|
|
|
|
Het natuurlijk broeikaseffect |
|
|
|
|
|
|
|
|
Klimaat is gerelateerd aan een gemiddelde
weertoestand waarbij meteorologen bepaalde waarden (zoals temperatuur,
neerslag, windsnelheid, ...) middelen over een periode van 30
jaar. Extremen (zoals tropische cyclonen, overstromingen, droogte,
...) en hun variatie met de seizoenen (bv. moessons in India)
bepalen echter het klimaat in een regio. |
|
|
|
|
|
De "motor",
die het klimaat aandrijft, is stralingsenergie afkomstig van
de dichtstbijzijnde ster, onze zon. (= stralingsforcering) |
|
|
|
|
|
De stralingsforcering bestaat uit:
- kortgolvige straling (UV-straling,
straling in het zichtbare gebied en het nabije infrarood)
uitgezonden door de zon.
- langgolvige straling (thermisch
infrarood), die de aarde terug uitzendt, na absorptie van
de inkomende kortgolvige straling.
Niet alle inkomende straling wordt door het
aardoppervlak geabsorbeerd: |
|
|
|
|
|
- Een
gedeelte van de straling wordt, zoals u ziet op de afbeelding,
als kortgolvige straling gereflecteerd door atmosfeer, wolken
en aardoppervlak (vooral oppervlakten bedekt met sneeuw
en ijs en wateroppervlakte op hogere geografische breedte).
De planetaire albedo
is de fractie van het invallende zonlicht, dat uiteindelijk
naar de ruimte wordt gereflecteerd. De mondiale gemiddelde
waarde is nu ongeveer 0.3 (1=volledige terugkaatsing, 0=volledige
absorptie).
- Een gedeelte (ongeveer 19%)
wordt door de atmosfeer geabsorbeerd:
|
|
|
- Voor de UV-straling geldt dat het grootste gedeelte
van de UV-C-straling wordt geabsorbeerd door moleculair
zuurstof in de hogere atmosfeer. De resterende UV-C-straling
en een gedeelte van de UV-B-straling worden door ozon
geabsorbeerd in de stratosfeer.
- Voor het infrarood geldt dat een gedeelte van het nabije
infrarood wordt geabsorbeerd door vooral waterdamp en
koolstofdioxide.
|
|
|
|
|
|
Ongeveer de helft van de inkomende zonnestraling,
die de atmosfeer binnendringt, bereikt het oppervlak. Het aardoppervlak
zendt de geabsorbeerde straling terug uit onder de vorm van
thermische infrarode straling. Deze straling wordt voor een
groot deel weer door de atmosfeer geabsorbeerd. De atmosfeer
zendt op haar beurt de geabsorbeerde straling in alle richtingen
uit, dus ook in de richting van het aardoppervlak. Deze infrarode
straling is dus een extra bron van energie voor het aardoppervlak
(=atmosferische tegenstraling). De temperatuur nabij het oppervlak
is daarmee hoger dan wanneer er geen atmosfeer zou zijn (=natuurlijke
broeikaseffect). De bijdrage van elk broeikasgas aan het totale
broeikaseffect is afhankelijk van de golflengten die worden
geabsorbeerd en van de atmosferische concentratie. |
|
|
|
|
|
De volgende grafiek geeft het absorptiespectrum
weer voor de gehele atmosfeer in functie van de golflengte.
Je ziet dat niet alleen waterdamp (H2O) en koolstofdioxide
(CO2) thermische IR straling absorberen, maar dat
ook methaan (CH4) en lachgas (N2O) een
bijdrage leveren. |
|
|
|
|
|
In realiteit varieert het klimaat sterk in
ruimte en in tijd. Er is een groot verschil in absorptie van
zonnestraling door het aardoppervlak. Als gevolg van de afnemende
zonshoogte in functie van de geografische breedte ontstaat er
een toename van het albedo in de richting van beide polen. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Bovenstaande grafiek geeft aan hoe de inkomende
kortgolvig straling (blauw) en de uitgaande langgolvige straling
(rood) variëren met de geografische breedte. De x-as geeft
de geografische breedte aan (0°=evenaar) en de y-as de hoeveelheid
stralingsenergie. De tropen absorberen netto energie ("excess":
de hoeveelheid geabsorbeerde energie > de hoeveelheid uitgaande
energie) in tegenstelling tot de polen, die netto energie emitteren
("deficit") in de vorm van langgolvige straling. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Omdat elk systeem
streeft naar energie-evenwicht, moet de aarde continu warmte
"verpompen" van de tropen naar de polen. Dit warmtetransport
vindt plaats: |
|
|
- Via de atmosfeer: Energie
(warmte) wordt op de evenaar naar hogere lagen in de atmosfeer
getransporteerd door voelbare warmte (droge convectie) en
door latente warmte (natte convectie). Latente warmte neemt
ongeveer 80% van het verticale transport voor zijn rekening.
Daar watermoleculen in de gasfase een hogere energie (hogere
trillingsfrequentie) hebben dan watermoleculen in de vloeistoffase
zal bij condensatie van waterdamp tot wolken de latente
warmte vrijkomen. Buien zijn daardoor zeer effectief in
het transporteren van energie van het aardoppervlak naar
de atmosfeer. De stijging van de equatoriale lucht heeft
tot gevolg dat op elk halfrond lucht uit de subtropen en
de gematigde zones naar de evenaar beweegt. Deze luchtstroming
wordt op grotere hoogte gecompenseerd door luchtstromen
vanaf de evenaar naar het noorden en het zuiden. Deze lucht
koelt door uitstraling af, terwijl ze in de richting van
de polen stroomt. Omdat de aarde rond haar as draait zullen
luchtmassa's niet rechtstreeks van de evenaar naar de polen
bewegen (coriolis-effect),
maar bewegen volgens een patroon van 3 cellen:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- Via de oceanen: De oppervlaktestromingen
worden in hoofdzaak aangedreven door atmosferische winden.
Stromingen in de diepte worden aangedreven door variaties
in temperatuur en zoutgehalte (=thermohaline circulatie):
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dankzij het natuurlijke broeikaseffect bedraagt
de gemiddelde mondiale temperatuur ongeveer 15°C. Zonder
atmosferische tegenstraling zou de gemiddelde temperatuur op
aarde niet hoger uitkomen dan -18°C ! |
|
|
|
|