De logaritmische aard van het CO₂-broeikaseffect

Voor veel mensen kan een logaritmische relatie een vrij abstract concept zijn. Het is moeilijk voor te stellen welk effect dit heeft op de sterkte van het broeikaseffect die overeenkomt met de hoeveelheid CO₂ die de mens in de atmosfeer uitstoot. Hier presenteren we een visualisatie om op een eenvoudige manier uit te leggen waar we het over hebben.

CO₂ is een broeikasgas. De aanwezigheid van CO₂ in de atmosfeer vangt een deel van de infraroodstraling op die het aardoppervlak in de ruimte uitzendt. Het totale broeikaseffect van de atmosfeer van de aarde is ongeveer 30 °C, zonder dit effect zou de temperatuur -15 °C zijn in plaats van de huidige gemiddelde temperatuur van +15 °C.
Waterdamp is het belangrijkste broeikasgas. CO₂ zorgt voor 3 °C opwarming, dat wil zeggen 10% van het totale effect.

Wanneer de concentratie van CO₂ toeneemt, neemt ook het broeikaseffect toe, maar niet op een lineaire manier, maar logaritmisch. Voor elke toename van de concentratie is het effect op de temperatuur steeds minder.

In de hoofdafbeelding van dit artikel, gegenereerd met behulp van het stralingsdetectiesysteem van de Amerikaanse luchtmacht (MODTRAN), geeft de blauwe lijn het broeikaseffect van CO₂ weer. Op de horizontale as plaatsen we de CO₂-concentratie en op de verticale as de hoeveelheid energie die de Aarde elke seconde per vierkante meter oppervlak ontvangt. De rode lijnen markeren de waarden van het begin van de Industriële Revolutie, de groene lijnen de waarden voor het jaar 2006 en de zwarte lijnen de waarden die overeenkomen met de dubbele concentratie die we hadden aan het begin van de Industriële Revolutie.
We zien dat het CO₂-broeikaseffect dramatisch toeneemt wanneer de niveaus laag zijn, terwijl de toename van het effect veel lager is bij de huidige CO₂-concentraties.

Aangezien het broeikaseffect van CO₂ slechts 10% van het totale effect is, is het duidelijk dat het verhogen van de reeds bestaande concentratie van CO₂ in de atmosfeer geen meetbaar effect meer heeft op de temperatuur van de aarde. Deze afbeelding is ook van het Amerikaanse leger.


Dit fenomeen staat bekend als de verzadiging van het CO₂-broeikaseffect.

Een benadering om het logaritmische verloop van het effect beter te begrijpen:


We zien dat een minieme concentratie van slechts 20 deeltjes per miljoen (ppm) al voldoende is om meer dan een derde van het CO₂-broeikaseffect te activeren. Bij het verhogen van de concentratie met 20 ppm tot 40 ppm, produceert het effect al 1,5 °C opwarming, dat is de helft van het totaal.
140 deeltjes CO₂ per miljoen is de minimale concentratie die nodig is voor plantenleven. Op dit niveau is het broeikaseffect al 67% van het maximum. Aan het einde van de laatste ijstijd, 16 duizend jaar geleden, was de CO₂-concentratie 180 ppm en was het broeikaseffect al 72% verzadigd.
Aan het begin van de industriële revolutie (1850) bereikte de verzadiging van het CO₂-broeikaseffect 80%, 2,4 °C van de mogelijke 3 °C. Dit betekent dat CO₂-uitstoot door mensen nooit een meetbaar effect heeft gehad op de wereldwijde temperatuur. Bijvoorbeeld: een verhoging van de huidige 420 ppm CO₂ naar 440 ppm zou een opwarming van 0,02 ° C veroorzaken.


Als we deze beelden en deze boodschap aan de verantwoordelijke politici zouden kunnen geven, zouden zij gemakkelijk zien dat er geen rationele redenen zijn om te proberen onze CO₂-uitstoot te beperken.

Artikel gebaseerd op dit artikel van Wattsupwiththat.com, de meest bezochte klimaatwebsite. Ik heb de verwarming in °C van de derde grafiek gecorrigeerd met de waarden berekend op basis van de eerste grafiek. De verwarming van het eerste traject is lager dan de waarde van 1,7 °C die in de oorspronkelijke grafiek wordt weergegeven. Ook de andere waarden zijn op die wijze herberekend en aangepast.

Tom van Leeuwen, september 2019.