WELKE GASSEN ZORGEN ERVOOR DAT DE ATMOSFEER OVERVERHIT RAAKT? - WETENSCHAP - 2025

De gassen die ervoor zorgen dat de atmosfeer oververhit raakt, zijn de gassen die infraroodstraling absorberen en uitzenden. Evenzo dragen gassen die de ozonlaag beschadigen bij aan oververhitting, omdat ze een grotere penetratie van ultraviolette straling vergemakkelijken.

Opwarming van de aarde is de stijging van de gemiddelde temperatuur in de terrestrische biosfeer die optreedt als gevolg van het broeikaseffect. Dit effect is een natuurlijk fenomeen dat bestaat uit het blokkeren van de uitgang van aardwarmte (infrarode straling) naar de ruimte.

Gassen die oververhitting veroorzaken. Bron: een losse stropdas

Deze blokkering wordt veroorzaakt door enkele van de gassen die van nature de atmosfeer van de aarde vormen, zoals waterdamp en CO2. Dit is een fenomeen dat van nature voorkomt en ervoor zorgt dat de planeet een biologisch geschikte temperatuur heeft.

Hoe verwarmen gassen de aarde?

De fundamentele energiebron die de aarde verwarmt, is zonnestraling, met name ultraviolette straling. Het wordt gedeeltelijk gefilterd door de ozonlaag (O3) in de stratosfeer.

De ultraviolette straling (korte golf) die erin slaagt om door te dringen, verwarmt het aardoppervlak en de warmte wordt als infraroodstraling (lange golf) de ruimte in afgegeven. Er is echter een menselijke invloed op het proces door de kunstmatige uitstoot van broeikasgassen.

Deze gassen absorberen en geven warmte af of vernietigen ozon dat het binnendringen van ultraviolette straling reguleert. De gassen die bijdragen aan het broeikaseffect, natuurlijk of door menselijke invloed, worden broeikasgassen (GHG) genoemd.

Op mondiaal niveau wordt speciale aandacht besteed aan de opwarming van de aarde en de vernietiging van de ozonlaag. Het Protocol van Montreal betreffende stoffen die de ozonlaag afbreken is een internationaal verdrag dat in 1989 in werking is getreden en het gebruik van deze gassen regelt.

Dit protocol werd door 65 landen geratificeerd met de wijziging van Kigali van 1 januari 2019. Het Protocol van Kyoto van zijn kant behandelt kwesties die verband houden met de opwarming van de aarde.

In het Protocol van Kyoto worden zes broeikasgassen overwogen: kooldioxide, methaan, lachgas, fluorkoolwaterstof, geperfluoreerde koolwaterstof en zwavelhexafluoride.

Om een ​​gas te evalueren dat oververhitting veroorzaakt, wordt gekeken naar de nuttige levensduur en het aardopwarmingsvermogen (GWP). De GWP vergelijkt de hoeveelheid warmte die door een gas wordt ingesloten met de warmte die wordt ingesloten door CO2, waarvan de GWP is gestandaardiseerd op 1.

Hoofdgassen veroorzaken oververhitting van de atmosfeer

Water stoom

Waterdamp is een natuurlijk en vitaal onderdeel van de atmosfeer van de aarde en speelt een zeer belangrijke rol in het broeikaseffect vanwege het vermogen om warmte op te nemen. Bovendien reflecteert water in vloeibare en vaste toestand zonne-energie, waardoor de aarde wordt gekoeld.

Kooldioxide (CO2)

Koolstofdioxide is het belangrijkste broeikasgas en is verantwoordelijk voor meer dan 80% van de toename van dit fenomeen. De CO2-niveaus zijn schrikbarend gestegen als gevolg van industriële en transportactiviteiten.

Volgens sommige schattingen bedroeg de atmosferische concentratie van CO2 vóór de industriële revolutie ongeveer 280 ppm (parts per million) en in 1998 365 ppm. Dit vertegenwoordigt een stijging van 1,5 ppm per jaar en een stijging van 31% ten opzichte van de 1750 niveaus.

CO2-concentratie. Bron: Hannes Grobe 21:17, 5 november 2006 (UTC)

Door de isotopensamenstelling van het huidige atmosferische CO2 te bepalen, is aangetoond dat de toename komt door verbranding van fossiele brandstoffen en ontbossing. CO2 werkt door het absorberen en afgeven van infraroodstraling en heeft een levensduur van 5 tot 200 jaar.

Methaan (CH

Methaan is het tweede broeikasgas en draagt ​​voor ongeveer 17% bij aan de opwarming door opname en straling van warmte. Hoewel veel van dit gas van nature voorkomt, voornamelijk in moerassen, is er een belangrijke menselijke bijdrage (ongeveer 50%).

Methaanconcentratie. Bron: Methane-global-average-2006.jpg: NOAA Afgeleid werk: Ortisa

Ongeveer 60% van het methaan dat momenteel in de atmosfeer aanwezig is, is het product van menselijke (antropische) activiteiten. Tot de belangrijkste antropische bronnen behoren het vee van herkauwers, de rijstteelt, de exploitatie van fossiele brandstoffen en de verbranding van biomassa.

De geschatte niveaus van dit gas vóór het industriële tijdperk zijn 700 ppb (deeltjes per miljard) en voor 1998 bereikte het 1.745 ppb, wat een stijging van 149% betekent. Methaan heeft echter een nuttige levensduur in de lagere atmosfeer en bedraagt ​​slechts 12 jaar.

Stikstofoxiden (NOx)

NOx, met name lachgas, draagt ​​bij aan de vernietiging van ozon in de stratosfeer door de hoeveelheid ultraviolette straling die de aarde binnendringt te vergroten. Deze gassen zijn afkomstig van de industriële productie van salpeterzuur, adipinezuur en het gebruik van kunstmest.

Distikstofoxide (N2O) had een atmosferische concentratie van 270 ppb vóór het industriële tijdperk, om vervolgens in 1998 314 ppb te bereiken. Dit betekent een toename van 16% in zijn concentratie en het heeft een levensduur van 114 jaar, wat het erg problematisch maakt.

Fluorkoolwaterstoffen (HFK's)

Het zijn gassen die in verschillende industriële toepassingen worden gebruikt en die de door de overeenkomst van Montreal beperkte CFK's vervangen. HFK's tasten echter ook de ozonlaag aan en hebben een hoge actieve duurzaamheid in de atmosfeer (tot 260 jaar).

Deze gassen kwamen niet voor in de atmosfeer, ze werden door mensen geïntroduceerd en in het geval van HFK-23 bereikt het een concentratie van 14 ppt (deeltjes per biljoen).

Geperfluoreerde koolwaterstof (PFC)

PFK's worden geproduceerd in verbrandingsinstallaties voor het smeltproces van aluminium. Net als HFK's hebben ze een hoge duurzaamheid in de atmosfeer en beïnvloeden ze de integriteit van de stratosferische ozonlaag.

Zwavelhexafluoride (SF6)

Dit is een ander gas waarvan het oververhittingseffect door de vernietiging van de ozonlaag gaat. Het wordt gebruikt in hoogspanningsapparatuur en bij de productie van magnesium, en heeft een hoge bestendigheid in de atmosfeer.

Chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's)

CFK is een krachtig broeikasgas dat ozon in de stratosfeer beschadigt en wordt gereguleerd door het Montreal Protocol. In sommige landen wordt het echter nog steeds gebruikt, zoals in China.

Schade aan de ozonlaag wordt veroorzaakt doordat chlooratomen uiteenvallen wanneer ze worden geraakt door ultraviolette straling.

De belangrijkste chloorfluorkoolwaterstoffen zijn CFC-11, CFC-12, CFC-13, CFC-113, CFC-114 en CFC-115. Deze gassen kwamen niet voor in de atmosfeer, maar in 1998 bereikte CFC-11 al 268 ppt, met een gebruiksduur van 45 jaar.

Methylchloroform of trichloorethaan (CH3CCL3)

Het is een bepaald type CFK dat wordt gebruikt als oplosmiddel en bij het reinigen van metalen. Bij de ontbinding stoot het chloridegassen uit, waarvan de chlooratomen bijdragen aan de vernietiging van de ozonlaag.

Troposferische ozon (O3)

De troposferische O3 is de ozon die wordt gevormd op grondniveau, tussen de oppervlakte en 18 km hoog. Hoewel ozon in de stratosfeer bijdraagt ​​aan het verminderen van wereldwijde oververhitting door het binnendringen van ultraviolette straling te verminderen, genereert troposferisch ozon opwarming.

Smog in Harbin (China). Bron: Fredrik Rubensson

Er wordt beweerd dat het effect van troposferisch ozon tegenstrijdig is. Enerzijds wekt het een oppervlakkige opwarming van de aarde op, maar tegelijkertijd elimineert het andere broeikasgassen.

O3 is in ieder geval een giftig gas dat naast verschillende materialen ook longschade veroorzaakt.

Chloordifluormethaan (HCFC-22)

Het heet R-22, een kleurloos gas en tot voor kort het meest gebruikt in koelapparatuur. Tegenwoordig is het echter in een groot deel van de wereld verboden vanwege het negatieve effect op de ozonlaag.

Koolstofchloride of koolstoftetrachloride (CCl4)

Het is een organochloor dat nu op veel plaatsen verboden is vanwege zijn giftigheid, maar het werd veel gebruikt als koelmiddel, blusmiddel, ontvetter en pesticide. Wanneer deze verbinding wordt afgebroken, ontstaan ​​er afgeleide stoffen die de ozonlaag aantasten.

Tetrafluormethaan of perfluormethaan (CF4)

Het is een gas dat bekend staat als R-14 en wordt gebruikt als koelmiddel, maar het heeft een hoog vermogen om ultraviolette energie te absorberen en uit te zenden. Het heeft een levensduur in de atmosfeer van meer dan 50.000 jaar en een aardopwarmingsvermogen van 6.500.

Volgens Guinness World Records is tetrafluormethaan het meest hardnekkige broeikasgas, hoewel het lage aandeel ervan in de atmosfeer het effect ervan beperkt.

Hexafluorethaan (C2F6)

Het wordt gebruikt in koelmiddelen en bij de productie van aluminium, omdat het dankzij de hoge energie van zijn koolstof-fluor-bindingen zeer stabiel is. Hierdoor heeft het een lange levensduur van minimaal 500 jaar.

Evenzo heeft het een hoog potentieel voor het absorberen van infrarode straling, waardoor het een probleem vormt voor wereldwijde temperaturen. Hexafluorethaan staat op de lijst van broeikasgassen van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

Zwavelhexafluoride (SF6)

Het is een niet-giftig gas, vijf keer zwaarder dan lucht, met een GWP-index van 176 (20.000 keer meer dan CO2). Aan de andere kant heeft het een nuttige levensduur van 3200 jaar, hoewel het, omdat het zo dicht is, niet naar de bovenste lagen van de atmosfeer stijgt.

Bibliografische verwijzingen

1. Bolin, B. en Doos, BR Broeikaseffect.
2. Caballero, M., Lozano, S. en Ortega, B. (2007). Broeikaseffect, opwarming van de aarde en klimaatverandering: een aardwetenschappelijk perspectief. Universitair digitaal tijdschrift.
3. Elsom, DM (1992). Luchtverontreiniging: een wereldwijd probleem.
4. IPCC (2001). Derde beoordelingsrapport Climate Change 2001: The Scientific Basis.
5. IPCC (2018). Globale opwarming van 1,5 ºC.
6. Mitchell, JFB, Johns, TC, Gregory, JM en Tett, SFB (1995). Klimaatrespons op toenemende niveaus van broeikasgassen en sulfaataerosolen. Natuur.
7. Myhre, G., Highwood, EJ, Shine, KP en Stordal, F. (1998). Nieuwe schattingen van stralingsforcering door goed gemengde broeikasgassen. Geophysical Research Letters.
8. Rodhe, H. (1990). Een vergelijking van de bijdrage van verschillende gassen aan het broeikaseffect. Wetenschap.
9. Schneider, SH (1989). Het broeikaseffect: wetenschap en beleid. Wetenschap.