Het aardse klimaat (van het aardoppervlak tot topje van de atmosfeer) hangt voor een groot deel af van stralingsprocessen in de atmosfeer. Kortgolvige straling van de zon komt van buitenaf de atmosfeer binnen en verwarmt het aardoppervlak. Het aardoppervlak absorbeert een deel van die kortgolvige straling en zendt op zijn beurt energie in de vorm van langgolvige straling (IR) uit, waar het buiten de atmosfeer in de ruimte ‘verdwijnt’. Die langgolvige straling koelt zo  aardkorst en atmosfeer af. Die binnenkomende en uitgaande straling is min of meer in balans.

Broeikasgassen en wolken ‘vertragen’ de uitgaande stroming van langgolvige straling op hun weg naar de ruimte en zorgen er zo voor dat de temperatuur in de atmosfeer herverdeeld wordt: aan het aardoppervlak hoger en op grotere hoogte in de atmosfeer  lager. Die hogere temperaturen aan het aardoppervlak (broeikaseffect) zorgen er voor dat de aarde voldoende warm is om leefbaar te zijn. De gemiddelde temperatuur aan het aardoppervlak is  ongeveer15 °C, zolder broeikaseffect zou dat -18 °C zijn. Zie voor een meer gedetailleerde uitleg van het broeikaseffect het hoofdstuk https://klimaatgek.nl/wordpress/broeikastheorie/ .

Anders dan veel media ons willen doen geloven spelen waterdamp en wolken een veel grotere rol in het broeikaseffect dan CO2. Het is echter een slechte gewoonte om onze aandacht uitsluitend te richten op CO2. Daardoor ontstaat er een soort blindheid voor andere factoren die tot een tunnelvisie kan leiden. In de media is ‘CO2’  een synoniem voor ‘klimaatveranderingen’, terwijl de relatie tussen CO2 en de temperatuur en andere klimaatfactoren zeer complex is. Een illustratie daarvan is het feit dat wetenschappers het al jaren met elkaar oneens zijn wat het effect is van verdubbeling van CO2 op de aardse temperatuur (klimaatgevoeligheid). Die schattingen lopen uiteen van 1,5 graad tot meer dan 6 graden. Overigens toont dat gebruik van ‘verdubbeling’ aan dat het effect van CO2 op de temperatuur alsmaar afneemt met de toename van het atmosferisch CO2  gehalte, dat is een fysisch feit (gelukkig).

De afgelopen paar jaren hebben de fysici Van Wijngaarden en Happer enkele papers gepubliceerd die een nieuw licht werpen op de rol van CO2 en andere broeikasgassen in het broeikaseffect. In hun paper uit 2019 (gereviseerd in 2022), “Infrared Forcing by Greenhouse Gases”, analyseerde het duo stralingsoverdracht in de atmosfeer onder wolkenloze omstandigheden van de  broeikasgassen H2O, CO2, O3, N2O en CH4. Dat gebeurde op basis van de HITRAN database. Die database wordt gebruikt om de transmissie en emissie van straling in de atmosfeer lijn voor lijn te voorspellen en te simuleren.

Fig.1    Van Wijngaarden et al., 2023

Figuur 1 is afkomstig van een jonger artikel uit 2023,  “Atmosphere and Greenhouse Gas Primer”. De gladde blauwe lijn is de spectrale flux van het aardoppervlak op gematigde breedte bij temperatuur van 288,7 K (15,5 °C) voor een transparante atmosfeer zonder broeikaseffect. De groene lijn is de flux als alle CO2 zou worden verwijderd, maar met alle andere broeikasgassen in hun standaardconcentraties. De zwarte lijn is voor alle broeikasgassen met hun standaardconcentraties. De rode lijn is voor tweemaal de standaardconcentratie van CO2 maar met alle andere broeikasgassen bij hun standaardconcentraties.

Verdubbeling van de standaard concentratie van CO2 van 400 naar 800 ppm (van zwart naar rood) verlaagt het oppervlak beneden de zwarte lijn met 1%. Van Wijngaarden en Happer schatten dat dat een stijging van ongeveer 1 °C aan het aardoppervlak zal veroorzaken. De grafiek laat ook fraai zien dat het eerste toenametraject (van CO2 van 0 ppm tot 400 ppm, van blauw naar zwart) een veel grote invloed heeft gehad dan de tweede toename van 400 ppm naar 800 ppm  (van zwart naar rood) zal hebben.

Van Wijngaarden en Happer tot slot:

 “Een toename van kooldioxide zal een kleine extra opwarming van het oppervlak veroorzaken. Het is moeilijk om het precies te berekenen, maar onze beste schatting is dat het ongeveer 1 °C is voor elke verdubbeling van de CO2 -concentratie, als alle terugkoppelingen correct worden meegerekend. Alarmerende voorspellingen van gevaarlijke opwarming vereisen grote positieve terugkoppelingen. De meest genoemde terugkoppeling is een toename van de concentratie waterdamp in de bovenste troposfeer. Maar de meeste klimaatmodellen hebben veel meer opwarming voorspeld dan is waargenomen, dus er is geen observationele ondersteuning voor sterke positieve terugkoppelingen. De meeste terugkoppelingen in de natuur zijn negatief, zoals wordt aangegeven in het principe van Le Chatelier: “Wanneer een systeem in evenwicht gedurende lange tijd wordt onderworpen aan een verandering in concentratie, temperatuur, volume of druk, verandert het systeem in een nieuw evenwicht en deze verandering werkt de toegepaste verandering gedeeltelijk tegen….
Broeikasgassen vormen de warmtewisselaar die er voor zorgt dat de atmosferische
‘heat’ engine overtollige warmte kan lozen in de koude ruimte.”

 Ingewikkelde kost, die wat begrijpelijker wordt als we dat Happer laten uitleggen. Dat deed hij een jaar geleden op uitnodiging van Clintel. Prachtig optreden: