Aerosolen: de grote onbekende factor bij klimaatveranderingen

Jaarlijkse wereldwijde verspreiding van deeltjes zeezout.

Klimaatveranderingen/Chriz van de Graaf

Het wordt gezien als misschien wel de grootste bedreiging voor het leven op aarde, maar over de mate waarin en de snelheid waarmee klimaatveranderingen ons zullen treffen, lopen de opinies sterk uiteen. Een reden hiervoor is dat we gewoonweg onvoldoende van het klimaat weten om er met zekerheid iets over te kunnen zeggen. Een model van het klimaat levert tenslotte een welhaast oneindige hoeveelheid parameters op. Eén van de factoren waar relatief weinig over bekend is, zijn aerosolen, stofdeeltjes in de lucht. Volgens onderzoeker drs. Bas Henzing doet de invloed van die deeltjes op klimaatveranderingen niet onder voor die van het broeikaseffect.

“Aerosolen zijn essentieel in het begrijpen van het klimaat”, zegt Henzing. “Als je iets wil doen aan klimaatvoorspelling kun je niet zonder de invloed van aerosolen. Kennis van alleen het broeikaseffect is onvoldoende om iets zinnigs te kunnen zeggen.”
Aerosolen zijn alles wat in de lucht zweeft, behalve neerslag en meteorieten. Het is alles wat groter is dan een aantal moleculen, zoals roet, Sahara-zand, opwaaiend stof, opwaaiend zeezout, maar ook klonters van nitraten en sulfaten uit uitlaatgassen, dieselroet, sporen, pollen, virussen en bacteriën. Ze hebben twee belangrijke effecten op de warmtehuishouding van de aarde. Enerzijds werken ze als kleine spiegeltjes voor zonlicht en weerkaatsen daarmee direct een deel van het zonlicht terug de ruimte in. Daarnaast kunnen ze ook werken als condensatiekernen voor wolken, wat resulteert in meer wolken die bovendien meer zonlicht reflecteren, zodat meer zonlicht wordt weerkaatst in de ruimte. Het netto resultaat van deze effecten is door de verschillende mechanismen niet precies bekend. Reden waarom Henzing er onderzoek naar doet.
Aerosolen blijven maar relatief kort in de atmosfeer. De stofdeeltjes kunnen op twee manieren uit de lucht worden verwijderd. Of lucht botst met de grond en de aerosolen blijven plakken. De ander manier is dat ze uitregenen. Meestal gebeurt dit doordat een aerosol in een wolk terechtkomt. Het water condenseert rond de aerosolen en als de wolken verzadigd zijn, valt het aerosol met de regen naar beneden. Ook belangrijk zijn de druppels die door de lucht vallen en aerosolen meenemen. Volgens het onderzoek van Henzing is deze manier van verwijdering vooral belangrijk voor grotere aerosoldeeltjes, zoals zeezout, opwaaiend stof en slijtagemateriaal van autobanden en -remmen. Door dit neerslaan varieert de hoeveelheid aerosolen in de atmosfeer sterk. Na een lange periode van mooi weer kunnen er heel veel in de lucht aanwezig zijn, maar na een regenbui kunnen het er zeer weinig zijn.

Trend
Vóór de Industriële Revolutie was het aantal aerosolen in de atmosfeer beduidend kleiner dan nu. Door het gebruik van fossiele brandstoffen, door verkeer en luchtvaart, en het grootschalig opwekken van energie is het aantal stofdeeltjes in de lucht toegenomen. Bosbranden en vulkaanuitbarstingen zorgen natuurlijk ook voor veel stof in de lucht, maar daar zit geen trend in – die hoeveelheid blijft ongeveer gelijk. Vermoed wordt dat door ontbossing steeds meer woestijnzand in de lucht komt. Dat is ook zo, maar die hoeveelheid is afgeschat op zeer klein in vergelijking met andere toenames waar de mens verantwoordelijk voor is.
Op dit moment is er een sterke toename van aerosolen in landen als China en India. In Nederland zien we dankzij regelgeving dat er een afname is. De totale hoeveelheid stof (PM, Particulate Matter) neemt af, maar Henzing vermoedt dat de samenstelling verandert en dat het aantal deeltjes toeneemt.
Aanleiding voor het onderzoek van Henzing is een rapport van het Intergovernmental Panel on Climat Change. Die club is opgericht door de World Meteorological Organization en het United Nations Environment Programme om kennis over klimaatveranderingen bij elkaar te brengen. In het rapport wordt de kennis van het effect van aerosolen op het klimaat ingeschat als zeer laag, terwijl het effect potentieel zeer groot is. De grootte van het effect op de temperatuur, is vergelijkbaar met de invloed van het broeikaseffect. Broeikasgassen zorgen echter voor een opwarming terwijl aerosolen de temperatuur juist verlagen. De berekening van het exacte effect van aerosolen op de klimaatverandering is complex en daardoor nog zeer onzeker.

KNMI
Henzing, die in Utrecht Natuurkunde studeerde met specialisaties in meteorologie en fysische oceanologie, kwam bij het KNMI terecht in de onderzoeksgroep van prof.dr. Hennie Kelder. Kelder is verbonden is aan TU/e en is daarnaast werkzaam als hoofd van de groep ‘Atmosferische samenstelling’ van het KNMI. Daar ging Henzing aan de slag met het onderzoek naar aerosolen.
“Om iets te kunnen zeggen over het effect van aerosolen op het klimaat, moet je twee dingen weten”, verklaart hij. “Wat is het effect van aerosolen op de verspreiding van zonnestralen? En als je dat weet, dan wil je dat voor de hele wereld weten.”
Henzing wachtte op heldere dagen, om zonder het effect van bewolking de eigenschappen van aerosolen en zonnestraling te kunnen meten. Alle informatie voegde hij daarna bij elkaar om tot één conceptueel model te komen. Dit model werd vervolgens gebruikt als invoer voor een ander model, dat werd gekozen uit de best beschikbare modellen, waarmee de hoeveelheid zonnestraling die de aarde bereikt kan worden berekend.
Een uitkomst van het onderzoek is dat de berekende hoeveelheid straling die op aarde viel en de gemeten werkelijke hoeveelheid niet met elkaar in overeenstemming waren. Henzing: “We wisten dus dat we iets niet in de berekeningen hadden meegenomen. De berekende, indirecte straling aan de grond is groter dan de gemeten straling aan de grond. Die wordt dus ergens geabsorbeerd. Het zou wel eens kunnen dat er in hogere luchtlagen aerosolen zitten die licht absorberen. Een andere mogelijkheid is dat er ultrakleine absorberende deeltjes verantwoordelijk voor zijn. Deze deeltjes werden mogelijk niet gemeten door de gebruikte apparatuur. Een derde mogelijkheid is dat er organische aerosolen zijn, of gassen die na chemische reacties omgezet worden in aerosolen, die een groter absorberend vermogen hebben dan tot nu toe werd aangenomen. De conclusie is dat we nu nog te weinig weten van de atmosfeer tussen twee en twintig kilometer. Uit mijn onderzoek zijn enkele vervolgstudies voortgekomen, omdat het belangrijk is meer inzicht te krijgen in het stralingseffect van aerosolen.”

Modellen
Voor het andere deel van zijn onderzoek, de vraag naar wat de effecten op mondiaal niveau zijn, is Henzing data gaan verzamelen over de hoeveelheid aerosolen in de atmosfeer, over wat de optische eigenschappen zijn, waar het zich bevindt et cetera. Met die informatie is hij modellen gaan combineren. Zo heeft hij een chemisch transportmodel gekoppeld aan een meteorologisch model waarin winden, neerslag en de verdeling van temperatuur zijn opgenomen. Dat koppelde hij weer aan de emissies: welke auto’s rijden waar, wat stoten ze uit, wat zijn de emissies van de industrie et cetera. Die emissies laat hij in het model ‘rondwaaien’, waarmee je een verdeling van deeltjes krijgt.
Het model dat Henzing heeft gemaakt is natuurlijk nog lang niet perfect, maar het schept volgens de promovendus wel de mogelijkheid om inzicht in het effect van aerosolen op klimaatveranderingen te verkrijgen. De kennis van de stofdeeltjes is niet alleen van belang voor onderzoek naar het klimaat. Dezelfde deeltjes hebben namelijk ook een effect hebben op de gezondheid. Vroeger was het meten van de luchtverontreiniging een taak van alleen het RIVM. Nu levert het KNMI ook een aandeel. “Mijn model is geschikt om, zoals ik dat noem, de achtergrondconcentraties te modelleren. Op stadsniveau kun je niks met een mondiaal model, maar als je zicht hebt op de Randstad, of op Noord- of Zuid-Nederland dan weet je al heel veel.
Dit model geeft bijvoorbeeld informatie over de herkomst van fijnstof; hoeveel van dat stof in Nederland komt bijvoorbeeld uit de Verenigde Staten? Dat is interessant omdat er wordt gesteggeld over de vraag: hoeveel reductie van fijnstof kunnen we realiseren? Als je weet dat veel fijnstof van elders komt, dan weet je wie er verantwoordelijk voor is. Met mijn model kunnen we dat gaan uitzoeken.”

Water
Ook de komende jaren zal Henzing zich bezighouden met klimaat en klimaatverandering. Aerosolen blijven daarbij centraal staan, maar hij wil eerst meer kennis verkrijgen over de rol van water op het klimaat. Daartoe gaat hij werken aan de Universiteit Wageningen. Volgens de promovendus wordt op dit moment niet altijd op een goede manier gekeken naar klimaatveranderingen. “Het gaat vaak op een mondiale schaal. Er wordt bijvoorbeeld gesproken over een wereldwijde jaargemiddelde temperatuurverandering. Dat zegt mij niets. Ik wil weten hoe het in Europa, of zelfs in Nederland is. Je ziet aankomen dat het over vijftig jaar boven de Middellandse Zee zes à zeven graden warmer wordt. Hier verandert er dan niet veel en in Noorwegen wordt het kouder. Maar als het rond de Middellandse Zee net zo warm wordt als bij de Rode Zee, dan is dat geen prettig vakantieoord meer.”
We moeten volgens Henzing dus meer naar regionale verschillen kijken. Daarbij is vooral de verdeling van neerslag cruciaal. “Het interesseert niemand of de temperatuur in juli een graad is gestegen ten opzichte van vorig jaar. Het is interessant hoe de neerslag verandert. Waar valt het en wanneer. Als er korte tijd steeds meer valt en kelders lopen onder, of er komen steeds vaker grootschalige overstromingen, dan is dat problematisch. De grote klimaatveranderingen zitten dus mijns inziens niet in de jaargemiddelde temperaturen, maar in de veranderingen van neerslagpatronen. Dat is in mijn optiek de acute bedreiging.”/.

Aerosolen in de atmosfeer gezien door een elektronenmicroscoop.