Het klimaat op Aarde is te beschouwen als een complex systeem, met als drijvende kracht de inkomende zonnestraling. De temperatuur op Aarde hangt heel sterk af van de totale hoeveelheid instraling van de Zon. De Aarde reflecteert 30 % van de zonnestraling die ze ontvangt. De overige 70 % wordt geabsorbeerd en warmt de Aarde op. Door de opwarming zal de Aarde op haar beurt warmte uitstralen (= langgolvige straling). Dank zij het atmosferisch broeikaseffect wordt een deel van de uitgestraalde warmte vastgehouden en is de gemiddelde temperatuur op Aarde zo’n 33°C hoger dan zonder de isolerende werking van de atmosfeer. Er ontstaat een evenwichtstoestand, waarbij er evenveel inkomende kortgolvige straling als uitgaande langgolvige straling is. Dit noemen we de stralingsbalans van de Aarde. Alle invloedsfactoren zijn in balans en op Aarde stelt zich een temperatuur in die min of meer constant is in de tijd.
Wat is klimaatverandering?
Klimaatverandering doet zich voor als de stralingsbalans op Aarde verstoord wordt, waardoor het klimaatsysteem op zoek gaat naar een nieuw evenwicht. Verstoring van één van de componenten van het systeem heeft dus gevolgen voor het hele systeem, maar het systeem heeft de capaciteit om zich aan te passen aan veranderingen. De stralingsbalans kan op verschillende manieren verstoord worden, zowel door interne als door externe factoren: door veranderingen in de hoeveelheid zonnestraling die de Aarde bereikt, door veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer of door veranderingen in het landoppervlak. Er is ook een subtiel verschil met klimaatschommelingen, langjarige afwijkingen van de normale condities bijvoorbeeld veroorzaakt door interne energievariaties.
Klimaatveranderingen in het verleden
Het klimaat op Aarde is alles behalve een constant gegeven. Natuurlijke klimaatveranderingen hebben zich voorgedaan doorheen de geschiedenis van de Aarde. Combinaties van verschillende factoren hebben er voor gezorgd dat er zich zeer uiteenlopende extremen hebben voorgedaan. Zo bevond de Aarde zich tussen 850 en 550 miljoen jaar geleden in een zeer koude periode en was volgens sommigen de Aarde op bepaalde momenten volledig bedekt met sneeuw en ijs (de zogenaamde ‘sneeuwbalaarde’. Een groot verschil met het tijdperk van het Krijt (146,5 tot 65,5 miljoen jaar geleden), toen de Aarde zich in een ‘superbroeikastoestand’ bevond, met een atmosferische CO2 concentratie die 3 à 6 keer hoger lag dan de huidige. Toen was er geen ijs aan de polen. Ongeveer 50 miljoen jaar geleden begon de temperatuur op Aarde te dalen en tot op vandaag, het mag misschien vreemd klinken, bevindt de Aarde zich in een IJstijdvak.
Zo’n 2,7 miljoen jaar geleden begon er een periode van cyclische overgangen van glacialen (koudere periodes) naar interglacialen (warmere periodes) met een periode van ongeveer 100 000 jaar. Op dit moment bevindt de Aarde zich in een interglaciaal, het Holoceen, dat startte zo’n 11500 jaar geleden. Ook hier zijn er schommelingen van het klimaat waar te nemen, zoals de relatief koudere periode tijdens de Kleine IJstijd.
Huidige klimaatverandering
Hoewel er in het verleden voortdurend klimaatveranderingen zijn geweest, moet men de huidige verandering in de juiste context plaatsen. De huidige toename van globale gemiddelde temperatuur en atmosferische CO2 concentratie is ongezien.
De globale gemiddelde temperatuur is sinds 1850 met 0,74°C gestegen. Dat is een uitzonderlijk snelle toename. Sinds het einde van het laatste glaciaal, dus gedurende meer dan 10000 jaar, is de globale temperatuur relatief stabiel geweest.
De atmosferische CO2 concentratie is sinds de Industriële Revolutie toegenomen van 280 ppm (parts per million of deeltjes per miljoen) tot 390 ppm nu. Deze concentratie is nooit eerder voorgekomen tijdens de voorbije 420 000 jaar. Onderzoek op basis van ijsboringen op Antarctica heeft aangewezen dat in die periode de waarde schommelde tussen 180 ppm en 300 ppm. Ook de snelheid waarmee de concentratie is toegenomen is ongezien, en neemt bovendien nog steeds toe.
De meeste wetenschappers zijn het er over eens dat de huidige opwarming van de Aarde vooral het gevolg is van de toename van antropogene broeikasgassen (voornamelijk koolstofdioxide) in de atmosfeer. Als gevolg van de verbranding van fossiele brandstoffen en veranderingen in landgebruik is de natuurlijke koolstofcyclus abrupt verstoord en neemt de atmosferische CO2 concentratie ongezien snel en sterk toe.
Zoals eerder vermeld, doet een klimaatverandering zich voor als de stralingsbalans op Aarde wordt verstoord en zijn er verschillende factoren die een verstoring kunnen teweegbrengen. De mate waarin een positieve of negatieve verandering in de stralingsbalans zich voordoet, wordt uitgedrukt als ‘stralingsforcering’, een term die gebruikt wordt om opwarmende of afkoelende invloeden op het globale klimaat te vergelijken. Het is een maat voor de energie die aan het systeem wordt toegevoegd of onttrokken, uitgedrukt in W/m². Uit het laatste IPCC rapport (Climate change synthesis report 2007) blijkt dat de toename van CO2, CH4 en N2O tussen 1750 en 2005 een gezamenlijke stralingsforcering opleverde van +2,3 W/m2 en deze toename is nooit gezien in de voorbije 10000 jaar.
De mate waarin het klimaatsysteem reageert op veranderingen is ook afhankelijk van terugkoppelingen, die het effect van een verstoring nog versterken of net tegenwerken. Voorbeelden zijn het ijs-albedo effect, het waterdamp effect en het wolkenvormingseffect.
Bijkomende informatie
Projecties van een toekomstig klimaat
Veel fysische processen die het klimaat op Aarde beïnvloeden kunnen beschreven worden aan de hand van wiskundige vergelijkingen. Met behulp van supersnelle computers kan men deze vergelijkingen laten berekenen via complexe computerprogramma’s, die men klimaatmodellen noemt. Klimaatmodellen helpen wetenschappers te begrijpen hoe het klimaat in de toekomst kan veranderen. Op die manier kan men projecties maken van hoe het klimaat er over tientallen jaren zal uitzien.
Om iets te kunnen zeggen over de te verwachten opwarming tijdens de komende decennia moeten we enerzijds de klimaatgevoeligheid kennen. Die wordt bepaald door de uiteindelijke temperatuurstijging bij het verdubbelen van de CO2 concentratie ten opzichte van het pre-industriële niveau (280 ppm). Er is altijd grote onzekerheid geweest omtrent deze klimaatgevoeligheid, en het IPCC stelt dat het waarschijnlijk is (kans >66%) dat de klimaatgevoeligheid in een vork tussen 2°C en 4,5°C ligt, met 3°C als ‘meest waarschijnlijke waarde’.
Een andere onzekere factor in klimaatvoorspellingen is de toekomstige broeikasgasemissies. Om meer duidelijkheid te krijgen over de toekomstige uitstoot van broeikasgassen, werkt het IPCC met een reeks scenario’s. De verschillende scenario’s zijn gebaseerd op verschillende ontwikkelingen in economie, technologie en bevolkingsgroei. Het IPCC stelt dat rond 2100 de gemiddelde temperatuur op Aarde tussen 1,1°C tot 6,4°C (afhankelijk van de emissies) zal gestegen zijn.
