Bij het horen van de woorden "broeikasgas, " de meeste mensen denken meteen aan koolstofdioxide. Dit is inderdaad het broeikasgas dat momenteel de grootste impact heeft op het snel veranderende klimaat van de aarde. Maar het is lang niet het enige dat zijn stempel drukt, en voor het mitigeren van klimaatverandering is het belangrijk om de effecten te kunnen vergelijken van de verschillende gassen die bijdragen aan de opwarming van de planeet.

Maar dat is niet gemakkelijk om te doen.

Broeikasgassen variëren niet alleen in hun bronnen en de maatregelen die nodig zijn om ze te beheersen, maar ook in hoe intens ze zonnewarmte vasthouden, hoe lang ze meegaan als ze eenmaal in de atmosfeer zijn, en hoe ze reageren met andere gassen en uiteindelijk uit de lucht worden gespoeld. De verschillen maken het onmogelijk om precies datgene te doen wat onderzoekers en beleidsmakers het liefst willen doen:een eenvoudige conversiefactor bedenken om ze onderling exact te kunnen vergelijken.

Laten we eens kijken naar het meest extreme geval:chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's). Vergeleken met koolstofdioxide, CFK's kunnen meer dan 10 produceren, 000 keer zoveel opwarming, pond voor pond, als ze eenmaal in de lucht zijn. Gelukkig, CFK's werden in 1987 verboden door een internationale overeenkomst genaamd het Montreal Protocol - niet vanwege hun dramatische opwarmingspotentieel, hoewel dat destijds een secundaire reden was, maar omdat ze de belangrijkste oorzaak bleken te zijn van de snel escalerende vernietiging van de ozonlaag van de aarde, die de planeet beschermt tegen gevaarlijke, kankerverwekkende niveaus van ultraviolette straling.

Niet meer in beeld

CFK's "zouden nu een belangrijke speler zijn" in het bijdragen aan de opwarming van de aarde als ze niet waren uitgefaseerd, zegt Susan Salomon, de Ellen Swallow Richards hoogleraar Atmospheric Chemistry and Climate Science aan het MIT. Tegen deze tijd, als ze nog steeds in hetzelfde tempo werden gebruikt als vóór de uitfasering, CFK's zouden ongeveer een derde zoveel bijdragen aan het broeikaseffect van de aarde als koolstofdioxide, die verreweg de grootste bijdrage blijft leveren, ze zegt.

Ter vergelijking, ze zegt, het Kyoto-protocol (nu vervangen door de Overeenkomst van Parijs van 2015), waarin werd opgeroepen tot een reeks maatregelen om de uitstoot van broeikasgassen over de hele wereld te verminderen, een totale reductie van ongeveer 2 gigaton "koolstofequivalent"-emissies per jaar, terwijl de uitfasering van CFK's al vijf keer zoveel heeft geëlimineerd - naar schatting 10 gigaton koolstofequivalent gas per jaar.

Vandaag, de nummer twee producent van door de mens veroorzaakte broeikaseffecten is methaan, het hoofdbestanddeel van aardgas. Toen het in eerste instantie werd uitgebracht, methaan is ongeveer 100 keer krachtiger dan koolstofdioxide, maar zijn levensduur in de atmosfeer is veel korter - ongeveer een decennium, in tegenstelling tot de eeuwenlange verblijftijd van koolstofdioxide. Gemiddeld over een periode van 20 jaar, de "broeikasgasequivalentie" van methaan is ongeveer 72 keer die van koolstofdioxide, maar bekeken op een tijdschaal van 100 jaar, die equivalentie daalt tot slechts 25 keer.

Methaan komt uit meerdere bronnen, waarvan sommige relatief moeilijk te meten zijn. Bijvoorbeeld, lekkage van aardgasbronnen, opslagfaciliteiten, en distributiesystemen is een belangrijke bron. Maar omdat dergelijke lekken zeer variabel zijn en afhankelijk zijn van factoren zoals putconstructiemethoden en onderhoudssystemen voor infrastructuur - die in sommige gevallen eigendomsinformatie zijn - is er veel controverse geweest over de omvang van dergelijke lekken. Andere bronnen, zoals emissies in verband met wetlands, ontbossing, en vee, zijn moeilijk nauwkeurig te meten.

Rekening houden met dynamiek

Jessica Trancek, de Atlantic Richfield Career Development Associate Professor in Energy Studies aan MIT's Institute for Data, systemen, en samenleving, zegt dat vanwege de zeer verschillende dynamiek van methaan in de atmosfeer in vergelijking met koolstofdioxide, het kan misleidend zijn om te vertrouwen op de conventionele vergelijkingen met één factor die vaak worden gebruikt. In plaats daarvan, zij en haar medewerkers suggereerden in een onderzoekspaper uit 2014 - en verder uitgewerkt op het idee in 2016 - dat een maatstaf voor de relatieve effecten van verschillende gassen op basis van specifieke klimaatmitigatiedoelstellingen zou moeten worden gebruikt, bijvoorbeeld wanneer de tijdshorizon voor de vergelijking is gebaseerd op een specifiek stabilisatiedoel.

De gebruikelijke manier om broeikasgassen te vergelijken is door middel van een enkele conversiefactor, het aardopwarmingsvermogen genoemd, die een enigszins willekeurig gekozen tijdshorizon van 100 jaar hanteert. voor methaan, dit wordt meestal gegeven als een factor 25 (dat wil zeggen, methaan is 25 keer krachtiger dan koolstofdioxide). Maar Trancik suggereert dat het zinvoller is om "op doelen geïnspireerde " waarin de verschillende verblijftijden van verschillende gassen zijn verwerkt over een tijdspanne die afhankelijk is van wanneer de emissies plaatsvinden ten opzichte van een mitigatiedoel:een onmiddellijke klimaatimpact (ICI) en een cumulatieve klimaatimpact (CCI). Ze zegt dat hoeveel gewicht moet geef de verschillende factoren "komt neer op hoeveel u geeft om de snelheid van verandering op korte termijn, in tegenstelling tot de evenwichtstoestand" waarin het klimaat zich uiteindelijk zal vestigen - die misschien eeuwenlang niet wordt bereikt.

Het onderzoek van Solomon heeft onlangs aangetoond dat sommige effecten van broeikasgassen eeuwenlang kunnen aanhouden, zelfs nadat de gassen die aanvankelijk die veranderingen veroorzaakten, helemaal niet meer worden uitgestoten. specifiek, de uitzetting van water als het opwarmt, gecombineerd met het smelten van pool- en gletsjerijs, kan leiden tot een aanzienlijke zeespiegelstijging die eeuwen zou duren, zelfs als alle nieuwe uitstoot van broeikasgassen helemaal zou worden gestopt. Dat komt omdat deze gassen in de atmosfeer blijven en warmte blijven vasthouden lang nadat hun bronnen zijn geëlimineerd - een feit dat soms over het hoofd wordt gezien in discussies over het verminderen van klimaatverandering. Als alle uitstoot van kooldioxide in 2050 zou zijn geëlimineerd, Solomon en haar co-auteurs vonden, maar liefst de helft van de uitstoot zou 750 jaar later nog steeds in de lucht zijn, en nog steeds de planeet opwarmen.

"Het lijdt geen twijfel dat koolstofdioxide de grootste bijdrage levert aan door de mens veroorzaakte klimaatverandering, "Trancek zegt, "Dus dat is de grote focus van mitigatie-inspanningen. Maar er zijn een aantal andere die ook significant zijn. Deze niet-koolstofdioxide-emissies komen vaak van een soort lekkage in het toevoersysteem, in tegenstelling tot de directe uitstoot van kooldioxide die het gevolg is van de verbranding van koolstofhoudende fossiele brandstoffen. Er zijn mogelijkheden om deze systemen schoon te maken om lekkage te verminderen, al is het niet altijd gemakkelijk."

Ook, ze zegt, "Het is een uitdaging om de atmosferische levensduur van al deze broeikasgassen te begrijpen en hoe de stralingsforcering verandert als de concentratie verandert. Er zijn interactieve effecten die de stralingsefficiëntie van al deze gassen veranderen."

Gassen dragen niet alleen bij aan het broeikaseffect:zwarte koolstof, ook wel bekend als roet, evenals een aantal andere fijnstof kan ook een rol spelen. Maar dergelijke materialen hebben nog kortere verblijftijden, meestal slechts dagen of weken, omdat ze de neiging hebben om door de volgende regenbui uit de lucht te worden gespoeld.

Dat brengt ons bij het grootste broeikasgas van allemaal:waterdamp. Het lijdt geen twijfel dat waterdamp verantwoordelijk is voor meer broeikasopwarming dan enig ander atmosferisch bestanddeel. Maar het gedrag van waterdamp hangt af van het klimaat, het is dus geen aanjager van klimaatverandering, maar eerder een versterkende feedback, omdat de waterkringloop een constant onderdeel is van de atmosferische circulatie. Naarmate de lucht warmer wordt, het kan meer waterdamp bevatten, dus een opwarmend klimaat leidt tot meer damp in de lucht, geeft een feedback-effect en kan mogelijk leiden tot dramatische veranderingen in regenvalpatronen. Maar, waterdamp blijft alleen in de buurt tot de volgende regenval. "Waterdamp is een slaaf van het klimaatsysteem, het is geen meester, ' zegt Salomo.

Dus als het gaat om het veranderen van het klimaat op aarde, koolstofdioxide is echt de belangrijkste factor - en zal dat in de nabije toekomst ook zijn, zelfs als alle uitstoot nu zou stoppen. Veel van de koolstofdioxide die de afgelopen eeuw is uitgestoten, zal er in de toekomst nog eeuwen zijn - en zal de planeet nog steeds opwarmen en de zeespiegel doen stijgen. "Een deel van onze koolstofdioxide zal er nog steeds zijn in 1, 000 jaar, " Zegt Salomo. Dus voor alle praktische doeleinden, ze zegt, op een menselijke tijdschaal, koolstofdioxide dat in de lucht wordt uitgestoten, leidt tot "de onomkeerbaarheid van door koolstofdioxide veroorzaakte opwarming".

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.