Sinds 1850 is de temperatuur op aarde gemiddeld met ongeveer 0,8°C gestegen. De meeste wetenschappers wijzen nog steeds met de bezwerende vinger naar de mens als hoofdschuldige. Net als de zon is ook een belangrijke rol weggelegd voor aerosolen, oftewel microscopische vaste of vloeibare deeltjes in de atmosfeer. Denk daarbij aan wolken en mist, maar ook aan roet- en zwaveldeeltjes. Het IPCC schrijft in haar vierde rapport uit 2007 dat het klimaateffect van aerosolen een afkoelende is. Hoe groot dat afkoelende effect is, is nog niet precies duidelijk. Een type aerosol dat juist zorgt voor opwarming zijn zwarte aerosolen (in het Engels black carbon). Wat zijn zwarte aerosolen en hoe groot is hun rol?

Het verstoken van diesel levert zwarte aerosolen op.

EPA

Zwarte aerosolen

Deze aerosolen zijn de belangrijkste component van roet. De herkomst van zwarte aerosolen, waar lichtgekleurd roet niet toe behoord, is tweeërlei. Ten eerste buitenshuis zoals door het verbranden van biomassa, steenkool en andere fossiele brandstoffen. Een tweede categorie is binnenshuis door bijvoorbeeld het verstoken van hout en koeienmest. Uiteindelijk komt een deel van deze aerosolen ook in de atmosfeer terecht.

In de atmosfeer terecht gekomen zorgen zwarte aerosolen – samen met andere aerosolen zoals sulfaten, nitraten, zeezout en stof – voor een bruine gloed boven veel (Aziatische) steden. Ze zijn dus een onderdeel van smog. Een deel van de bruine wolken wordt verder over het continent geblazen door de wind en bevindt zich meestal op hoogtes van 3 tot 5 km.

Zwarte aerosolen kwamen in de zestiger jaren vooral boven de westerse wereld voor, terwijl in de afgelopen decennia landen als China en India enorme hoeveelheden zwarte aerosolen veroorzaakten. De jaarlijkse uitstoot van zwarte aerosolen was ~8 Teragram (10¹²) in 1996, maar de onzekerheid over de uitstoot is groot met een factor 2 tot 5 op regionale schaal en ±50% voor de hele wereld.

Een foto van de binnenstad van Shanghai genomen vanaf één van de hoogste torens ter wereld, de Oriental Pearl Tower met een maximale hoogte van 468 meter. In het oog vallend is het deken van smog over de stad; daarboven is gewoon blauwe lucht te zien.

Adiël Klompmaker

Effect op het wereldklimaat

Zoals de naam zwarte aerosolen al een beetje verklapt, absorberen de deeltjes gereflecteerde zonnestralen van wolken of van het aardoppervlak zelf. Zonder deze aerosolen zouden veel stralen zonder meer de ruimte in zijn gegaan. Dit zorgt voor een opwarmend effect. Een ander effect is het absorberen van direct zonlicht, waardoor er minder licht het aard_oppervlak_ bereikt. Dit draagt voor een deel bij aan het zogenaamde ‘global dimming’, waardoor de opwarming aan het aard_oppervlak_ waarschijnlijk vertraagt mondiaal gezien. Minder zonlicht betekent ook minder evaporatie en dus minder wolken en neerslag. Minder wolken betekent op haar beurt weer dat er meer zonlicht kan doordringen tot aan het aardoppervlak. Er zijn dus diverse terugkoppelingen.

Een deel van de zwarte aerosolen bevindt zich niet in de atmosfeer, maar op de aarde. Daar blijft het bijvoorbeeld op sneeuw en ijs liggen. Net zoals puin op gletsjerijs, wordt het zonlicht niet teruggekaatst, maar geabsorbeerd. Niet alleen warmt het hierdoor op, maar smelt het ijs of de sneeuw ook sneller. Dit effect is echter niet heel groot, ongeveer 20% van het totale opwarmende effect van zwarte aerosolen. Door het absorberende effect van zwarte aerosolen wordt energie toegevoegd aan de atmosfeer en komt er minder op de aarde terecht op sommige plaatsen. Het betreft in deze gevallen dus een herverdeling van de energie. Het totale effect van zwarte aerosolen is echter een opwarmende.

Het opwarmende effect van zwarte aerosolen op de atmosfeer.

Ramanathan & Carmichael, 2008

Hoe groot is het effect? Volgens onderzoeken gepubliceerd in 2005 en 2007 zou het opwarmende effect ongeveer 60% zijn van dat van koolstofdioxide. In het vierde IPCC rapport is het opwarmende effect van CO₂ ten opzichte van 1750 1,6 Watt per m². Het IPCC onderschat de rol van zwarte aerosolen: ze stelt dat zwarte aerosolen slechts 0,05-0,35 Watt per m² bijdroegen aan de opwarming. Het smelten van sneeuw en ijs is hierbij niet bij inbegrepen. Het totale effect van zwarte aerosolen wordt nu geschat op 1-1,2 Watt per m², met een onzekerheidsmarge van 0,4 Watt per m². Het ontstaan van minder wolken is hier niet in meegenomen.

Met de nieuwe berekeningen zijn zwarte aerosolen de op één na belangrijkste oorzaak van de stijging van de temperatuur in de 20e eeuw, nog voor methaan (CH₄). Deze cijfers komen van metingen door satellieten, van instrumenten vanuit vliegtuigen, van grondstations en van observaties in het open veld. Wat betekent dit nu voor de temperatuur? Het effect van alleen zwarte aerosolen op het aardoppervlak is 0,5-1 °C. Een andere schatting gaat uit van 0,25 °C voor de aarde.

Regionale effecten

Het effect van zwarte aerosolen op verschillende regio’s hangt sterk samen met de zonne-instraling en de kringloop van het water. Eén voorbeeld zijn de Himalaya’s waarover het IPCC blunderde in haar rapport. Blunder of niet, feit is dat de gletsjers, die één miljard mensen van zoet water voorzien, zich sterk teruggetrokken in de afgelopen decennia. Rekenmodellen stellen dat zwarte aerosolen een net zo belangrijke factor zijn voor de smelt als broeikasgassen. Deze modellen namen alleen de zwarte aerosolen in de atmosfeer mee, niet de zwarte aerosolen op het ijs en de sneeuw. Met andere woorden: zwarte aerosolen zijn mogelijk zelfs dé belangrijkste factor in de terugtrekking van de gletsjers in de Himalaya’s. Als klapper op de vuurpijl lijken zwarte aerosolen ook een rol te spelen in de verminderde sneeuwval in de Himalaya’s door een zwakkere moesson.

De verspreiding van zwarte aerosolen op één dag in 2009. Vooral India en China hebben flinke hoeveelheid zwarte aerosolen boven zich hangen.

Nog een voorbeeld is de Arctische regio. De temperatuur is hier in vergelijking met de hele aarde tweemaal zo snel gestegen, ook wel de ‘Arctische amplificatie’ geheten. In de afgelopen dertig jaar is de concentratie aan sulfaataerosolen (die een afkoelend effect hebben) gedaald, terwijl de concentratie aan zwarte aerosolen juist toenam. Dit verklaart bijna 50% van de snelle opwarming van het Arctische gebied. Dit resultaat sluit prima aan bij nieuw onderzoek. In 2010 vonden wetenschappers namelijk dat vooral de verhouding tussen zwarte aerosolen en de afkoelende sulfaataerosolen bepaalt of het warmer of kouder wordt. Hoe hoger de ratio, hoe warmer het wordt. Sinds 1890 zou de bijdrage van zwarte aerosolen aan de temperatuur in de Arctische regio 0,5-1,4 °C zijn.

De uitstoot van zwarte aerosolen (in tonnen per jaar voor 1996) concentreert zich vooral in Azië en Afrika.

Ramanathan & Carmichael, 2008

Reductie

Wat kan er aan opwarming door zwarte aerosolen gedaan worden? Heel veel. Omdat het geschatte effect van zwarte aerosolen op het klimaat zo groot is, kan terugdringing van de uitstoot op korte termijn zorgen voor een langzamere opwarming van de aarde. Ongeveer een derde van de opwarming kan gecontroleerd worden volgens Mark Jacobsen (Stanford Universiteit, Californië).

Wetenschapper Ramanathan (Scripps Instituut van Oceanografie, Californië ) denkt dat de mensheid zo een paar decennia kan winnen om oplossingen te vinden voor de alsmaar stijgende concentratie aan broeikasgassen. Waarom? Zwarte aerosolen slaan namelijk in dagen tot enkele weken weer neer op het aardoppervlak door vooral neerslag, terwijl CO₂ ten minste honderd jaar in de atmosfeer verblijft. Het effect van een snelle vermindering van de uitstoot van zwarte aerosolen zal dus snel zichtbaar zijn.

Dat een reductie mogelijk is, lieten westerse landen zien. Hun uitstoot daalde met een factor vijf of meer sinds de vijftiger jaren. Met andere woorden: de technologie is er. India en China samen zorgen voor 25-35% van de totale uitstoot van zwarte aerosolen, wellicht inmiddels al meer. Een oplossing is om mensen in Azië en Afrika een alternatief aan te bieden voor het stoken op hout of andere biomassa. Bijvoorbeeld door te koken op gas, met behulp van zonne-energie of door simpelweg een filter te plaatsen. Als het lukt om grootschalige programma’s op te zetten zal het effect enorm zijn. Voor zuidoostelijk Azië zou de opwarming door zwarte aerosolen met 70-80% verminderd kunnen worden en voor Oost-Azië met 20-40%. Terugdringing van de uitstoot zou tevens kunnen helpen om droogtes tegen de gaan in Noord-China en de vloeden in Zuid-China, effecten die aan zwarte aerosolen zijn toegeschreven.

Een vermindering van de uitstoot is niet alleen van belang voor het bestrijden van de opwarming van de aarde, maar ook voor de gezondheid van de mens. Het inademen van zwarte aerosolen is allerminst gezond. In India zorgde roet binnenshuis al voor 400.000 doden. Met recht zijn zwarte aerosolen daarom een zwart gevaar in meerdere opzichten.