De invloed van aerosolen op het klimaat is complex, en dus onderwerp van veel wetenschappelijk onderzoek. Aerosolen kunnen de albedo (het vermogen om zonlicht te weerkaatsen, ofwel de ‘witheid’) van de aarde op meerdere manieren beïnvloeden. Ze kunnen zonlicht absorberen, verstrooien en weerkaatsen. Bovendien kunnen ze fungeren als condensatiekernen, en daarmee de eigenschappen van wolken beïnvloeden.
Hoe het netto-effect van aerosolen op de temperatuur van het aardoppervlak uitvalt, hangt voor een groot deel af van vrij simpele eigenschappen van de deeltjes, zoals kleur, vorm en grootte. Die eigenschappen hangen weer af van de chemische samenstelling, van de manier waarop de deeltjes zijn ontstaan, en soms van de chemische en fysische interacties die ze aangaan met andere deeltjes of stoffen in de atmosfeer. Maar het soort gebied waar de deeltjes boven zweven kan ook veel uitmaken. Stel bijvoorbeeld dat een bepaald aerosol-deeltje precies 50% van het zonlicht dat erop valt reflecteert en de resterende 50% absorbeert. Zwevend boven een donker oppervlak, zoals het regenwoud of de oceaan, zouden zulke deeltjes de temperatuur omlaag brengen. Ze reflecteren immers meer zonlicht dan het bos of het zeewater, die 90% of nog meer absorberen. Maar dat valt anders uit boven vers gevallen sneeuw, die tot 90% reflecteert. De deeltjes absorberen dan meer van het invallende zonlicht dan het witte aardoppervlak. En ze kunnen ook nog een deel van het door de sneeuw gereflecteerde licht absorberen. In poolgebieden zouden ze het dus juist warmer kunnen maken. In elk geval in de zomer, als de zon daar niet onder gaat.
Samengevat: of de aarde door een aerosol meer reflecterend (lichter) of meer absorberend (donkerder) wordt, hangt ook af van de albedo (de ‘witheid’) van het aardoppervlak. Ook de hoogte waarop de deeltjes zweven kan ook nog uitmaken. Deeltjes die opstijgen tot boven bewolking, kunnen zonlicht absorberen dat anders deels door de bewolking zou zijn weerkaatst en bovendien een deel van het door de wolken gereflecteerde licht. Dat werkt door in de temperatuur aan het aardoppervlak, omdat de temperatuurgradiënt in de troposfeer vrij constant is (door het radiatief-convectieve evenwicht). Deeltjes die zich boven de hoogte bevinden waar de wolken ontstaan hebben natuurlijk ook geen invloed op de eigenschappen van die wolken. En ze kunnen langer blijven zweven, omdat ze niet uitregenen.
Natuurbranden in het hoge noorden
Nature Climate Change publiceerde onlangs een artikel over de invloed van aerosolen die ontstaan bij natuurbranden op de temperatuur in het noordpoolgebied. Het onderzoek concentreert zich op de uitstoot door branden in de meest noordelijke delen (boven de 55ste breedtegraad) van Noord-Amerika, Europa en Azië. Zowel het verbrande oppervlak als de intensiteit van branden is de afgelopen decennia toegenomen in deze gebieden. En daarmee ook de uitstoot van aerosolen tijdens het zomerseizoen (juni, juli, augustus). De onderzoekers vinden voor de periode 2000 – 2020 een exponentieel (!) verband tussen de uitstoot en de temperatuur in die gebieden. Het is dus zeer aannemelijk dat de uitstoot in de toekomst verder toe zal nemen, door de verdere opwarming van het klimaat. Mogelijk zal dat niet meer volgens het exponentiële verband tussen temperatuur en uitstoot gebeuren: de beschikbaarheid van brandbaar materiaal kan op een zeker moment een begrenzing vormen.
Bij natuurbranden ontstaan twee typen aerosolen: roet en (deels) onverbrand organisch materiaal. Roetdeeltjes absorberen nagenoeg al het zonlicht dat erop valt; organische aerosolen zijn lichter van kleur. De afbeelding hieronder laat de toename zien van de uitstoot van beide typen aerosolen door natuurbranden. Ter vergelijking is ook de jaarlijkse uitstoot door menselijke activiteiten (de oranje lijn) in het gebied boven 55 graden noorderbreedte weergegeven.
De onderzoekers gebruikten een gespecialiseerd aerosol-klimaatmodel om een beeld te krijgen van het effect van de aerosolen. De eigenschappen van aerosoldeeltjes in dat model pasten ze aan op basis van informatie uit satellietwaarnemingen van rook van natuurbranden in het noordpoolgebied en aan de hand van eerder onderzoek.
Onderzoeksresultaten
Simulaties met die aangepaste eigenschappen laten zien dat de aerosolen netto voor meer opwarming zorgen. Er is meer extra absorptie van zonlicht, dan extra weerkaatsing door de wittere wolken. Vooral boven gebieden die zijn bedekt met sneeuw en (zee-)ijs, en gebieden met veel lage bewolking.
De grafiek hieronder laat zien dat zowel het directe effect (absorptie en reflectie van zonlicht door aerosoldeeltjes, in rood) als het indirecte effect (interactie met wolken, in blauw) toenemen, maar dat de absorptie de overhand heeft. De zwarte lijn geeft het netto-effect weer. Het kaartje aan de rechterkant geeft weer waar aerosolen een opwarmend effect hebben en waar ze juist voor wat afkoeling zorgen.
Op het kaartje hierboven is te zien dat de aerosolen voor opwarming zorgen boven Groenland het meest noordelijke, grotendeels met ijs bedekte, deel van de Noordelijke IJszee. Boven de open oceaan is er juist een afkoelend effect, met uitzondering van wat kleine gebiedjes met veel lage bewolking.
Aerosolen van natuurbranden zouden dus voor extra opwarming kunnen zorgen in het noordpoolgebied, dat toch al veel sterker opwarmt dan de rest van de aarde. De roetdeeltjes die bij branden ontstaan kunnen ook nog opwarmend effect hebben nadat ze zijn neergeslagen op sneeuw en ijs. Want ook daar absorberen ze veel zonlicht. Naast een directe invloed op de temperatuur, kan de geabsorbeerde energie ook het smelten van sneeuw en ijs versnellen. Nog een versterking van de opwarming kan ontstaan door een verandering van het type vegetatie na een brand. Dit blijkt te gebeuren in de toendra van Alaska. Na een brand krijgt andere vegetatie daar de kans om zich te vestigen, ook door het warmere klimaat. Meer en vaak hogere begroeiing wordt minder snel helemaal bedekt door sneeuw, waardoor het oppervlak donkerder blijft en dus meer zonlicht absorbeert.
Het lijkt misschien wat vreemd dat al die veranderingen de opwarming steeds weer versterken. Maar ergens is het wel logisch. Er kan maar weinig gebeuren dat het witte oppervlak van al die sneeuw en dat ijs nog witter maakt. Als er al iets verandert, dan zit het er dik in dat het juist donkerder wordt. En dat er ingrijpende veranderingen optreden in de koude wereld door opwarming van het klimaat is evident.
Klimaatverandering 