdoor wordt er meer energie/warmte bij het aardoppervlak vastgehouden. Door deze versterkte broeikaswerking, ook wel stralingsforcering genoemd, neemt de temperatuur aan het aardoppervlak toe.

• Inleiding tot het broeikaseffect

Broeikaswerking neemt verder toe

De versterkte broeikaswerking door CO₂, CH₄, N₂O, fluorhoudende broeikasgassen en 'overige gassen 'bedroeg gemiddeld over 2015 ruim 2,5 Watt per m² (op basis van NOAA, 2015 en AGAGE, 2016). Dit is een stijging van 1,7 W/m² ten opzichte van 1970. De snelheid waarmee de broeikaswerking toeneemt fluctueert jaarlijks, maar steeg de afgelopen jaren van rond de 0,04 W/m² per jaar in de jaren negentig tot 0,05 W/m² per jaar in afgelopen 5 jaar.

De broeikaswerking komt hiermee in de buurt van de 2,9 W/m², de stralingsforcering waarmee volgens het IPCC de mondiale temperatuurstijging waarschijnlijk (>67%) beneden 2 °C (tov pre-industrieel) blijft (IPCC, 2014). Gegeven de gemiddelde stijging van de afgelopen 10 jaar, zou deze 'grenswaarde' binnen de komende 10 jaar overschreden kunnen worden.

Bijdrages individuele broeikasgassen onder het Kyoto en Montreal Protocol aan de versterkte broeikaswerking

Koolstofdioxide (CO₂) droeg in 2015 voor 66% bij aan de versterkte broeikaswerking, methaan (CH₄) voor 17%, distikstofoxide (lachgas, N₂O) voor 7%, de gehalogeneerde koolwaterstoffen onder het Montreal-protocol (met name CFK's en HCFK's) samen voor 9%, en gehalogeneerde koolwaterstoffen onder het Kyoto protocol (c.q. PFK's, HFK's en SF6) samen voor <1%. (NOAA, 2015 en AGAGE, 2015).

De bijdrage van CO₂ neemt nog steeds toe, die van CFK's en HCFK's af (door stopzetten van de CFK-productie als gevolg van het Montreal-protocol, UNEP, 1987).

• Concentratie broeikasgassen, 1950-2018

Bijdrage overige broeikasgassen

Naast de bovengenoemde gassen met een versterkende broeikaswerking is er ook een categorie van "overige broeikasgassen" die een netto koelende werking hebben, bestaande uit ozon, waterdamp en aerosolen/deeltjes. Deze hadden in 2015 in totaal een afkoelende werking van ongeveer 0,44 W/m². Als zodanig compenseren deze voor 15% de versterkte broeikaswerking (NOAA, 2016 en AGAGE, 2016).

Aerosolen zijn stofdeeltjes in de lucht. Aerosolen kunnen uit natuurlijk processen (bijvoorbeeld oceanen, vulkaanuitbarstingen) komen maar ook het gevolg zijn van antropogene activiteiten (bijvoorbeeld biomassaverbranding). Een deel van de aerosolen wordt direct als stofdeeltje uitgestoten in de atmosfeer, een deel wordt via chemische reacties gevormd in de atmosfeer uit gassen zoals zwaveldioxide, stikstofoxiden en ammoniak.

De invloed van aerosolen op het klimaat is complex. Sommige aerosolen hebben een koelende werking (bijvoorbeeld sulfaat en nitraat deeltjes), doordat zij het zonlicht reflecteren, andere aerosolen hebben een opwarmende werking, doordat zij juist het zonlicht absorberen (bijvoorbeeld roetdeeltjes). Daarnaast treden aerosol/stofdeeltjes in de atmosfeer op als condensatiekernen voor water en hebben zij daardoor een effect op de wolkvorming en zo indirect op het klimaat.
De totale broeikaswerking van aerosolen was in 2015 rond -0,76 Watt per m² (= een koelende werking), in het jaar 2000 was dit nog -0,83 Watt per m². De dalende concentratie (en dus ook verminderde koeling) is vooral een gevolg van gevoerd beleid ter verbetering van luchtkwaliteit.

Daarnaast is ook ozon (O₃) een belangrijk broeikasgas waarvan de concentraties worden beïnvloed door menselijk handelen. In tegenstelling tot de andere broeikasgassen wordt ozon niet direct door de mens uitgestoten. Ozon wordt in de atmosfeer gevormd, en deels in de atmosfeer en deels aan het aardoppervlak weer afgebroken. Ozonconcentraties worden beïnvloed door uitstoot van stoffen die ozon vormen of afbreken, zoals stikstofoxiden, vluchtige organische stoffen, en chloor- en broombevattende koolwaterstoffen.
 Als gevolg van menselijk handelen is de ozonconcentratie in de troposfeer, dat is het lage gedeelte van de atmosfeer, de laatste eeuwen toegenomen. Deze toename versterkt de broeikaswerking van de mondiale broeikasgassen met 0,4 ± 0,2 W/m² (IPCC, 2013). Dit maakt troposferisch ozon na koolstofdioxide en methaan het derde broeikasgas, gemeten naar bijdrage aan de versterkte broeikaswerking. In de stratosfeer, dat is de hogere atmosfeer, is de ozonconcentratie na 1980 juist afgenomen. Dit komt door toename van concentraties van chloor- en broomverbindingen, die in de stratosfeer uiteenvallen en daar ozon kunnen afbreken. Hierdoor is de broeikaswerking van ozon dus juist afgenomen en wel met -0,05 ± 0,1 W/m² sinds 1750 (IPCC, 2013).
 
De broeikaswerking van waterdamp wordt momenteel geschat 0,07 Watt per m² (IPCC, 2013).

Beleid ten aanzien van broeikaswerking

Het Klimaatverdrag van de Verenigde Naties uit 1992 heeft als doel om de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer te stabiliseren tot op een niveau waarbij een gevaarlijke menselijke beïnvloeding van het klimaat wordt vermeden (UNFCCC, 1993). Het Kyotoprotocol uit 1997 (UNFCCC, 1997) was een eerste aanzet richting reducties van mondiale emissies van broeikasgassen om zo stabilisatie van broeikasgasconcentraties te bereiken. De gassen koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄), lachgas (N₂O), HFKs, PFKs en SF₆ vallen onder het Kyoto protocol. Tijdens de Klimaatconferentie in Parijs (2015) is hier een vervolg op gegeven door scherpere doelstellingen op lange termijn te formuleren. Het voorkomen van een 'gevaarlijke beïnvloeding van het klimaat' zoals geformuleerd in het Klimaatverdrag is tijdens deze conferentie vertaald naar een opwarming van de aarde tot ruim onder 2 graden ten opzichte van pre-industrieel, met 1,5 graad als streefwaarde (UNFCCC, 2015). Om dit te bereiken moeten de mondiale emissies van broeikasgassen in de komende decennia sterk worden gereduceerd.

• Klimaatverandering: beleid ter vermindering van broeikasgasemissies

CFK's en HCFK's maken geen deel uit van het Klimaatverdrag. Deze stoffen worden gereguleerd in het kader van het Montreal-protocol (UNEP, 1987), het verdrag voor de bescherming van de ozonlaag.

• Aantasting van de ozonlaag: beleid