We kunnen er echt niet meer omheen.

De aarde kent een delicate balans. Onze planeet probeert namelijk constant de stroom van energie in en uit het aardse systeem in evenwicht te brengen. Helaas gooien menselijke activiteiten dat evenwicht overhoop, waardoor onze planeet opwarmt. Dit fenomeen is al meerdere keren door middel van klimaatmodellen aangekaart. Maar nu hebben onderzoekers dit voor het eerst met behulp van directe waarnemingen bevestigd.

Energiebudget
De frêle energiebalans van de aarde wordt ook wel het energiebudget genoemd. Hoe dat precies werkt? Uitwisseling van energie tussen de aarde en de ruimte vindt uitsluitend plaats via straling. Stralingsenergie komt het aardse systeem binnen door zonlicht dat op onze planeet schijnt. Een deel van deze energie weerkaatst van het aardoppervlak of de atmosfeer terug de ruimte in. De rest wordt geabsorbeerd, verwarmt de planeet en wordt vervolgens uitgestraald als thermische stralingsenergie. Dit kun je vergelijken met de manier waarop zwart asfalt heet wordt en warmte uitstraalt op een zonnige dag. Uiteindelijk gaat de thermische stralingsenergie ook richting de ruimte, al wordt een deel ervan opgenomen door wolken en broeikasgassen in de atmosfeer. De geabsorbeerde energie kan ook worden teruggezonden naar de aarde, waardoor het oppervlak nog meer opwarmt.



Animatie van de energiebalans van de aarde. Normaal gesproken is het energiebudget in evenwicht tussen inkomende (geel) en uitgaande straling (rood). Op aarde hebben natuurlijke en door de mens veroorzaakte processen echter invloed op de hoeveelheid ontvangen energie en de hoeveelheid energie die wordt teruggestuurd naar de ruimte, waardoor er een onbalans ontstaat. Afbeelding: NASA’s Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

Uit balans
We weten dat het energiebudget van de aarde helaas uit balans is. Ook weten we hoe dat komt. Wanneer er namelijk meer componenten worden toegevoegd die straling absorberen – denk aan broeikasgassen – of wanneer componenten die straling juist absorberen worden verwijderd – zoals aërosolen – gooit dit het energiebudget van de aarde overhoop. In dit geval wordt er namelijk meer energie door de aarde geabsorbeerd dan dat er naar de ruimte ontsnapt. Dit wordt ook wel stralingsforcering genoemd en is de belangrijkste manier waarop menselijke activiteiten het klimaat beïnvloeden.

Directe waarnemingen
Klimaatmodellen hadden al voorspeld dat de door de mens uitgestoten broeikasgassen en aërosolen invloed hebben op het energiebudget van de aarde. Maar nu hebben onderzoekers deze voorspellingen voor het eerst met directe observaties bevestigd. Het betekent dat nu inderdaad is hard gemaakt dat de stralingsforcering als gevolg van menselijk handelen toeneemt, wat op zijn beurt de energiebalans van de planeet beïnvloedt en uiteindelijk klimaatverandering veroorzaakt. “Dit is de eerste berekening van de totale stralingsforcering van de aarde met behulp van wereldwijde waarnemingen, waarbij rekening wordt gehouden met de effecten van aërosolen en broeikasgassen,” aldus onderzoeker Ryan Kramer. “Het is direct bewijs dat menselijke activiteiten veranderingen in het energiebudget van de aarde veroorzaken.”


Techniek
Hoe de onderzoekers tot die conclusie komen? Wetenschappers houden al enige tijd de stralingsstroom bovenin de atmosfeer van de aarde met behulp van satellieten in de gaten. Hierdoor hebben we een goed begrip van de hoeveelheid energie die het aardse systeem binnenkomt en weer wegglipt. Deze gegevens, gecombineerd met andere data – zoals metingen van de warmte van de oceaan – tonen een onbalans in het energiebudget van de aarde aan. “Het vertelt ons echter niet welke factoren de waargenomen veranderingen in de energiebalans veroorzaken,” zegt Kramer. Om te achterhalen hoeveel invloed de mens uitoefent op het energiebudget, berekenden de onderzoekers eerst hoeveel van de waargenomen onbalans veroorzaakt is door natuurlijke fluctuaties, zoals waterdamp, wolken, temperatuur en albedo (het weerkaatsingsvermogen). Vervolgens trokken ze deze waarden van het totaal af. Het gedeelte dat overblijft is de stralingsforcering.

Stralingsforcering

Het team ontdekte dat menselijke activiteiten ervoor hebben gezorgd dat de stralingsforcering op aarde tussen 2003 en 2018 met ongeveer 0,5 watt per vierkante meter is toegenomen. Deze toename is voornamelijk te wijten aan de uitstoot van broeikasgassen door bijvoorbeeld de opwekking van energie, transport en industriële productie. Verminderde reflecterende aërosolen dragen ook bij aan de onbalans.

De nieuwe toegepaste techniek is een veelbelovende methode om de stralingsforcering nauwgezet in de gaten te blijven houden. Omdat de techniek rekenkundig sneller is dan eerdere, op modellen gebaseerde methoden, kunnen onderzoekers namelijk de stralingsforcering in bijna realtime volgen. De techniek zou dan ook kunnen worden gebruikt om bij te houden hoe menselijke emissies het klimaat beïnvloeden en om te monitoren hoe goed verschillende mitigatiestrategieën werken. “Hierdoor kunnen we betere prognoses maken over hoe het klimaat in de toekomst zal veranderen,” besluit onderzoeker Gavin Schmidt.