Directe waarnemingen bevestigen: de mens verstoort de stralingsbalans van de aarde en veroorzaakt zo opwarming

"Dit is de eerste berekening van de totale stralingsforcering van de aarde aan de hand van wereldwijde waarnemingen, waarbij rekening gehouden wordt met de effecten van aerosols en broeikasgassen", zei de eerste auteur van de studie, Ryan Kramer. "Het biedt bewijs uit de eerste hand dat menselijke activiteiten veranderingen veroorzaken in het energiebudget van de aarde." 

Kramer is een postdoctoraal onderzoeker aan het Goddard Space Flight Center van de NASA en de University of Maryland.   

Ook de aarde heeft een budget, een energiebudget. Onze planeet probeert constant de energie die in het systeem vloeit, in evenwicht te brengen met de energie die eruit stroomt. Maar menselijke activiteiten verstoren dat evenwicht en maken dat de aarde opwarmt. 

Stralingsenergie komt het systeem van de aarde binnen van het zonlicht dat op onze planeet schijnt. Een deel van deze energie wordt teruggekaatst door het oppervlak of de atmosfeer. De rest wordt geabsorbeerd, verwarmt de planeet en wordt teruggestraald als thermische stralingsenergie. Uiteindelijk gaat ook deze energie terug naar de ruimte waar ook het zonlicht vandaan komt, maar een deel ervan wordt opnieuw geabsorbeerd door wolken en broeikasgassen in de atmosfeer. Die geabsorbeerde energie kan ook opnieuw uitgestraald worden naar de aarde, waar ze het oppervlak nog meer zal opwarmen. 

Als we meer bestanddelen toevoegen die straling absorberen - zoals broeikasgassen - of bestanddelen wegnemen die straling weerkaatsen - zoals aerosols - veroorzaakt dat een onevenwicht en maakt het dat er meer energie geabsorbeerd wordt door de aarde in plaats van te ontsnappen in de ruimte. Dat wordt stralingsforcering genoemd, en het is de belangrijkste manier waarop menselijke activiteiten het klimaat beïnvloeden. 

Het CERES-project (Clouds and the Earth's Radiant Energy System) van de NASA bestudeert de in- en uitstroom van straling aan de bovenkant van de atmosfeer. Een hele reeks instrumenten van CERES vliegen sinds 1997 onafgebroken rond aan boord van satellieten en elk instrument meet hoeveel energie er binnenkomt in het systeem van de aarde en hoe veel eruit stroomt, wat de totale nettoveranderingen van de straling oplevert.

Die gegevens, in combinatie met andere bronnen zoals de metingen van de temperatuur van de oceanen, tonen aan dat onze planeet een onevenwicht op het vlak van energie kent. 

"Maar het vertelt ons niet welke factoren die veranderingen in de energiebalans veroorzaken", zo zei doctor Kramer. 

De studie gebruikte een nieuwe techniek om vast te stellen welk deel van de totale energieverandering veroorzaakt wordt door mensen. De onderzoekers berekenden welk deel van het onevenwicht veroorzaakt wordt door schommelingen in factoren die van nature voorkomen, zoals waterdamp, wolken, de temperatuur en de albedo van het oppervlak (in essentie de 'witheid' of het weerkaatsingsvermogen van het aardoppervlak). 

Zo meet de Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) aan boord van de NASA-satelliet Aqua de waterdamp in de atmosfeer van de aarde. Waterdamp absorbeert energie in de vorm van warmte, en veranderingen in de waterdamp in atmosfeer zullen dus beïnvloeden hoeveel energie er uiteindelijk uit het systeem van de aarde wegvloeit. 

De onderzoekers berekenden de energieveranderingen van al deze natuurlijke factoren, en trokken de daarvoor bekomen waarden af van het totaal. Het deel dat overbleef, is de stralingsforcering door de mens. 

Het team kwam tot de conclusie dat menselijke activiteiten de stralingsforcering op aarde tussen 2003 en 2018 hebben doen toenemen met 0,5 watt per vierkante meter. 

Die toename wordt voor het grootste deel veroorzaakt door broeikasgassen die onder meer uitgestoten worden door de verbranding van fossiele brandstoffen. De vermindering van de hoeveelheid straling weerkaatsende aerosolen in de atmosfeer draagt ook bij aan het onevenwicht. 

De berekeningen voor de nieuwe techniek verlopen sneller dan voor de vroegere, op modellen gebaseerde technieken, en dat laat de onderzoekers toe de stralingsforcering bijna in real time op te volgen. 

De methode zou gebruikt kunnen worden om na te gaan hoe de uitstoot die door de mens veroorzaakt wordt, het klimaat beïnvloedt, om op te volgen hoe goed bepaalde maatregelen werken om de opwarming tegen te gaan, en om modellen te evalueren om de klimaatverandering in de toekomst te voorspellen. 

"Door een gegevensbank op te stellen van de stralingsforcering die berekend is op basis van waarnemingen, zullen we in staat zijn te evalueren hoe goed klimaatmodellen deze forcering kunnen simuleren", zei Gavin Schmidt. "Dit zal ons toelaten met meer vertrouwen voorspellingen te doen over hoe het klimaat in de toekomst zal veranderen." 

Schmidt is de directeur van het Goddard Institute of Space Studies van de NASA.  

De studie van de onderzoekers van het Goddard Space Flight Center, de University of Miami, de University of Leeds en het CICERO-Center in Oslo is gepubliceerd in Geophysical Research Letters. Dit artikel is gebaseerd op een persbericht van de NASA.