Wordt de klimaatinvloed van aerosolen onderschat?

Met alle klimaatrecords die er in het afgelopen jaar werden verbroken, was er plotseling ook de nodige aandacht voor het afkoelende effect van aerosolen. Een afname van de uitstoot van aerosolen heeft mogelijk bijgedragen aan de hoge temperaturen. Wie niet zo thuis is in de klimaatwetenschap zou kunnen denken dat dat een helemaal nieuw inzicht was. Dat is zeker niet het geval. Je zou kunnen zeggen dat de gemiddelde nieuwsconsument die invloed van aerosolen mogelijk heeft onderschat. Maar voor wetenschappers geldt dat zeker niet.

Aerosolen werden in 1971 al besproken, toen een internationale groep van zo’n dertig wetenschappers bij elkaar kwam om een mogelijke toekomstige onbedoelde verandering van het klimaat door toedoen van de mens te bespreken. Sommige deelnemers verwachtten toen dat afkoeling door aerosolen de opwarming door een toenemende concentratie van broeikasgassen zou overvleugelen. Dat is anders gelopen, onder meer doordat de uitstoot van broeikasgassen sindsdien is blijven toenemen, terwijl er maatregelen zijn genomen om de uitstoot van aerosolen te beperken. Dat is natuurlijk de reden waarom aerosolen niet zo veel in het nieuws zijn en broeikasgassen vaker: de broeikasgassen zijn het grote probleem.

Maar klimaatwetenschappers zijn aerosolen nooit vergeten. Ook het IPCC heeft er in hun rapporten altijd aandacht aan besteed. Dat kan ook niet anders. Wil je een idee krijgen van wat er nu aan de hand is met het klimaat en wat we in de toekomst kunnen verwachten, dan zul je alle invloeden mee moeten nemen. Het eerste hoofdstuk van het eerste rapport uit 1990 van Werkgroep I van het IPCC, die de natuurwetenschappelijke kennis samenvat, had als titel: ‘Greenhouse gases and aerosols’. De afbeeldingen bovenaan dit stuk en hieronder uit het laatste IPCC-rapport illustreren hoe aerosolen een deel van de opwarmende invloed van onze broeikasgasuitstoot maskeren.

Zoals de afbeeldingen laten zien zit er wel een ruim onzekerheidsinterval rond de geschatte afkoelende invloed van aerosolen. De onzekerheid heeft meerdere oorzaken. Allereerst is er de korte verblijftijd van aerosolen in de atmosfeer. Anders dan de ‘well-mixed’ broeikasgassen slaan aerosol-deeltjes snel weer neer, of ze regenen uit. Daardoor zijn er grote regionale verschillen in concentraties. En die werden en worden niet overal even goed gemeten. Schattingen van hoe de uitstoot en de concentraties in de loop van de tijd in verschillende delen van de wereld zijn veranderd kennen dus een aanzienlijke onzekerheid.

Verder zijn er verschillende typen aerosolen, met verschillende eigenschappen. Kleine druppeltjes zwavelzuur zijn het belangrijkste type. Die ontstaan uit zwaveldioxide, dat vrijkomt bij de verbranding van zwavelhoudende brandstof en in de lucht een chemische reactie aangaat met onder andere water. De microscopisch kleine druppeltjes zijn heel goed in het weerkaatsen van zonlicht en hebben dus een afkoelend effect op het klimaat. Dankzij milieuregels zijn de uitstoot en concentratie van zwaveldioxide de afgelopen decennia sterk gedaald in West-Europa en Noord-Amerika. De afbeelding hieronder laat dit zien voor Nederland. In andere delen van de wereld was er juist een toename. Menselijke activiteiten zijn niet de enige bron van zwaveldioxide. Vulkanen vormen een natuurlijke bron. Grote vulkaanuitbarstingen kunnen enkele jaren een afkoelend effect hebben, omdat daarbij zwaveldioxide terechtkomt in de stratosfeer, waar het niet binnen korte tijd weer uitregent.

Aan de andere kant van het spectrum zitten roetdeeltjes, die door hun zwarte kleur juist zonlicht absorberen. Daarmee dragen ze bij aan de opwarming van de atmosfeer. Roet ontstaat bij verbrandingsprocessen van menselijke en natuurlijke aard. De uitstoot van roet is in West-Europa en Noord-Amerika ook aanzienlijk gedaald in de afgelopen decennia, terwijl er in sommige andere delen van de wereld juist een toename was.

Vanaf het oppervlak opwaaiend stof is ook een bron van aerosolen, net als zeezout dat overblijft van kleine, opspattende druppeltjes zeewater dat vervolgens verdampt. En er ontstaan aerosoldeeltjes door complexe chemische processen in de atmosfeer, waarin stoffen van zowel natuurlijke als menselijke oorsprong een rol kunnen spelen. Het onderscheid tussen menselijke en natuurlijke aerosolen kan hier dus vervagen.

Alsof dat allemaal al niet ingewikkeld genoeg is, is er ook nog een indirect effect van aerosolen. Zwevende deeltjes fungeren als condensatiekern, wanneer de lucht verzadigd raakt met waterdamp. Ze vormen zo het beginpunt van de kleine waterdruppeltjes of ijskristalletjes waaruit wolken bestaan. Het heeft in principe geen invloed op hoeveel water een wolk bevat, maar als er meer aerosoldeeltjes zijn wordt dat water verdeeld over meer, kleinere druppeltjes of kristalletjes. Die maken wolken witter en er is mogelijk ook een invloed op de levensduur van wolken. Op die manier kunnen aerosolen een extra afkoelend effect hebben, al hangt dat sterk af van de omstandigheden, zoals tijd, plaats en seizoen. En van het soort deeltjes. Sommige stoffen in aerosoldeeltjes (zoals zeezout, zwaveloxide en sulfaten die daaruit kunnen ontstaan) trekken vloeibaar water aan, terwijl ijs zich makkelijker hecht op onder meer roet. En het klimaateffect is verschillend voor water-, ijs- en gemengde wolken.

Er is de afgelopen tijd zo hier een daar gesuggereerd dat de klimaatextremen van afgelopen jaar te verklaren zouden zijn door een lagere uitstoot van zwaveldioxide door schepen. Die uitstoot is inderdaad vanaf 2020 een stuk lager, omdat er toen internationale regels van kracht werden voor het zwavelgehalte van scheepsbrandstoffen. Dat dat een effect heeft op de temperatuur, vooral in de buurt van drukbevaren scheepsroutes, staat buiten kijf. Maar de invloed op de gemiddelde wereldtemperatuur is waarschijnlijk vrij beperkt. Die wordt geschat op ongeveer 0,05 °C, vergelijkbaar met de opwarming die het gevolg is van de hoeveelheid broeikasgassen die we nu in een periode van twee jaar uitstoten.

Niet iedereen neemt genoegen met die schatting. Sommigen menen dat de invloed veel sterker is geweest en ze bewegen hemel en aarde om dat punt te maken. Terwijl het natuurlijk niet voor de hand ligt dat de temperatuur pas ruim drie jaar na het van kracht worden van de nieuwe regels een sprong maakt. Zeker niet als je naar de korte atmosferische verblijftijd van aerosolen kijkt. En het zijn ook niet alleen drukke scheepvaartroutes die zo warm zijn. Het effect van aerosolen wordt in ieder geval niet genegeerd door de wetenschap, hoewel die beschuldiging soms wel wordt geuit.

Google Scholar geeft bijvoorbeeld 17.500 resultaten vanaf 2020 voor de zoekopdracht ‘aerosol cloud interactions’, en 20.400 voor ‘aerosol climate change’. Een deel van de onderzoeken zal over de hierboven beschreven manieren gaan waarop aerosolen het klimaat beïnvloeden. Maar er zijn ook andere onderzoeken waarin aerosolen een rol van betekenis spelen. Een interessant voorbeeld daarvan: een studie die concludeert dat de AMO, een temperatuurschommeling in de noordelijke Atlantische Oceaan die werd toegeschreven aan natuurlijke variabiliteit, verklaard kan worden door veranderingen in de uitstoot van aerosolen door natuurlijke en menselijke bronnen. Saillant detail, eerste auteur Michael Mann levert al een tijd felle kritiek op de fanatieke aanhangers van de schepen-aerosol-theorie. Waarop enkelen hem verweten niet zoveel van aerosolen te snappen.

Voorlopig zullen we moeten accepteren dat aerosolen en wolken de twee meest onzekere factoren zijn in de klimaatwetenschap. Het onderzoek gaat door, maar ik verwacht niet dat er op korte termijn veel meer zekerheid zal komen. Al zou de snelle en sterke afname van de uitstoot van zwaveldioxide door schepen wel nieuwe kennis op kunnen leveren. Het effect zou boven drukke scheepvaartroutes goed te bestuderen moeten zijn, omdat daar geen grote invloed te verwachten is van veel andere menselijke bronnen, zoals industriegebieden en snelwegen. Mocht dergelijk onderzoek toch een grote doorbraak opleveren, dan haalt dat ongetwijfeld het nieuws. Of op zijn minst de wetenschapspagina’s.