Marc Desmet
Module 1.6 Andere basisprincipes : Feedback mechanismen en de koolstofcyclus.
Om deze module af te ronden introduceren we 3 basisprincipes die u moet kennen om te begrijpen hoe klimaatwetenschap werkt: de stralingsforcering, feedback mechanismen en de koolstofcyclus.
1.Stralingsforcering.
In een vorige module hadden we het over natuurlijke krachten die het klimaat kunnen beïnvloeden, bv. vulkaanuitbarstingen. Die verspreiden aerosolsdeeltjes in de atmosfeer die een deel van het binnenkomende zonlicht blokkeren en ons klimaat beïnvloeden op dezelfde manier als de CO2 uitstoot van uw auto. Dus hoe kunnen we weten welke veranderingen het klimaat beïnvloeden?
Als we naar de afbeelding hierboven kijken [1], kunnen we een ruwe beoordeling maken van het relatieve belang van verschillende factoren. We meten hun belang aan de hand van hun geschatte stralingskracht, nl. de energie per tijdseenheid die een gegeven forcering per vierkante meter uitoefent op het aardoppervlak.
Hoe lezen we deze grafiek?
Er zijn opwarmings- en afkoelende factoren, van natuurlijke en van menselijke oorsprong. De toename van broeikasgasconcentraties door verbranding van fossiele brandstoffen zijn een menselijke opwarmfactor. De vervuiling van zwaveldioxide door rook, vormt aerosols, waarover we het al hadden, en reflecteert een deel van het zonlicht terug naar de ruimte. Dus dat is een menselijke afkoelingsfactor. Ze compenseert echter maar een beetje voor de door ons veroorzaakte broeikasgasopwarming.
Er zijn ook vulkaanuitbarstingen die een natuurlijke afkoelingsfactor zijn. Net als veranderingen in de stralingsintensiteit van de zon. Wanneer de zon feller wordt, is dat een opwarming van de aarde en omgekeerd. Dit zijn allemaal voorbeelden van wat we stralingsforceringen noemen. Sommige zijn opwarmend, andere afkoelend.
De conclusie van deze grafiek is dat de antropogene (menselijke) forcering van het klimaat dominant is en dat die vooral opwarmend is.
2. Feedbackmechanismen
Feedbackmechanismen versterken de verandering van het klimaat ten gevolge van de stralingsforceringen, zowel in negatieve als in positieve zin. Een positieve feedback versterkt de impact van stralingsforcering.
Het waterdamp-feedback mechanisme
Een opgewarmde atmosfeer kan meer waterdamp vasthouden. Nu is waterdamp een krachtig broeikasgas, wat tot verdere opwarming leidt. Dit is een van de grootste positieve feedbackloops in het klimaatsysteem van de aarde.
IJs Albedo feedback mechanisme
Hoe warmer het wordt, hoe minder ijs en sneeuw er op het aardoppervlakte is. Dat leidt tot minder weerkaatsing en meer absorptie van de inkomende kortegolf zonnestraling. Een positief feedback-mechanisme dus, die de stralingsforcering versterkt.
Wolkenstralings-feedback
Die kan zowel positief als negatief zijn. Indien er door een warmere atmosfeer meer lage wolken komen (rechts in de afbeelding), dan reflecteert er meer zonnestraling naar de ruimte. Dat heeft dan een verkoelend effect. Dat zou een negatieve feedback zijn. Maar als een warmere atmosfeer juist meer hoge (cirrus)wolken produceert, dan is de impact van deze dunne hoge wolken juist een verhoging van het broeikaseffect.[2]
Het netto-effect van al deze feedback mechanismen is positief. Het toont de opwarming aan die we zouden verwachten vanwege bepaalde externe krachten. Het kan dus gaan om verhoogde broeikasgasconcentraties door verbranding van fossiele brandstoffen, om verhoogde zonne-energieoutput, of om een andere externe dwingende bron van opwarming.
Als gaat om het netto effect van al deze feedbackmechanismen is er eigenlijk een verwant concept, dat later aan bod komt, nl. de klimaatgevoeligheid. Die geeft antwoord op de vraag hoeveel opwarming je krijgt als je bv. de concentratie van broeikasgassen in de atmosfeer verdubbelt. Die opwarming zal dus niet enkel afhangen van de toename van die broeikasgasconcentraties, maar ook van al die feedbackmechanismen die net aan bod kwamen.
Koolstofcyclus-feedbackmechanisme
In de vroegere klimaatmodellen berekenden de wetenschappers de opwarming aan de hand van de extra CO2 die het verbranden van fossiele brandstoffen met zich mee bracht in de atmosfeer. Die berekening klopt echter niet helemaal, want de uitgestoten koolstofdioxide interreageert met de lucht, oceanen, aarde, het leven…, kortom met het klimaatsysteem als geheel. Dat kan je op onderstaande afbeelding zien.
Voor onze doeleinden is het belangrijk te weten dat ongeveer de helft van de koolstofdioxyde (CO2) die wij als mensen veroorzaken, is opgenomen door het klimaatsysteem (bomen en bossen op het land, plankton en algen in de oceaan). Dat heeft als gevolg dat de CO2-concentraties niet zo snel zijn toegenomen als we hadden verwacht in de eerste klimaatmodellen.
De opname van koolstofdioxide is echter niet noodzakelijk een constante. Als er verzadiging optreedt, nemen de oceanen of bossen heel wat minder of misschien niets meer op. En als dat gebeurt, dan zal CO2 zich nog sneller ophopen in de atmosfeer.
Als daarenboven door de opwarming de permafrost in Alaska en Siberië ontdooit, komt het methaan dat daarin vast zit, vrij in de atmosfeer. Methaan is een nog veel krachtiger broeikasgas dan koolstofdioxide en dus als dat gebeurt, dan zal dat het broeikaseffect sterk doen toenemen.
Dit alles zijn de zogenaamde koolstofcyclusfeedbacks. Koolstof in de vorm van CO2 of methaan wordt gemobiliseerd door de opwarming van het klimaatsysteem zelf. Dat draagt bij aan het broeikaseffect en dus aan de verdere opwarming van het klimaat.
Er is nog steeds veel onzekerheid over hoeveel koolstof zal vrij komen en terug in de atmosfeer worden gebracht door deze CO2cyclus feedbacks. Die onzekerheid is echter geen reden tot vreugde, integendeel. We merken immers steeds vaker dat deze mechanismen een veel grotere opwarming mogelijk maken dan we in het verleden hadden berekend.
Conclusie van deze module.
We hebben geleerd dat het klimaatsysteem een complex samenspel is tussen meerdere subsystemen: de atmosfeer, de oceanen, de cryosfeer en de biosfeer.
Klimaat is altijd al veranderd door natuurlijke krachten. Deze forcings zijn echter relatief klein en gebeuren over zeer lange periodes. De door mens veroorzaakte klimaatverandering daarentegen heeft een veranderingssnelheid die alles overtreft wat we ooit hebben gezien. Het kan uiteindelijk ons aanpassingsvermogen en het adaptief vermogen van andere levende wezens ver overtreffen. Een sleutelfactor die de huidige veranderingssnelheid beïnvloedt is het concept van de feedback mechanismen.
De snelheid van de opwarming is in werkelijkheid dus hoger dan verwacht werd op basis van de emissies alleen en dat door de complexe interacties binnen het klimaatsysteem.
En hiermee hebben we deel 1 ‘Introductie in het klimaat en klimaatverandering’ afgerond.
Meer lezen en weten? Klik hieronder en je downloadt de info :
IPCC Global warming of 1.5 °C summary for politicians (klik op SPM)
IPCC Impacts of 1.5°C global warming
The earth-Atmosphere energy balance
Climate and earth’s energy budget
Deel 2 gaat
over ‘’Observatie en meten van de antropogene Klimaatverandering’, opnieuw in
zes modules. Bent u nog mee? Laat dan een reactie achter op de website.
[1] Uit het IPCC rapport van 2013, het geeft een samenvatting van de relatieve effecten van natuurlijke en menselijke invloeden op het aards klimaat.
[2] vanwege hun vermogen om veel van de uitgaande langgolven aardse straling op te vangen, terwijl het grotendeels transparant blijft voor binnenkomende kortegolf zonnestraling, dat zou een positieve feedback zijn.
Alle afbeeldingen in deze tekst zijn afkomstig van de SGD Academy en Penn State University online cursus ‘Climate change, the science’ onder creative commons licentie
Heel degelijke en bevattelijke uitleg, @Marc Desmet