Het verzadigingspunt of de verzadigingsconcentratie van koolstofdioxide
Het zonlicht dat de aarde bereikt, bestaat vooral uit ultraviolet-straling (UV), die het oppervlak van de aarde opwarmt. Een gedeelte van die warmte wordt door het oppervlak weer teruggestraald in de vorm van infrarood-straling (IR). Van die straling wordt een deel geabsorbeerd door ‘broeikasgassen’, die in de atmosfeer aanwezig zijn (vooral waterdamp H2O, daarnaast koolstofdioxide CO2, methaan CH4 en distikstofoxide N2O) en de trillende toestand van deze moleculen verwarmt de atmosfeer; de rest van de straling verdwijnt in de ruimte.
Men schat dat 95% van het broeikaseffect door waterdamp en wolken wordt gevormd, 5% door voornamelijk kooldioxide en de andere gassen.
Alle broeikasgassen bezitten een zodanige molecuulvorm, dat een aantal atomen erin door opname van stralingsenergie kunnen trillen, vibreren. Er zijn strek-, rotatie- en buigvibraties te onderscheiden; deze vibraties zijn begrensd en kunnen alleen plaatsvinden met bepaalde frekwenties. Bij de buigvibraties buigen de bindingen ten opzichte van de rusttoestand.
CO2: weinig ruimte om te trillen
H2O: meer ruimte om te trillen
Het zuurstofatoom is groter en zwaarder dan het koolstofatoom. Als het CO2-molecuul door de IR-straling energie opneemt, gaan de zuurstofatomen op en neer trillen (zoals de vleugels van een vliegende vogel), maar aangezien zij dicht op het koolstofatoom zitten (door de elektronenzuigende werking van zuurstof) en groter zijn, is er een grens aan de mogelijkheid om heen en weer te trillen, en energie op te nemen in de vorm van infraroodstraling.
Door deze eigenschappen van de moleculen absorbeert ieder van de broeikasgassen alleen bepaalde groepen golflengtes uit het IR-spectrum, die 'frekwentiebanden' of 'absorptievensters' worden genoemd. CO2 bijvoorbeeld absorbeert een aantal banden, waarvan de belangrijkste rond de golflengte van 15 micrometer (μm) ligt in het midden-infrarode deel van het frekwentiespectrum. De breedte van die band is 0,17% van het gehele spectrum.
Met de andere door de aarde uitgezonden frekwenties van het IR-licht, doet het CO2-molecuul niets.
De hoeveelheid door het aardoppervlak uitgezonden infraroodstraling in dat deel van het spectrum, blijft door de tijd genomen binnen zekere grenzen gelijk, afhankelijk van de hoeveelheid zonnestraling. Als de CO2-concentratie in de atmosfeer ± 200-250 ppm is, wordt álle straling in die 15 μm-band door de dan aanwezige CO2-moleculen geabsorbeerd; deze concentratie wordt de 'verzadigingsconcentratie', het 'verzadigingspunt' of 'saturatiepunt' van CO2 genoemd.
Als alle beschikbare stralingsenergie in die band al is geabsorbeerd, dan is er geen straling vanaf het oppervlak meer over die zou kunnen worden opgenomen door andere CO2-moleculen en daardoor maakt het weinig uit of de CO2-concentratie dan nog verder stijgt; dat zal nauwelijks temperatuurverhogend werken.
Want wel ontstaat er bij stijgende CO2-concentratie een kleine verbreding van de IR-frekwentiebanden, waardoor er een kleine toename is in het aantal frekwenties naast die 15 μm-band; de overeenkomende energie daarvan kan wel weer worden geabsorbeerd. Die extra absorptie verloopt echter volgens een logaritmische curve, dus exponentieel, waardoor de stijging afvlakt en het maximum van de absorptie pas wordt bereikt, als de atmosfeer geheel uit CO2 zou bestaan.
De schattingen van de grootte van het saturatiepunt liggen echter ver uit elkaar. De waarde van ongeveer 200-250 ppm was de CO2-concentratie, toen tijdens de overgang van de laatste glaciale periode, aan het begin van het huidige Holoceen (±12.000 jaar geleden), de opwarming abrupt stopte, terwijl de CO2-concentratie (afkomstig uit vulkanen) wel bleef stijgen.
Bij het huidige CO2-niveau van 420 ppm is het broeikaseffect van CO2 al geheel verzadigd; het toevoegen van nog meer CO2 aan de atmosfeer, zal op de temperatuur ervan een nauwelijks meetbare invloed hebben.
Zónder de broeikasgassen zou de door de aarde uitgestraalde IR-straling ongehinderd in de ruimte verdwijnen en zou de temperatuur op aarde ±18° onder nul zijn. Het zijn juist de broeikasgassen die een gedeelte van die straling opvangen en vasthouden, en zo de dampkring opwarmen en het hier gemiddeld op 15° houden.
Dat betekent dat
- er zonder broeikasgassen geen leven op aarde zou kunnen bestaan, want zij houden de temperatuur van de dampkring op een leefbare 15°, waarbij water vloeibaar blijft;
- zonder koolstofdioxide er geen plantengroei en daardoor andere levensvormen mogelijk zouden zijn, want uiteindelijk berust de hele voedselketen op aarde op de aanwezigheid van planten, die CO2 gebruiken om te kunnen groeien:
- broeikasgassen onmisbaar zijn voor het leven op aarde.
Bronnen:
William Happer; Why Has Global Warming Paused?; Princeton University, sept. 27, 2013;
https://youtu.be/tULDE_gYmuc
Dr. ir. Eric Blondeel; CO2 feitenkennis en perceptie; https://www.dwarsliggers.eu/index.php/2016-04-13-11-46-18/klimaat-en-energie/433-CO2-feiten-kennis-en-perceptie
Ap Cloosterman; Hoe werkt CO2 nu precies?; https://groene-rekenkamer.nl/5277/hoe-werkt-CO2-nu-precies/
Dr. W.A. van Wijngaarden; Is klimaatopwarming gebakken lucht?; https://www.climategate.nl/2020/04/is-klimaatopwarming-gebakken-lucht/
John van Boxel; De ware aard van het versterkte broeikaseffect; in Geografie, september 2016
Van Wijngaarden and Happer; The Greenhouse Effect, A Summary; 2021 September 21; https://wattsupwiththat.com/2021/09/21/the-greenhouse-effect-a-summary-of-wijngaarden-and-happer/
Dr. Harry N.A. Priem, hoogleraar planetaire geologie Universiteit Utrecht; voordracht 'Kooldioxide en Klimaat in geologisch perspectief'; Stichting GEA op 11 maart 2000
terug naar het klimaat in het licht van de eeuwigheid
terug naar de vragenlijst
terug naar het weblog
^