De aarde ontvangt warmte van de zon in de vorm van zichtbaar licht. Dit licht kan bijna ongestoord door de atmosfeer het aardoppervlak bereiken en de aarde verwarmen. De aarde zendt op haar beurt warmtestraling uit. Maar warmtestraling wordt voor een belangrijk deel door waterdamp en koolstofdioxide (CO2) in de atmosfeer vastgehouden. Daarom wordt CO2 een broeikasgas genoemd. Er komt dus meer warmte in de vorm van licht de atmosfeer binnen dan er in de vorm van warmtestraling uit gaat: het broeikaseffect.
Werking broeikas
Een broeikas werkt als volgt. Er komt warmte in de vorm van licht naar binnen. Licht gaat met het grootste gemak door het glas heen. In de kas wordt het warm. De warmte kan veel minder makkelijk door het glas naar buiten dan het licht erin kan. Daardoor komt er bij helder weer meer warmte de kas in dan eruit gaat.
De gemiddelde temperatuur op aarde is ongeveer +150 C. Zonder broeikasgassen zou dat -150 C zijn. Dat scheelt een jas.
Koolstofkringloop
De koolstofkringloop is het proces van koolstofopname door planten en oceanen en de uitstoot van koolstof in de atmosfeer door het afsterven van planten en het verbranden van hout, kolen, olie en gas. Als in dit proces veranderingen optreden verandert de concentratie van CO2 in de atmosfeer. Hoe meer CO2 in de atmosfeer hoe meer warmte er wordt vastgehouden. Een kleine verandering in de CO2-concentratie kan al een goed merkbare invloed hebben op de temperatuur op aarde.
De koolstofcyclus van de afgelopen eeuwen is steeds sterker beïnvloed door menselijke activiteiten: industrie, transport, verwarming en ontbossing. Door deze activiteiten kwam er steeds meer CO2 in de atmosfeer. Het huidige niveau ligt bijna 40% hoger dan het ‘natuurlijke’ niveau uit de tijd dat de mensen nog geen minerale brandstoffen gebruikten. Als de economische ontwikkeling en het gebruik van brandstoffen zo doorgaat, zit er rond 2050 ongeveer tweemaal zoveel CO2 in de atmosfeer als van nature het geval is.
Isotopen
Het Centrum voor IsotopenOnderzoek (CIO) van de Rijksuniversiteit Groningen houdt zich onder andere bezig met het onderzoek van isotopen van koolstof en zuurstof in CO2. Isotopen zijn varianten van atomen. Atomen bestaan uit een zware kern met cirkelende elektronen eromheen. De kern bestaat uit protonen en neutronen. Het aantal protonen in de kern bepaalt met welke stof we te maken hebben: zijn het er acht dan is het zuurstof; koolstof heeft er zes en lood 82. De neutronen spelen een ondergeschikte rol: zij zorgen voor de samenhang van de atoomkern.
Het onderzoek van in de natuur voorkomende isotopen is interessant, omdat het kennis oplevert over allerlei processen die anders onzichtbaar zouden zijn: de stroming van water, de ouderdom van archeologische vondsten, met name plantenresten, het klimaat van tienduizenden jaren geleden, de stofwisseling bij mensen en dieren enzovoort.
Meetstation Lutjewad
Vanaf volgend jaar, als alle apparatuur is geïnstalleerd zullen hier metingen verricht worden naar koolstof- en zuurstofisotopen in de lucht. Met behulp van de zeldzame isotopen van koolstof en zuurstof die voorkomen in koolstofdioxide (CO2), kan vastgesteld worden of de waargenomen CO2 afkomstig is van uitademende planten, van rottende plantenresten, van opwellend oceaanwater of van het verbranden van steenkool, olie of gas. Het meten van het voorkomen van bepaalde isotopen in de Groningse lucht en het vergelijken van deze waarnemingen met die uit Federoskoje (200 km ten noordwesten van Moskou), om maar een plaats te noemen waar ook regelmatig luchtmonsters worden genomen, kan inzicht geven in processen die samen het broeikaseffect worden genoemd. Het gaat om het meten van heel kleine hoeveelheden en dat is alleen mogelijk met extreem nauwkeurige meetmethoden, waarbij wordt vastgesteld in welke mate de toename van CO2 in de atmosfeer een direct gevolg is van menselijke activiteiten.
Het CIO is deelnemer aan een groot onderzoeksproject, Carbo-Europe, dat door de Europese Unie wordt gefinancierd. Het meetstation Lutjewad is een van de plekken in Europa en Rusland waar volgens plan gedurende zeker tien jaar zeer nauwkeurige metingen gedaan zullen worden.
Ecologische gevolgen
Het wordt zo langzamerhand duidelijk welke effecten de toename van CO2 in de atmosfeer heeft. Planten nemen CO2 uit de lucht op tijdens hun groeiproces. Hoe meer CO2 hoe beter sommige planten groeien. Voor de voedselproductie is dit waarschijnlijk gunstig, maar veel wilde planten die zijn aangepast aan zuinig CO2-gebruik, zullen er door verdwijnen.
De temperatuur op aarde zal hoger worden; daardoor zal er meer water uit de oceanen verdampen, meer bewolking ontstaan en meer regen vallen. De vegetatie zal veranderen van samenstelling: planten die gedijen op een vochtige ondergrond zullen terrein winnen, planten die een droge ondergrond prefereren zullen niet overleven. De kans is groot dat de diversiteit afneemt. Met andere woorden: er zullen soorten uitsterven.
Zeespiegelstijging
De afgelopen eeuw is het zeeniveau over de hele aarde 18 cm gestegen. Stijging van de temperatuur heeft langs twee wegen stijging van de zeespiegel tot gevolg: door het smelten van landijs en door het uitzetten van zeewater. De grootste hoeveelheid landijs bevindt zich als ijskappen op Groenland en het Zuidpoolgebied. Het smelten van zee-ijs in het Noordpoolgebied levert aan de stijging van het zeewater geen bijdrage, want drijvend ijs heeft net zoveel volume als gesmolten ijs (water).
De schattingen over de temperatuurstijging ten gevolge van de toename van CO2 variëren. Ze hangen onder andere af van de verwachte economische groei en de verwachte toename van het brandstofverbruik. De opwarming over honderd jaar zal ergens liggen tussen 1,5 en 4,5oC. De daarmee samenhangende stijging van het zeeniveau ligt tussen 20 en 100 cm.
De Nederlandse dijken houden dat wel. De mast van meetstation Lutjewad vlak achter de dijk bij Hornhuizen loopt geen enkel gevaar. Maar voor de honderden miljoenen mensen die tussen 23,50 zuiderbreedte en 23,50 noorderbreedte langs de kust wonen, bijvoorbeeld in Bangladesh, is deze ontwikkeling een ernstige bedreiging.
Halve waarheden
Het staat als en paal boven water dat er een direct verband is tussen ons energieverbruik en de toename van CO2 in de atmosfeer. Het wordt bovendien steeds duidelijker dat CO2 bijdraagt aan het warmer worden van de atmosfeer. Toch zijn er belangengroepen die elke gelegenheid aangrijpen om met kromme redeneringen en halve waarheden de ongerustheid hierover weg te nemen. Uit de veronderstelling van Deense onderzoekers dat variaties in de zonneactiviteit misschien ook oorzaak van klimaatverandering kunnen zijn, trokken woordvoerders van die belangengroepen de conclusie dat het met het broeikaseffect dus wel mee zou vallen. Harro Meijer hierover in zijn openbare les: ‘Het is alsof roken opeens geen longkanker meer veroorzaakt omdat asbest dat ook blijkt te doen.’
Met dank aan Harro Meijer. De meeste informatie is ontleend aan de openbare les die hij heeft gehouden bij het aanvaarden van zijn hoogleraarschap in de Isotopenfysica aan de Rijksuniversiteit Groningen: Isotopen schrijven geschiedenis; de kunst van het lezen; rede uitgesproken ter gelegenheid van de aanvaarding van het ambt van hoogleraar in de Isotopenfysica aan de Rijksuniversiteit Groningen op 18 januari 2000, Groningen, Universiteitsdrukkerij, 2000.
De website van het CIO geeft veel informatie:
www.cio.phys.rug.nl
