বইগুলো এখনো বাংলা ভাষায় পাওয়া যায় না — Nederlands সংস্করণ দেখানো হচ্ছে।

Aard- en ruimtewetenschappen bovenbouw · শ্রেণি 10–12

28Klimaatverandering: waarnemingen, oorzaken en projecties

Hoog op de noordhelling van Mauna Loa, een vulkaan midden in de Grote Oceaan, staat een groepje witte gebouwen op kale lava, $3397\,\mathrm{m}$ boven de zee. Daarboven, boven de luchtlaag die vervuild wordt door het eiland eronder en duizenden kilometers van elke grote stad, is de lucht ongeveer even zuiver en goed gemengd als de atmosfeer van de hele planeet. Sinds maart 1958 wordt het koolstofdioxide er bijna zonder onderbreking gemeten. De reeks begon als het project van één scheikundige; ze is de beroemdste kromme van de aardwetenschappen geworden. Dit hoofdstuk leest die kromme en de andere reeksen van het klimaat, legt uit hoe een verandering in de lucht het energiebudget van de planeet verandert, hoe wetenschappers beslissen wat de opwarming veroorzaakte die ze waarnemen, en wat ze voor de komende decennia projecteren.

Het Mauna Loa Observatory, Hawaï, op oude lavastromen hoog op de noordflank van de vulkaan. Foto: Brian Vasel, NOAA (publiek domein).

Wat je al weet

De Aarde ontvangt energie van de Zon als licht en verliest gemiddeld evenveel aan de ruimte als infraroodstraling; de fractie zonlicht die wordt teruggekaatst, is het albedo (Hoofdstuk 3). Broeikasgassen — waterdamp, koolstofdioxide, methaan — absorberen een deel van het infrarood dat het oppervlak uitzendt en sturen een deel ervan terug naar beneden; dit broeikaseffect houdt het oppervlak veel warmer dan het anders zou zijn (de scheikundeboeken, en Boek 1, jaar 9). IJskernen bewaren belletjes oude lucht en leggen de glaciale cycli van de laatste 800 000 jaar vast (Hoofdstuk 27).

28.1 De reeksen

Het koolstofdioxidegehalte van de lucht op Mauna Loa: maandgemiddelden (lijn) en jaargemiddelden (stippen), in deeltjes per miljoen (ppm) droge lucht. Gegevens: NOAA Global Monitoring Laboratory en Scripps Institution of Oceanography.

Propositie 28.1 (De koolstofdioxidereeks)

Op Mauna Loa steeg de jaargemiddelde concentratie koolstofdioxide van $316.0\,\mathrm{ppm}$ in 1959 tot $427.4\,\mathrm{ppm}$ in 2025, en de stijging versnelt: de concentratie groeide met ongeveer $0.9\,\mathrm{ppm}$ per jaar in de jaren 1960 en met ongeveer $2.6\,\mathrm{ppm}$ per jaar tussen 2015 en 2025. Elk jaar schommelt de concentratie ook met ongeveer $7\,\mathrm{ppm}$ : ze is het hoogst in mei en het laagst in september.

Opmerking 28.2 (Waarom de kromme tanden heeft)

De jaarlijkse schommeling is het ademen van de begroeiing van het noordelijk halfrond, waar de meeste landplanten staan. In de lente en de zomer nemen planten door fotosynthese meer koolstofdioxide op dan zij en de bodem afgeven; in de herfst en de winter winnen afbraak en ademhaling. De stijging van jaar tot jaar is een ander verhaal: het is de koolstof van fossiele brandstoffen en van gekapte bossen die zich in de lucht ophoopt.

Propositie 28.3 (Hoger dan in minstens twee miljoen jaar)

Over de laatste 800 000 jaar leggen de luchtbelletjes van Antarctisch ijs koolstofdioxideconcentraties vast tussen ongeveer $174\,\mathrm{ppm}$ , in de koudste glacialen, en $299\,\mathrm{ppm}$ , in de warmste interglacialen. De waarde van vandaag ligt meer dan $100\,\mathrm{ppm}$ boven de hoogste ervan. De evaluaties stellen dat de concentratie in 2019 hoger was dan op enig moment in minstens twee miljoen jaar (hoge mate van vertrouwen).

Koolstofdioxide in Antarctisch ijs over 800 000 jaar: de glaciale cycli laten het schommelen tussen ongeveer 180 en 300\, ppm. De dunne piek aan het rechteruiteinde is het jongste ijs, dat het begin van de huidige stijging vastlegt, tot het jaar 2001. Gegevens: Bereiter en anderen (2015), NOAA Paleoclimatology. — Koolstofdioxide in Antarctisch ijs over 800 000 jaar: de glaciale cycli laten het schommelen tussen ongeveer 180 en $300\,\mathrm{ppm}$ . De dunne piek aan het rechteruiteinde is het jongste ijs, dat het begin van de huidige stijging vastlegt, tot het jaar 2001. Gegevens: Bereiter en anderen (2015), NOAA Paleoclimatology.

Mondiale gemiddelde oppervlaktetemperatuur, als het verschil met haar gemiddelde over 1951–1980. Gegevens: NASA GISS Surface Temperature Analysis (GISTEMP v4).

Propositie 28.4 (Waargenomen opwarming van de Aarde)

Elk van de laatste vier decennia was warmer dan elk decennium ervoor sinds 1850. De mondiale oppervlaktetemperatuur van 2011–2020 lag $1.09{}^{\circ}\mathrm{C}$ hoger dan die van 1850–1900 (zeer waarschijnlijk tussen 0.95 en $1.20{}^{\circ}\mathrm{C}$ ), met meer opwarming boven land ( $1.59{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) dan boven de oceaan ( $0.88{}^{\circ}\mathrm{C}$ ).

Propositie 28.5 (De zeespiegel stijgt steeds sneller)

De mondiale gemiddelde zeespiegel steeg met ongeveer $0.20\,\mathrm{m}$ tussen 1901 en 2018. De snelheid was ongeveer $1.3\,\mathrm{mm}$ per jaar van 1901 tot 1971, $1.9\,\mathrm{mm}$ per jaar van 1971 tot 2006 en $3.7\,\mathrm{mm}$ per jaar van 2006 tot 2018 (hoge mate van vertrouwen). Satellieten, die de hoogte van het zeeoppervlak meten sinds 1993, vinden gemiddeld $3.2\,\mathrm{mm}$ per jaar over 1993–2025. De zee stijgt omdat de opwarmende oceaan uitzet en omdat gletsjers en ijskappen er ijs aan verliezen.

Mondiale gemiddelde zeespiegel gemeten vanuit de ruimte, ongeveer om de tien dagen (seizoenssignaal verwijderd), ten opzichte van een willekeurig nulpunt. De altimetriegegevens worden geleverd door het NOAA Laboratory for Satellite Altimetry.

Cijfers van 2025

De jaargemiddelde koolstofdioxideconcentratie op Mauna Loa in 2025 was $427.35\,\mathrm{ppm}$ . In de temperatuurreeks van NASA was het warmste jaar tot nu toe 2024, met $1.28{}^{\circ}\mathrm{C}$ boven het gemiddelde van 1951–1980.

28.2 Stralingsforcering

Definitie 28.6 (Stralingsforcering)

De stralingsforcering van een verandering in het klimaatsysteem — meer broeikasgas, meer aerosoldeeltjes, een fellere Zon — is de verandering die ze veroorzaakt in de netto energiestroom die het klimaatsysteem binnenkomt aan de top van de atmosfeer, voordat de oppervlaktetemperatuur de tijd heeft gehad om te reageren. Ze wordt gemeten in watt per vierkante meter ( $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ) aardoppervlak. Een positieve forcering laat de planeet energie winnen en opwarmen; een negatieve forcering laat haar energie verliezen en afkoelen.

Opmerking 28.7 (Effectieve forcering)

De evaluaties gebruiken de effectieve stralingsforcering, die ook de snelle aanpassingen van de atmosfeer meetelt (van haar wolken bijvoorbeeld) die plaatsvinden voordat het oppervlak opwarmt. Alle forceringen in dit hoofdstuk zijn effectieve forceringen.

Propositie 28.8 (De forcering sinds 1750)

Menselijke activiteiten hebben in 2019 ten opzichte van 1750 een totale stralingsforcering van $2.72\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ teweeggebracht (zeer waarschijnlijk tussen 1.96 en $3.48\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ). De broeikasgassen leveren een positieve forcering, met koolstofdioxide voorop ( $2.16\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ); aerosoldeeltjes, die zonlicht terugkaatsen en wolken helderder maken, leveren een negatieve (in totaal ongeveer $-1.06\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ). De verandering in de helderheid van de Zon over dezelfde periode levert maar $0.01\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

De belangrijkste effectieve stralingsforceringen van 1750 tot 2019, met hun zeer waarschijnlijke bereiken (snorharen). Waarden: IPCC, zesde evaluatierapport, werkgroep I, tabel 7.8.

Propositie 28.9 (Koolstofdioxide: elke verdubbeling voegt dezelfde forcering toe)

Bij goede benadering groeit de forcering van koolstofdioxide met de logaritme van zijn concentratie: elke verdubbeling voegt dezelfde forcering toe, $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ voor een verdubbeling vanaf de concentratie van 1750, $C_0 = 278\,\mathrm{ppm}$ . De forcering van een concentratie $C$ is dan

F = F_{2\times}\,\frac{\ln (C/C_0)}{\ln 2}.

Voorbeeld 28.10 (De wet toetsen aan de evaluatie)

In 2019 was de concentratie $410\,\mathrm{ppm}$ . De wet geeft $F = 3.93 \times \ln(410/278)/\ln 2 = 3.93 \times 0.561 \approx 2.20\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ , binnen 2 % van de $2.16\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ die de evaluatie voor koolstofdioxide over 1750–2019 geeft.

Propositie 28.11 (Waar de extra energie heen gaat)

Omdat de forcering positief is, wint het klimaatsysteem energie: gemiddeld ongeveer $0.79\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ over 2006–2018, tegen $0.50\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ over 1971–2006 (hoge mate van vertrouwen). De oceaan nam 91 % van deze energie op; het land 5 %, het smeltende ijs 3 % en de atmosfeer maar 1 %.

28.3 Terugkoppelingen en klimaatgevoeligheid

Wanneer het oppervlak opwarmt, straalt het meer energie uit naar de ruimte, wat de planeet weer in evenwicht probeert te brengen. Maar de opwarming verandert ook andere dingen — de waterdamp in de lucht, de sneeuw en het ijs op de grond, de wolken — en die veranderingen wijzigen op hun beurt het energiebudget.

Definitie 28.12 (Klimaatterugkoppeling)

Een klimaatterugkoppeling is een verandering in het klimaatsysteem, veroorzaakt door een temperatuurverandering, die het energiebudget wijzigt en zo de temperatuurverandering zelf. Een positieve terugkoppeling versterkt de oorspronkelijke verandering; een negatieve terugkoppeling dempt ze.

Voorbeeld 28.13 (Drie terugkoppelingen)

Waterdamp (positief). Warmere lucht bevat meer waterdamp, een broeikasgas, wat de opwarming versterkt.
Sneeuw en ijs (positief). Sneeuw en ijs kaatsen zonlicht terug; wanneer ze smelten, absorberen het donkerdere land en de zee eronder er meer van, en de opwarming groeit.
Straling naar de ruimte (negatief). Een warmer oppervlak en een warmere atmosfeer stralen meer infrarood uit naar de ruimte. Deze basisreactie wint uiteindelijk altijd: daarom komt het klimaat tot rust in een nieuw, warmer evenwicht in plaats van onbeperkt op te warmen.

Twee positieve terugkoppelingen (rode lussen) versterken een opwarming; het extra infrarood dat een warmere planeet uitstraalt (blauw), is een negatieve terugkoppeling die haar begrenst.

Propositie 28.14 (Opwarming bij evenwicht)

Zodra het klimaat een nieuw evenwicht heeft bereikt, is de opwarming $\Delta T$ die een constante forcering $F$ veroorzaakt

\Delta T = \frac{F}{\lambda},

waarbij $\lambda$ , de klimaatterugkoppelingsparameter, de extra energie is die de planeet per graad opwarming aan de ruimte verliest. De evaluaties combineren de straling naar de ruimte ( $3.22\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ ) met de positieve terugkoppelingen van waterdamp en het temperatuurprofiel ( $1.30$ ), van het oppervlaktealbedo ( $0.35$ ) en van wolken ( $0.42$ , in dezelfde eenheid) tot $\lambda \approx 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ .

Gedeeltelijk bewijs. Bij het nieuwe evenwicht verliest het klimaatsysteem weer evenveel energie aan de ruimte als het wint, dus moet het extra verlies door de opwarming, $\lambda\,\Delta T$ , de forcering compenseren: $\lambda\,\Delta T = F$ . Dat het extra verlies evenredig is met $\Delta T$ , is een benadering, goed voor opwarmingen van enkele graden, en wordt hier aangenomen. ∎

Definitie 28.15 (Evenwichtsklimaatgevoeligheid)

De evenwichtsklimaatgevoeligheid is de opwarming van het aardoppervlak, zodra een nieuw evenwicht is bereikt, nadat de concentratie koolstofdioxide is verdubbeld ten opzichte van haar niveau van 1750.

Propositie 28.16 (Hoe gevoelig is het klimaat?)

Door alle bewijslijnen te combineren — de fysica van de terugkoppelingen, de waargenomen opwarming, klimaten van het verleden — geven de evaluaties een beste schatting van $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ voor de evenwichtsklimaatgevoeligheid, waarschijnlijk tussen 2.5 en $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ (hoge mate van vertrouwen), en zeer waarschijnlijk tussen 2 en $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

28.4 Wie is verantwoordelijk?

Methode 28.17 (Een uitspraak van de evaluaties lezen)

De internationale evaluaties van de klimaatwetenschap waarderen elke bevinding in een vaste woordenschat, cursief gedrukt:

een waarschijnlijkheid, de kans op een uitkomst: vrijwel zeker 99–100 %, uiterst waarschijnlijk 95–100 %, zeer waarschijnlijk 90–100 %, waarschijnlijk 66–100 %, even waarschijnlijk als niet 33–66 %, onwaarschijnlijk 0–33 %, zeer onwaarschijnlijk 0–10 %;
een mate van vertrouwen, de sterkte van het bewijs en de overeenstemming achter een bevinding: zeer laag, laag, gemiddeld, hoog, zeer hoog.

Een bereik geschreven als $[x \text{ tot } y]$ is een zeer waarschijnlijk bereik: er is 90 % kans dat de ware waarde erbinnen ligt. Om een uitspraak te lezen, zoek je de grootheid, haar beste schatting, haar bereik, en de waarschijnlijkheid of mate van vertrouwen die eraan is verbonden.

Definitie 28.18 (Toeschrijving)

Toeschrijving is de beoordeling van hoeveel van een waargenomen verandering te danken is aan elk van haar mogelijke oorzaken, met de waarschijnlijkheid van het resultaat.

Propositie 28.19 (Menselijke invloed)

Het staat onomstotelijk vast dat menselijke invloed de atmosfeer, de oceaan en het land heeft opgewarmd. Tussen 1850–1900 en 2010–2019 warmde het mondiale oppervlak met ongeveer $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ op. Menselijke activiteiten veroorzaakten een opwarming van $0.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ tot $1.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ (waarschijnlijk bereik), beste schatting $1.07{}^{\circ}\mathrm{C}$ : de goed gemengde broeikasgassen warmden het oppervlak waarschijnlijk op met 1.0 tot $2.0{}^{\circ}\mathrm{C}$ , en de andere menselijke invloeden, vooral aerosolen, koelden het waarschijnlijk af met 0 tot $0.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ . De Zon en vulkanen veranderden het maar met $-0.1$ tot $+0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ , en de natuurlijke schommelingen van het klimaat met $-0.2$ tot $+0.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Wat de waargenomen opwarming veroorzaakte: waarschijnlijke bereiken van elke bijdrage, met de beste schattingen waar de evaluatie er een geeft (stippen); voor de waargenomen opwarming haar zeer waarschijnlijke bereik. Waarden: IPCC, zesde evaluatierapport, werkgroep I, samenvatting voor beleidsmakers, A.1.3.

28.5 Scenario’s en projecties

Definitie 28.20 (Scenario en projectie)

Een emissiescenario is een samenhangend verhaal over hoe de uitstoot van broeikasgassen en aerosolen zich in de toekomst zou kunnen ontwikkelen. Een projectie is de reactie van het klimaat die modellen voor een gegeven scenario berekenen. Een projectie is geen voorspelling: ze zegt wat er zou gebeuren als het scenario uitkwam.

Propositie 28.21 (Geprojecteerde opwarming en zeespiegelstijging)

De evaluaties gebruiken vijf hoofdscenario’s, van zeer lage uitstoot (SSP1-1.9) tot zeer hoge uitstoot (SSP5-8.5). Voor 2081–2100, ten opzichte van 1850–1900, projecteren ze de opwarmingen hieronder (beste schattingen en zeer waarschijnlijke bereiken, in ${}^{\circ}\mathrm{C}$ ), en, tegen 2100, de waarschijnlijke stijgingen van de mondiale gemiddelde zeespiegel ten opzichte van 1995–2014. In elk scenario blijft de zee de hele eeuw stijgen (vrijwel zeker). De laatste keer dat het mondiale oppervlak $2.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ of meer boven 1850–1900 bleef, was meer dan drie miljoen jaar geleden (gemiddelde mate van vertrouwen).

scenario	uitstoot	opwarming 2081–2100 ( ${}^{\circ}\mathrm{C}$ )	zeespiegelstijging tegen 2100 (m)
SSP1-1.9	zeer laag	1.4 (1.0 tot 1.8)	0.28 tot 0.55
SSP1-2.6	laag	1.8 (1.3 tot 2.4)	0.32 tot 0.62
SSP2-4.5	gemiddeld	2.7 (2.1 tot 3.5)	0.44 tot 0.76
SSP3-7.0	hoog	3.6 (2.8 tot 4.6)	—
SSP5-8.5	zeer hoog	4.4 (3.3 tot 5.7)	0.63 tot 1.01

Geprojecteerde opwarming aan het einde van de eeuw voor de vijf scenario’s: zeer waarschijnlijk bereik (balk) en beste schatting (zwarte lijn). Waarden: IPCC, zesde evaluatierapport, werkgroep I, tabel SPM.1.

Opmerking 28.22 (Wat dit hoofdstuk niet zegt)

Welk scenario de wereld zal volgen, hangt af van de toekomstige uitstoot, dat wil zeggen van beslissingen die geen vragen van natuurkunde zijn. De natuurwetenschap zegt hoe het klimaat op elk ervan reageert; de keuze ertussen ligt bij de samenlevingen, en haar kosten en baten worden door andere wetenschappen bestudeerd.

Geschiedenis — Een kromme die begon als het project van een scheikundige

In maart 1958 begon de scheikundige Charles David Keeling, van de Scripps Institution of Oceanography, het koolstofdioxide van de lucht op Mauna Loa te meten met een instrument dat nauwkeurig genoeg was om veranderingen van een fractie van een deeltje per miljoen te zien. Binnen enkele jaren toonde zijn reeks zowel het jaarlijkse ademen van de begroeiing als een gestage stijging. De metingen, sindsdien voortgezet door Scripps en door het Amerikaanse agentschap voor weer en oceanen, zijn de langste rechtstreekse reeks van de samenstelling van de atmosfeer.

Charles David Keeling (links) en John Chin in het Mauna Loa Observatory in 1997, naast de plaquette die een gebouw naar Keeling vernoemt. Foto: John Miller, NOAA (publiek domein).

28.6 Oefeningen

Oefening 28.1 ★

Wat is de stralingsforcering van een verandering in het klimaatsysteem? In welke eenheid wordt ze gemeten, en wat betekent haar teken?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.1.

De verandering die ze veroorzaakt in de netto energiestroom die het klimaatsysteem binnenkomt aan de top van de atmosfeer, voordat de oppervlaktetemperatuur reageert; gemeten in $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . Positief: de planeet wint energie en warmt op; negatief: ze verliest energie en koelt af.

Oefening 28.2 ★

In welke maand van het jaar is de koolstofdioxideconcentratie op Mauna Loa het hoogst, en in welke het laagst? Verklaar de jaarlijkse schommeling.

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.2.

Het hoogst in mei, het laagst in september. In de lente en de zomer neemt de begroeiing van het noordelijk halfrond, waar de meeste landplanten groeien, door fotosynthese meer koolstofdioxide op dan planten en bodems afgeven; in de herfst en de winter overheersen afbraak en ademhaling en stijgt de concentratie weer.

Oefening 28.3 ★

Welke kans betekent zeer waarschijnlijk in de woordenschat van de evaluaties? En waarschijnlijk? Wat betekent een bereik geschreven als $[0.95 \text{ tot } 1.20]$ ?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.3.

Zeer waarschijnlijk: een kans van 90 tot 100 %; waarschijnlijk: 66 tot 100 %. $[0.95 \text{ tot } 1.20]$ is een zeer waarschijnlijk bereik: 90 % kans dat de ware waarde tussen 0.95 en 1.20 ligt.

Oefening 28.4 ★

Welk deel van de extra energie die het klimaatsysteem de laatste decennia heeft gewonnen, ging naar de oceaan? Waarom verklaart dit dat de zeespiegel stijgt, zelfs zonder smeltend ijs?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.4.

91 %. Water zet uit wanneer het opwarmt: een warmere oceaan neemt meer volume in, dus stijgt zijn oppervlak zelfs als er geen water wordt toegevoegd (smeltend landijs voegt daar nog water aan toe).

Oefening 28.5 ★

Geef twee positieve klimaatterugkoppelingen en de negatieve reactie die de opwarming begrenst. Leg elk uit in één zin.

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.5.

Waterdamp: warmere lucht bevat meer waterdamp, een broeikasgas, wat de opwarming versterkt. Sneeuw en ijs: smelten legt donkerdere oppervlakken bloot, die meer zonlicht absorberen. De negatieve reactie: een warmere planeet straalt meer infrarood uit naar de ruimte, wat haar terug in evenwicht brengt.

Oefening 28.6 ★★

De jaargemiddelde concentratie koolstofdioxide op Mauna Loa was $315.98\,\mathrm{ppm}$ in 1959 en $427.35\,\mathrm{ppm}$ in 2025. Met hoeveel ppm, en met hoeveel procent, nam ze toe? Wat was de gemiddelde groei per jaar over de hele periode?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.6.

$427.35 - 315.98 = 111.37\,\mathrm{ppm}$ ; $111.37/315.98 \approx 0.352$ , een toename van ongeveer 35 %. Over 66 jaar: $111.37/66 \approx 1.7\,\mathrm{ppm}$ per jaar gemiddeld.

Oefening 28.7 ★★

Gebruik de logaritmische wet van het hoofdstuk, met $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ en $C_0 = 278\,\mathrm{ppm}$ , om de forcering van koolstofdioxide bij $427.35\,\mathrm{ppm}$ , het jaargemiddelde van 2025, te berekenen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.7.

$F = 3.93 \times \ln(427.35/278)/\ln 2 = 3.93 \times 0.4300/0.6931 \approx 2.44\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Oefening 28.8 ★★

Hoeveel zou de zeespiegel bij $3.7\,\mathrm{mm}$ per jaar, de snelheid van 2006–2018, in 30 jaar stijgen? Hoeveel keer sneller is deze snelheid dan die van 1901–1971, $1.3\,\mathrm{mm}$ per jaar?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.8.

$3.7 \times 30 = 111\,\mathrm{mm}$ , ongeveer $11\,\mathrm{cm}$ . $3.7/1.3 \approx 2.8$ : bijna drie keer sneller.

Oefening 28.9 ★★

Bereken met $\Delta T = F/\lambda$ en $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ de evenwichtsopwarming die de totale menselijke forcering van 2019, $2.72\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ , zou veroorzaken. De waargenomen door de mens veroorzaakte opwarming is maar ongeveer $1.07{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Geef de belangrijkste reden voor het verschil.

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.9.

$\Delta T = 2.72/1.16 \approx 2.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Het klimaat is niet in evenwicht: de oceaan, die ongeveer 90 % van de extra energie opneemt, warmt langzaam op, dus heeft het oppervlak de forcering nog niet ingehaald (het systeem wint nog altijd ongeveer $0.8\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ).

Oefening 28.10 ★★

De Zon en vulkanen veranderden de mondiale temperatuur tussen 1850–1900 en 2010–2019 met $-0.1$ tot $+0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ , terwijl de waargenomen opwarming ongeveer $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ was. Wat kun je besluiten? Welke andere natuurlijke oorzaak moet ook worden uitgesloten, en wat zegt de evaluatie erover?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.10.

De Zon en vulkanen verklaren hoogstens $0.1{}^{\circ}\mathrm{C}$ van een opwarming van $1.06{}^{\circ}\mathrm{C}$ : ze kunnen er niet de oorzaak van zijn. De andere natuurlijke oorzaak is de interne variabiliteit van het klimaat (zijn natuurlijke schommelingen, zoals warmte-uitwisselingen tussen oceaan en atmosfeer); de evaluatie schat haar bijdrage op $-0.2$ tot $+0.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ , ook veel te klein.

Oefening 28.11 ★★

Onder welke scenario’s blijft de opwarming van 2081–2100 volgens de tabel van projecties zeer waarschijnlijk onder $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? Onder welke overschrijdt ze $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ zeer waarschijnlijk?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.11.

Zeer waarschijnlijk onder $2{}^{\circ}\mathrm{C}$ : alleen SSP1-1.9 (zeer waarschijnlijk bereik 1.0 tot 1.8). Zeer waarschijnlijk erboven: SSP2-4.5 (2.1 tot 3.5), SSP3-7.0 (2.8 tot 4.6) en SSP5-8.5 (3.3 tot 5.7). Voor SSP1-2.6 (1.3 tot 2.4) is geen van beide zeer waarschijnlijk.

Oefening 28.12 ★★★

Aerosolen veroorzaakten een forcering van ongeveer $-0.22$ en $-0.84\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ (via zonlicht en via wolken). Als alle aerosolen uit de lucht werden verwijderd terwijl al het andere bleef zoals in 2019, wat zou de totale menselijke forcering dan worden? Met hoeveel zou de evenwichtsopwarming toenemen, met $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ ?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.12.

De aerosolforcering is $-0.22 - 0.84 = -1.06\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ; zonder haar wordt het totaal $2.72 + 1.06 = 3.78\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ . De evenwichtsopwarming neemt toe met $1.06/1.16 \approx 0.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Oefening 28.13 ★★★

Toon met de logaritmische wet aan dat de stap van $278\,\mathrm{ppm}$ naar $556\,\mathrm{ppm}$ en de stap van $556\,\mathrm{ppm}$ naar $1112\,\mathrm{ppm}$ dezelfde forcering toevoegen. Wat is de totale forcering bij $1112\,\mathrm{ppm}$ ?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.13.

Omdat $\ln(2C) - \ln C = \ln 2$ voor elke $C$ , geldt

F(556) - F(278) = \frac{3.93\,\ln 2}{\ln 2} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}, \qquad F(1112) - F(556) = \frac{3.93\,\ln 2}{\ln 2} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}:

dezelfde forcering voor elke verdubbeling. Totaal bij $1112\,\mathrm{ppm}$ : $2 \times 3.93 = 7.86\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Oefening 28.14 ★★★

Leid de logaritmische wet af naar $C$ . Hoeveel forcering voegt één extra ppm koolstofdioxide toe bij $280\,\mathrm{ppm}$ , en hoeveel bij $420\,\mathrm{ppm}$ ? Geef commentaar.

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.14.

$\dfrac{\dd F}{\dd C} = \dfrac{F_{2\times}}{C \ln 2}$ . Bij $280\,\mathrm{ppm}$ : $3.93/(280 \times 0.6931) \approx 0.0202\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ per ppm; bij $420\,\mathrm{ppm}$ : $\approx 0.0135\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ per ppm. Elke extra ppm voegt minder forcering toe naarmate de concentratie groeit (1.5 keer minder bij 420 dan bij 280), maar de concentratie blijft stijgen, dus groeit de forcering nog altijd.

Oefening 28.15 ★★★

Zonder enige terugkoppeling behalve de extra straling naar de ruimte is $\lambda_0 = 3.22\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . Bereken de opwarming voor een verdubbeling van koolstofdioxide ( $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ) met $\lambda_0$ , en dan met $\lambda = 1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . Met welke factor versterken de terugkoppelingen de opwarming?

Oplossing

Oplossing van Oefening 28.15.

$3.93/3.22 \approx 1.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ zonder terugkoppelingen; $3.93/1.16 \approx 3.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ ermee. De terugkoppelingen versterken de opwarming met een factor $3.22/1.16 \approx 2.8$ .

28.7 Probleem: De Keelingcurve in cijfers

Probleem 28.1

Weekendprobleem — van het jaarlijkse ademen van de begroeiing tot het jaar waarin een verdubbeling zou worden bereikt

Een leerling downloadt de reeks van Mauna Loa en werkt ze door met een rekenblad. Over 2015–2024 ligt de maandelijkse concentratie gemiddeld $3.37\,\mathrm{ppm}$ boven de afgevlakte trend in mei en $3.51\,\mathrm{ppm}$ eronder in september. De jaargemiddelden zijn $316.91\,\mathrm{ppm}$ in 1960, $325.68\,\mathrm{ppm}$ in 1970, $401.01\,\mathrm{ppm}$ in 2015 en $427.35\,\mathrm{ppm}$ in 2025. De concentratie van 1750 was $278\,\mathrm{ppm}$ . Gebruik de logaritmische wet met $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

Deel I — Het ademen van de begroeiing.

Wat is de amplitude van top tot dal van de jaarlijkse cyclus?
Verklaar waarom de concentratie het hoogst is in mei en het laagst in september.
De cyclus is veel zwakker in de lucht van het zuidelijk halfrond. Opper een verklaring.
Waarom werd het observatorium op $3397\,\mathrm{m}$ hoogte gebouwd, op een vulkaan midden in de Grote Oceaan?

Deel II — De trend.

Bereken de gemiddelde groei, in ppm per jaar, over 1960–1970.
Bereken ze over 2015–2025.
Met welke factor is de groeisnelheid toegenomen?
Met hoeveel procent steeg de concentratie tussen 1750 en 2025?
De ijskernen tonen over de laatste 800 000 jaar nooit meer dan ongeveer $300\,\mathrm{ppm}$ . Met hoeveel ppm overschrijdt de waarde van 2025 dit?

Deel III — De forcering.

Bereken de forcering van koolstofdioxide in 2025.
Bereken ze in 1960, en de toename van de forcering tussen 1960 en 2025.
Welke concentratie zou $1\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ toevoegen aan de forcering van 2025?
Hoeveel jaar zou dat duren bij de groeisnelheid van 2015–2025?

Deel IV — De verdubbeling.

Wat is de concentratie bij een verdubbeling van de waarde van 1750? Welke forcering levert ze?
Welke evenwichtsopwarming zou ze veroorzaken bij de beste schatting van de evenwichtsklimaatgevoeligheid? Geef het waarschijnlijke bereik.
Welke terugkoppelingsparameter $\lambda$ volgt uit een gevoeligheid van $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ ? Vergelijk hem met de waarde $1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ die je krijgt door de terugkoppelingen op te tellen.
Waarom zou het oppervlak deze opwarming niet bereiken op de dag dat de verdubbeling wordt bereikt?
Waarom is een berekening die gewoon de huidige groeisnelheid doortrekt een scenario, en geen projectie van het soort dat de evaluaties maken?
In welk jaar zou de verdubbeling van de concentratie van 1750 worden bereikt als de groeisnelheid van 2015–2025 dezelfde bleef?

Oplossing

Oplossing van Probleem 28.1.

1. $3.37 + 3.51 = 6.88\,\mathrm{ppm}$ , ongeveer $7\,\mathrm{ppm}$ .

2. Van de lente tot de late zomer halen de planten van het noordelijk halfrond door fotosynthese koolstofdioxide sneller uit de lucht dan ademhaling en afbraak het teruggeven: de concentratie daalt tot september. In de herfst en de winter keert de balans om, en klimt de concentratie terug naar haar maximum van mei.

3. Het zuidelijk halfrond heeft veel minder land, en dus veel minder begroeiing, dan het noordelijk; het grootste deel van zijn oppervlak is oceaan.

4. Hoog gelegen ligt het boven de laag vervuilde lucht dicht bij de grond; ver van continenten en steden is de lucht die het bemonstert goed gemengd en vertegenwoordigt ze de hele atmosfeer, niet een plaatselijke bron.

5. $(325.68 - 316.91)/10 \approx 0.88\,\mathrm{ppm}$ per jaar.

6. $(427.35 - 401.01)/10 \approx 2.63\,\mathrm{ppm}$ per jaar.

7. $2.634/0.877 \approx 3.0$ : de groeisnelheid is verdrievoudigd.

8. $(427.35 - 278)/278 \approx 0.537$ : ongeveer 54 %.

9. $427.35 - 300 \approx 127\,\mathrm{ppm}$ .

10. $F = 3.93 \times \ln(427.35/278)/\ln 2 \approx 2.44\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

11. $F(316.91) = 3.93 \times \ln(316.91/278)/\ln 2 \approx 0.74\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ ; toename $2.44 - 0.74 \approx 1.70\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

12. Eén $\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ meer vermenigvuldigt de concentratie met $2^{1/3.93} \approx 1.193$ : $427.35 \times 1.193 \approx 510\,\mathrm{ppm}$ .

13. $(509.8 - 427.35)/2.634 \approx 31$ jaar.

14. $2 \times 278 = 556\,\mathrm{ppm}$ ; forcering $F_{2\times} = 3.93\,\mathrm{W}/\mathrm{m}^{2}$ .

15. Per definitie van de gevoeligheid $3{}^{\circ}\mathrm{C}$ (waarschijnlijk 2.5 tot $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ ).

16. $\lambda = 3.93/3 \approx 1.31\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ . De som van de terugkoppelingen, $1.16\,\mathrm{W}\,\mathrm{m}^{-2}\,{}^{\circ}\mathrm{C}^{-1}$ , geeft $3.93/1.16 \approx 3.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ , iets meer; de geëvalueerde beste schatting combineert deze fysica met de waargenomen opwarming en klimaten van het verleden, en beide waarden liggen in het waarschijnlijke bereik.

17. De oceaan slaat het grootste deel van de extra energie op en warmt langzaam op: het oppervlak bereikt zijn evenwichtsopwarming pas na decennia tot eeuwen.

18. Ze neemt één verhaal over de toekomstige uitstoot aan (de groei van de laatste tien jaar voor altijd aangehouden): dat is een scenario. Een projectie berekent de reactie van het klimaat en van de koolstofkringloop op een uitstootscenario met fysische modellen, en geeft bereiken en waarschijnlijkheden.

19. $(556 - 427.35)/2.634 \approx 48.8$ jaar na 2025: ongeveer 2074.

এই অধ্যায়ে সংজ্ঞায়িত পরিভাষা-শব্দ

পরিভাষায় সব 957 টি শব্দ দেখো