kooldioxide

kooldioxide (CO2) is het belangrijkste broeikasgas. Natuurlijke bronnen van atmosferische CO2 zijn ontgassen uit vulkanen, de verbranding en natuurlijk verval van organisch materiaal, en ademhaling door aërobe (zuurstof-gebruikende) organismen. Deze bronnen worden gemiddeld gebalanceerd door een reeks fysische, chemische of biologische processen, zogenaamde “putten”, die de neiging hebben om CO2 uit de atmosfeer te verwijderen. Belangrijke natuurlijke putten zijn terrestrische vegetatie, die CO2 opneemt tijdens fotosynthese.

A number of oceanic processes also act as carbon sinks. One such process, the “solubility pump,” involves the descent of surface seawater containing dissolved CO2. Een ander proces, de” biologische pomp”, omvat de opname van opgeloste CO2 door mariene vegetatie en fytoplankton (kleine, vrij zwevende, fotosynthetische organismen) die in de bovenste oceaan leven of door andere mariene organismen die CO2 gebruiken om skeletten en andere structuren gemaakt van calciumcarbonaat (CaCO3) te bouwen. Als deze organismen uitsterven en op de oceaanbodem vallen, wordt hun koolstof naar beneden getransporteerd en uiteindelijk op diepte begraven. Een langetermijnbalans tussen deze natuurlijke bronnen en putten leidt tot het achtergrond-of natuurlijk-niveau van CO2 in de atmosfeer.

daarentegen verhogen menselijke activiteiten de CO2-niveaus in de atmosfeer voornamelijk door de verbranding van fossiele brandstoffen (voornamelijk olie en steenkool, en in de tweede plaats aardgas, voor gebruik bij transport, verwarming en elektriciteitsproductie) en door de productie van cement. Andere antropogene bronnen zijn het verbranden van bossen en het ruimen van land. Antropogene emissies zijn momenteel verantwoordelijk voor de jaarlijkse uitstoot van ongeveer 7 gigaton (7 miljard ton) koolstof in de atmosfeer. Antropogene emissies zijn gelijk aan ongeveer 3 procent van de totale uitstoot van CO2 door natuurlijke bronnen, en deze versterkte koolstofbelasting van menselijke activiteiten overtreft het compenserend vermogen van natuurlijke putten (met misschien wel 2-3 gigaton per jaar).

CO2 heeft zich bijgevolg tussen 1959 en 2006 in de atmosfeer verzameld met een gemiddeld volume van 1,4 ppm per miljoen (ppm) en ongeveer 2,0 ppm per jaar tussen 2006 en 2018. Over het geheel genomen is deze accumulatiesnelheid lineair geweest (dat wil zeggen uniform in de tijd). Echter, bepaalde huidige putten, zoals de oceanen, kunnen in de toekomst bronnen worden. Dit kan leiden tot een situatie waarin de concentratie van atmosferisch CO2 zich exponentieel opbouwt (dat wil zeggen met een snelheid van toename die ook in de loop van de tijd toeneemt).

het natuurlijke achtergrondniveau van kooldioxide varieert op tijdschalen van miljoenen jaren als gevolg van langzame veranderingen in ontgassing door vulkanische activiteit. Bijvoorbeeld, ongeveer 100 miljoen jaar geleden, tijdens het Krijt, lijken de CO2-concentraties meerdere malen hoger te zijn geweest dan vandaag (misschien in de buurt van 2.000 ppm). In de afgelopen 700.000 jaar varieerden de CO2-concentraties over een veel kleiner bereik (tussen ongeveer 180 en 300 ppm) in samenhang met dezelfde aardorbitale effecten die verband houden met het komen en gaan van de ijstijden van het Pleistoceen. Aan het begin van de 21e eeuw bereikte het CO2-niveau 384 ppm, wat ongeveer 37 procent boven het natuurlijke achtergrondniveau van ongeveer 280 ppm ligt dat bestond aan het begin van de Industriële Revolutie. De atmosferische CO2-niveaus bleven stijgen, en in 2018 hadden ze 410 ppm bereikt. Volgens ijsmetingen, worden dergelijke niveaus verondersteld het hoogste te zijn in minstens 800.000 jaar en, volgens andere aanwijzingen, het hoogste in minstens 5.000.000 jaar.

radiatieve forcering veroorzaakt door kooldioxide varieert op een ongeveer logaritmische wijze met de concentratie van dat gas in de atmosfeer. De logaritmische relatie ontstaat als gevolg van een verzadigingseffect waarbij het, naarmate de CO2-concentraties toenemen, steeds moeilijker wordt voor extra CO2-moleculen om het “infraroodvenster” (een bepaalde smalle golflengteband in het infraroodgebied die niet wordt geabsorbeerd door atmosferische gassen) verder te beïnvloeden. De logaritmische relatie voorspelt dat het oppervlakteopwarmingsvermogen met ongeveer dezelfde hoeveelheid zal stijgen bij elke verdubbeling van de CO2-concentratie. Bij het huidige gebruik van fossiele brandstoffen zal de CO2-concentratie naar verwachting tegen het midden van de 21e eeuw verdubbelen ten opzichte van het pre-industriële niveau (wanneer de CO2-concentratie naar verwachting 560 ppm zal bereiken). Een verdubbeling van de CO2-concentraties zou een toename van ongeveer 4 watt per vierkante meter stralingsforcering betekenen. Gezien de typische schattingen van” klimaatgevoeligheid ” bij afwezigheid van compenserende factoren, zou deze energiestijging leiden tot een opwarming van 2 tot 5 °C (3,6 tot 9 °F) in de pre-industriële tijden. De totale stralingsdruk door antropogene CO2-emissies sinds het begin van het industriële tijdperk bedraagt ongeveer 1,66 watt per vierkante meter.