Skip to main content
2021-05-28

We kennen het verhaal ondertussen. Economische en industriële groei zijn de oorzaak van de stijging van het koolstofdioxidegehalte (CO2) in de atmosfeer van de aarde. Dit broeikasgas houdt de warmte van de zon vast en zorgt ervoor dat de atmosfeer geleidelijk aan opwarmt, wat een ravage aanricht in het kwetsbare aardsysteem en zijn flora en fauna. Verrassend genoeg heeft CO2 nog een ander neveneffect, namelijk een afkoelend effect. Stop jezelf echter als je denkt dat dit de opwarming van de aarde zou kunnen compenseren. Dit proces is al lang aan de gang en wordt al lang bestudeerd, en het heeft de opwarmingstrend duidelijk niet geneutraliseerd. Wat is er dan precies aan de hand?

De atmosfeer is als de Eiffeltoren

Het belangrijkste punt om te onthouden is dat het allemaal afhangt van de dichtheid van de lucht. Je kunt je de dunne laag gassen op aarde voorstellen als een Eiffeltoren, heel groot en zwaar aan de onderkant, maar heel snel afslankend tot de dunne, lichte top van de toren. Op dezelfde manier neemt de dichtheid van de atmosfeer exponentieel af naarmate je hoger komt, wat betekent dat het aantal moleculen van gassen dat je in één kubieke meter aantreft met een miljoen afneemt naarmate je van het aardoppervlak naar 100 km hoogte gaat. Als gevolg daarvan gedragen de verschillende atmosferische lagen zich heel verschillend.

  • De troposfeer aan de onderkant (onder 15 km hoogte) is vrij ondoorzichtig voor infrarood licht omdat er veel moleculen opeengepakt zitten. Er is ook veel menging, interactie en complexe chemie.
  • In de middenatmosfeer (stratosfeer en mesosfeer, tussen 15 en 100 km hoogte) wordt de chemie eenvoudiger, omdat de complexe organische moleculen in kleinere stukken worden opgebroken voordat ze die hoogte bereiken. De moleculen zijn veel meer verspreid, ze botsen en interageren veel minder. Als gevolg daarvan is er geen thermisch evenwicht in de mesosfeer: verschillende gassen kunnen verschillende temperaturen hebben, omdat de moleculen veel meer geïsoleerd zijn (je zou kunnen zeggen dat ze aan “social distancing” doen) en niet efficiënt warmte kunnen uitwisselen.

 

CO2 : een zeer efficiënt broeikasgas

Koolstofdioxidemoleculen zijn zeer efficiënt in het absorberen en weer uitstralen van warmte in de vorm van infrarode straling. In de lagere atmosfeer zitten de luchtmoleculen dicht opeengepakt, zoals mensen op een zomerfestival, en dus wordt de warmte die één molecule opnieuw uitzendt onmiddellijk geabsorbeerd in hetzelfde atmosferische gebied. Dit is het broeikaseffect, een algemene opwarming van de troposfeer.

De middelste atmosfeer is veel minder dicht (de midden- en bovenatmosfeer bevatten samen slechts 15% van de totale massa). Hier wordt de infrarode straling die door CO2-moleculen opnieuw wordt uitgezonden veel minder geabsorbeerd en ontsnapt er meer straling naar buiten, de ruimte in. Dit leidt tot een algemeen verlies van warmte en dus tot een afkoelingseffect.

Naarmate de mens CO2 uitstoot en de opname ervan aan de oppervlakte vertraagt, stijgt de concentratie niet alleen in de onderste laag, maar ook in de middelste lagen. Het verschil is dat in de onderste laag de opwarming toeneemt, terwijl in de middelste lagen de afkoeling toeneemt. Naarmate de moleculen afkoelen, bewegen ze trager en blijven ze dichter bij elkaar, waardoor de middelste en bovenste lagen lichtjes krimpen.

Atmospheric heating and cooling
In de troposfeer leidt de toename van koolstofdioxide tot een opwarmingseffect, terwijl het in de stratosfeer en de mesosfeer een afkoelingseffect veroorzaakt.
Originele infographic: Marco Saporiti/Density Design Research Lab

Een tastbaar effect op onze satelliettechnologie

Satellieten draaien in een baan om de aarde in de bovenste lagen van de atmosfeer, de thermosfeer en de exosfeer. Hoewel de lucht in deze lagen uiterst ijl is, ondervinden satellieten toch luchtweerstand omdat zij door luchtmoleculen worden geraakt. Dit is de reden waarom actieve satellieten periodieke impulsen van kleine raketmotoren nodig hebben om in hun beoogde baan te blijven. Wanneer oude satellieten buiten gebruik worden gesteld, vallen zij langzaam terug naar de aarde. De grotere luchtweerstand op lagere hoogte vertraagt ze nog meer, zodat ze nog sneller beginnen vallen en uiteindelijk in de mesosfeer desintegreren. Gewoonlijk branden alle stukken op voordat ze de oppervlakte bereiken.

Maar nu de stijging van de CO2-uitstoot de middelste en bovenste lagen van de atmosfeer doet afkoelen en krimpen, ondervinden satellieten minder luchtweerstand op de hoogten waarop zij in een baan om de aarde draaien, en blijven zij veel langer aanwezig. Onze atmosfeer wordt zo minder efficiënt in het opruimen van het ruimteafval dat rond onze planeet cirkelt. Naarmate we elk jaar meer satellieten in een baan om de aarde brengen, kunnen we er niet meer op rekenen dat de natuur een veilige omgeving in een baan om de aarde in stand houdt. Klimaatverandering heeft dus gevolgen voor alle menselijke activiteiten, van het aardoppervlak tot in de ruimte rondom de aarde.

Verder lezen

News image 1
News image legend 1
Stijgende CO2-niveaus veroorzaken ook een afkoeling in de bovenste lagen van de atmosfeer.
Credit: NASA
News image 2
News image legend 2
Het duurt lang vooraleer oude satellieten terug naar de aarde vallen, wat een beetje een afvalprobleem veroorzaakt in de ruimte.
Credit: ESA/United Nations