De atmosfeer van de aarde bestaat uit veel verschillende gassen. Stikstof alleen al is goed voor 78 procent. Zuurstof, op de tweede plaats, is goed voor nog eens 21 procent. De resterende 1 procent bestaat uit vele andere gassen. Sommige gassen (zoals helium en krypton) zijn chemisch inert. Dat betekent dat ze niet reageren met andere gassen. Andere gassen kunnen als een deken voor de planeet fungeren. Deze zijn bekend geworden als broeikasgassen.
Zoals de ramen in een broeikas, vangen deze gassen de energie van de zon op in de vorm van warmte. Zonder hun rol in dit broeikaseffect zou het op aarde behoorlijk koud zijn. Volgens de National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zou de gemiddelde temperatuur op aarde dan rond de -18° Celsius (0° Fahrenheit) liggen. In plaats daarvan is het oppervlak van onze planeet gemiddeld zo’n 15 °C, wat het een aangename plek voor leven maakt.
Sinds ongeveer 1850 hebben menselijke activiteiten echter extra broeikasgassen in de lucht gebracht. Hierdoor is de gemiddelde temperatuur over de hele wereld langzaam gestegen. In totaal was het wereldgemiddelde in 2017 0,9 graden Celsius hoger dan tussen 1951 en 1980. Dat is gebaseerd op berekeningen van de NASA.
Stephen Montzka is chemisch onderzoeker bij NOAA in Boulder, Colo. Er zijn vier belangrijke broeikasgassen om je zorgen over te maken, zegt hij. De bekendste is kooldioxide (CO2). De andere zijn methaan, distikstofoxide en een groep die chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK’s) en hun vervangers omvat. (CFK’s zijn koelmiddelen die een rol hebben gespeeld bij het dunner worden van de beschermende ozonlaag van de aarde op grote hoogte. Ze worden geleidelijk geëlimineerd als onderdeel van een wereldwijde overeenkomst uit 1989.)
Onderwijzers en ouders, meld u aan voor The Cheat Sheet
Wekelijkse updates om u te helpen Science News for Students in de leeromgeving te gebruiken
Veel chemische stoffen beïnvloeden het klimaat. Maar, merkt Montzka op, deze vier broeikasgassen zijn degene “waar we directe controle over hebben.”
Klimaatopwarmende chemicaliën
Elk broeikasgas stijgt, eenmaal uitgestoten, op in de lucht. Daar helpt het de atmosfeer warmte vast te houden. Sommige van deze gassen houden per molecuul meer warmte vast dan andere. Sommige blijven ook langer in de atmosfeer dan andere. Dat komt omdat ze verschillende chemische eigenschappen hebben, merkt Montzka op. Ook worden ze in de loop van de tijd door verschillende processen uit de atmosfeer verwijderd.
De overtollige CO2 is voornamelijk afkomstig van de verbranding van fossiele brandstoffen – kolen, olie en aardgas. Die brandstoffen worden gebruikt voor allerlei doeleinden, van de aandrijving van voertuigen en de opwekking van elektriciteit tot de productie van industriële chemicaliën. In 2016 was CO2 verantwoordelijk voor 81 procent van de broeikasgassen die in de Verenigde Staten werden uitgestoten. Andere chemische stoffen zijn effectiever in het vasthouden van warmte in de atmosfeer. Maar CO2 is de meest voorkomende die door menselijke activiteiten vrijkomt. Het blijft ook het langst hangen.
Een deel van de CO2 wordt elk jaar door planten verwijderd tijdens hun groei. Veel CO2 komt echter vrij tijdens koudere maanden, wanneer planten niet groeien. CO2 kan ook uit de lucht in de oceaan worden gezogen. Organismen in de zee kunnen het dan omzetten in calciumcarbonaat. Uiteindelijk wordt die chemische stof een bestanddeel van kalksteengesteente, waarin de koolstof millennia lang kan worden opgeslagen. Dat proces van rotsvorming gaat heel langzaam. In het algemeen kan CO2 tientallen tot duizenden jaren in de atmosfeer blijven hangen. Dus, legt Montzka uit, “zelfs als we vandaag zouden stoppen met het uitstoten van kooldioxide, dan zou de opwarming daarvan nog heel lang aanhouden.”
Methaan is het hoofdbestanddeel van aardgas. Het komt ook vrij uit een groot aantal biologische bronnen. Dit zijn onder andere de rijstproductie, dierlijke mest, de spijsvertering van koeien en de afbraak van afval dat op stortplaatsen terechtkomt. Methaan is verantwoordelijk voor ongeveer 10 procent van de uitstoot van broeikasgassen in de VS. Elke molecule van dit gas is veel beter in het vasthouden van warmte dan één van CO2. Maar methaan blijft niet zo lang in de atmosfeer. Het wordt afgebroken wanneer het in de atmosfeer reageert met hydroxylradicalen (neutraal geladen OH-ionen, gemaakt van gebonden zuurstof- en waterstofatomen). “De tijdschaal voor het verwijderen van methaan is ongeveer tien jaar,” merkt Montzka op.
Nitro-oxide (N2O) maakte in 2016 6 procent uit van de broeikasgassen die door de Verenigde Staten werden uitgestoten. Dit gas is afkomstig van de landbouw, de verbranding van fossiele brandstoffen en menselijk rioolwater. Maar laat de kleine hoeveelheid N2O je niet blind maken voor de impact ervan. Dit gas is honderden keren effectiever dan CO2 in het vasthouden van warmte. N2O kan ook bijna een eeuw in de atmosfeer blijven hangen. Elk jaar wordt slechts ongeveer 1% van de N2O in de lucht door groene planten omgezet in ammoniak of andere stikstofverbindingen die planten kunnen gebruiken. Deze natuurlijke verwijdering van N2O “gaat dus heel langzaam”, aldus Montzka.
CFK’s en hun meer recente vervangers worden allemaal door mensen gemaakt. Vele zijn gebruikt als koelmiddel. Andere worden gebruikt als oplosmiddel voor chemische reacties en in spuitbussen. Samen maakten deze in 2016 slechts ongeveer 3 procent uit van de uitstoot van broeikasgassen in de VS. Deze gassen worden alleen verwijderd wanneer ze worden opgesloten in een hoge laag van de atmosfeer. In deze stratosfeer bombardeert hoogenergetisch licht de chemicaliën, waardoor ze uiteenvallen. Maar dat kan tientallen jaren duren, zegt Montzka.
Fluorchemicaliën, zoals CFK’s, zijn krachtige broeikasgassen per molecuul, merkt hij op. Maar de uitstoot ervan is zo laag dat vergeleken met CO2 hun totale effect vrij klein is. Een vermindering van de uitstoot van methaan, N2O en CFK’s zal helpen de klimaatverandering te vertragen, aldus Montzka. “Maar als we dit probleem willen oplossen, moeten we iets doen aan CO2,” zegt hij. “Dat draagt het meeste bij … en het heeft een extreem lange verblijftijd in de atmosfeer.