Klimaatverandering (7): Water is een broeikasgas; hoe kunnen we dat gebruiken als klimaatoplossing?

In de discussies over broeikasgassen is lang niet altijd helder wat de rol van water nu precies is. Dit is een broeikasgas, maar wordt niet meegenomen in de berekeningen bij het aardopwarmingsvermogen. Daarom een nieuwe duik in de broeikasgassen. Welke broeikasgassen zijn er? En wanneer is een gas een broeikasgas? En wat is de rol van water hierbij?

Welke gassen zijn broeikasgassen?

Broeikasgassen zijn die gassen die aan 2 voorwaarden voldoen. Deze studie zegt er het volgende over (vertaling Google Translate):
"In het InfraRood-gebied heeft straling voldoende energie om moleculen te laten roteren of trillen of beide, afhankelijk van bepaalde selectieregels.
Om rotatie-energie direct te verkrijgen, moet een molecuul een permanent dipoolmoment hebben, d.w.z. er moet een permanente ladingsscheiding in het molecuul zijn.
De regel voor het verkrijgen van trillingsenergie is iets anders; de specifieke trilling moet worden geassocieerd met een verandering in het dipoolmoment om IR-actief te zijn. Als een molecuul vibrerend actief is, kan het ook rotatie-energie verkrijgen en afstaan."

Klimaatverandering (6): Orkanen

Als gevolg van klimaatverandering zou de impact van orkanen kunnen toenemen, terwijl het aantal stormen gelijk kan blijven of zelfs kan afnemen (bron). De vraag is hoe het op dit moment staat met deze grotere impact. Daarom een duik in de wereld van de orkanen.

Voorwaarden voor vorming van orkanen

Er zijn verschillende voorwaarden waaraan voldaan moet worden om een orkaan te kunnen laten vormen (bron 1, bron 2):
1. De temperatuur van het water minimaal 27 graden zijn. Hierbij moet het water tot een diepte van 45 m deze minimum temperatuur hebben, hierbij spelen de warme golfstromen een belangrijke rol. Als de temperatuur lager is, zwakken stormen af; alleen bij 27 graden of meer kan een storm doorontwikkelen tot een orkaan.
2. Er moet een bestaande depressie zijn, die zich kan doorontwikkelen tot een zware storm of orkaan
3. Dankzij de draaiing van de aarde is er een draaiing van massa vanaf de evenaar naar het noorden of het zuiden (het Coriolis effect), en dit effect maakt het mogelijk dat orkanen kunnen ontstaan. De orkanen kunnen echter pas ontstaan op meer dan 480 km van de evenaar.
4. Vanaf zeeniveau tot grote hoogte moet de lucht vrij snel afkoelen, zodat er een vochtige en relatief onstabiele convectie is.
5. Ook de de lucht op 5000 m hoogte moet nog een hoge luchtvochtigheid hebben (zie ook deze video)
6. De wind moet de juiste kracht hebben in de verschillende luchtlagen, als 1 luchtlaag een te sterke luchtstroming heeft (scheerwinden), kan deze de orkaan uit elkaar trekken

Verbeterde voedselproductie (19): Isopreen: produceert de natuur een goede of een slechte stof?

Isopreen is een stof die door veel bomen en struiken in de tropen en in mindere mate door bomen en struiken in de gematigde zones wordt gemaakt. Deze stof is gedurende een lange tijd vooral als slecht gezien. Het laatste decennium zijn er nieuwe onderzoeksresultaten verschenen die interessante positieve(re) aspecten van isopreen belichten. Daarom hier een overzicht om een beeld te geven of het nu een goed of een slecht goedje is.

De chemische eigenschappen

Chemisch gezien is isopreen (C5H8, oftewel 2-methylbuta-1,3-dieen) een stof die bereid kan worden bij thermisch kraken van nafta of aardolie. Het is een grondstof voor allerlei polymeren. Het is een vluchtige, zeer licht ontvlambare kleurloze vloeistof, en kan (doordat deze zwaarder is dan lucht) explosieve mengsels vormen. Het smeltpunt licht bij -146 graden, en het kookpunt licht bij 34 graden. Het wordt beschouwd als een mogelijk kankerverwekkende stof. Bij contact op de huid kan er roodheid en jeuk optreden. Kortom, chemisch gezien lijkt het een niet al te leuk goedje.

Verbeterde voedselproductie (3c): bomen maken regen - verharding en landbouw maakt woestijn

In twee eerdere blogs uit de serie van bomen als regenmakers is uitgebreid stilgestaan bij de invloed van bomen op neerslag. In blog 3a is uitgelegd hoe bomen door de productie van VOC's hun eigen condensatiekernen vormen, zodat water sneller kan condenseren boven het bos: het bos creeert hiermee zijn eigen wolken.
In blog 3b is stilgestaan bij hoe de stratosfeer boven een bos anders is dan boven bijvoorbeeld een grasland met alle gevolgen van dien: door een grotere ruwheid van het landschap boven een bos t.o.v. een grasland in combinatie met een hogere verdamping stijgt er meer vochtige lucht op naar hogere luchtlagen (samen met de VOC's) waardoor boven de bossen wel wolken vorming plaatsvindt, maar boven het grasland niet. Verwijdering van het bos (door een storm) leidde daar dan ook tot minder wolkenvorming.

In deze blog ligt de focus op de verdamping vanuit bossen die essentieel is voor de regenvorming.

Klimaatverandering (5b): Wat veroorzaakt de verandering van de methaan concentratie

Ons klimaat verandert, mede door de toename van broeikasgassen in de atmosfeer. De focus ligt hierbij naast CO₂ op CH₄/methaan en H₂S/waterstofsulfide. De concentraties van deze broeikasgassen stijgen.

In blog 5a is gekeken naar de stijging van de methaanconcentratie in de afgelopen ca 100 jaar. Methaan komt echter ergens vandaan en wordt ook afgebroken. Daarom wordt in deze blog gekeken naar de bronnen van methaan en naar de afbraak van methaan.

 

Klimaatverandering (5a): De verandering van de methaan concentratie

Ons klimaat verandert, mede door de toename van broeikasgassen in de atmosfeer. De focus ligt hierbij naast CO₂ op CH₄/methaan en H₂S/waterstofsulfide. De concentraties van deze broeikasgassen stijgen. In een eerdere blog is gekeken naar de stijging van de CO₂ concentraties. In deze blog wordt gekeken naar methaan, hoe de stijging van de methaan heeft plaatsgevonden.

Klimaatverandering (4): De zuurstof concentratie is aan het dalen

Sinds de industriele revolutie worden steeds meer fossiele brandstoffen gebruikt en verbrand. De CO₂ concentratie is daardoor gestegen van 290 ppm (parts per million) rond 1900 tot boven de 410 ppm in 2020, wat overeen komt met 0,04 % CO₂ in de lucht (zie ook deze blog). De productie van CO₂ resulteert in het gebruiken van O₂. De vraag is wat de invloed van deze CO₂ stijging is op de concentratie van de O₂. Daar gaat deze blog over.

Bron: http://dougrobbins.blogspot.nl/2012/03/long-term-trends-in-atmospheric-co2.html

Verbeterde voedselproductie (8c): waarheen verdampt de regen?

In Nederland is een groot deel van onze regen verdampt water uit de Noordzee. Een deel van dit water zakt in de grond, en wordt grondwater (waar het heel lang kan blijven), een ander deel stroomt via allerlei sloten, kanalen en rivieren terug naar de zee en een deel van het water verdampt, of vanuit open water (evaporatie), of via verdamping vanuit de plant (evapotranspiratie). Dit water wat boven land verdampt, kan benedenwinds opnieuw als regen op de landoppervlak vallen. Op die manier wordt regen boven land gerecycled. Hoe dat zit. daar wil ik in deze blog verder naar kijken.

Wereldwijde neerslag recycling

In 2010 heeft Van der Ent een studie gepubliceerd naar de wereldwijde neerslag- en verdampingsrecyling boven land. Twee interessante dingen licht ik uit zijn studie: de neerslagrecyclingratio en de verdampingsrecyclingratio.

De neerslagrecyclingratio p_c is de hoeveelheid gerecyclede neerslag afkomstig van land gedeeld door de hoeveelheid totale neerslag. Hoe groter het getal is, hoe minder neerslag dus van zee afkomstig is.

Bron: https://pdfs.semanticscholar.org/2af6/8a82823c0523ae52b1943e75bd5b95d1ead3.pdf

verbeterde voedselproductie (8b): wie maken er nog meer regen?

Regen is van cruciaal belang voor al het leven op onze planeet. Regen is de start van de hydrologische cyclus. Regen kan alleen plaatsvinden als er wolken vormen. Wolken vormen zich doordat waterdamp van fase verandert: de waterdamp condenseert tot waterdruppels of desublimeert /rijpt tot ijs. In heel schoon water wat wordt afgekoeld onder de 0 graden C, zullen geen ijskristallen vormen tot ongeveer -40 graden als ineens alles bevriest. Om wel de eerste ijskristallen te laten vormen zijn condensatiekernen (condensatie kernen, Condensation Nuclei, CN) en bevriezingskernen (Ice Nuclei, IN) nodig, waar het ijskristal op kan vormen. Hiervoor moet het water dus een beetje vervuild zijn. Hier zijn heel veel verschillende materialen voor, stof, roet, klei, zoutkristallen, vulkanische as etc. De natuur blijkt echter ook een bijdrage te leveren en allerlei producten te leveren waarop condensatie dan wel sublimatie kan plaatsvinden. De natuur (planten en bodemleven) beinvloeden in die zin dus ons klimaat in zeer sterke mate (zie ook deze video).
In zes blogs binnen de serie "verbeterde voedselproductie" wordt stilgestaan bij verschillende natuurlijke materialen of producten waarop condensatie kan plaatsvinden en naar wanneer de productie van deze kernen (verhoogd) plaatsvind:

Klimaatverandering (3): De toekomstige CO2 concentratie en de impact hiervan op de mens

CO2 staat als broeikasgas volop in de belangstelling, maar alle aandacht gaat alleen maar uit naar de vermindering vanwege het broeikaseffect (zie ook een eerdere blog hierover). Over de invloed van een stijgende CO2 concentratie op de leefomgeving van de mens, kom ik veel minder tegen. Daar wil ik in deze blog op ingaan.

De stijging van de CO2 concentratie

De CO2 concentratie is vooral in de laatste delen 70 jaar hard gestegen, vergeleken met de lange termijn trends van onze planeet. De CO2 concentratie is hierbij gestegen van ongeveer 290 ppm in 1900 naar 400 ppm in 2013, waar we ondertussen ook al weer bovenuit zijn gestegen (gemiddelde stijging van ongeveer 2 a 2,2 ppm per jaar).  

Bron: https://www.slideshare.net/stefanifoka

Klimaatverandering (2) - de stijging van CO2 en de impact hiervan

In 2 eerdere blogs heb ik aandacht gegeven aan klimaatverandering, in de ene blog heb ik stil gestaan bij de CO2 uitstoot, in de andere blog heb ik aangegeven waarom het urgent is en maatregelen nu echt noodzakelijk zijn. In deze blog wil ik op beide onderwerpen verder ingaan.

CO2 uitstoot

De uitstoot van CO2 is vooral de laatste eeuw hard gestegen van ongeveer 290 ppm in 1900 naar meer dan 400 ppm nu.

Bron: http://dougrobbins.blogspot.nl/2012/03/long-term-trends-in-atmospheric-co2.html

Ons voedsel (22): De gezonde grenzen van onze planeet voorbij

Klimaatverandering, migratie en duurder/schaarser wordende grondstoffen drukt ons met de neus op de feiten dat er grenzen zijn aan hoe we op onze planeet kunnen leven. Wat gezonde grenzen zijn is vaak lastig aan te geven en afhankelijk dan de lokale situatie. Om dit toch te kunnen kwatificeren heeft een groep van 29 auteurs in 2009 is een artikel gepubliceerd waarbij ze een eerste aanzet hebben gegeven om te bepalen wat de grenzen zijn om onze planeet gezond te houden. Deze groep auteurs hebben samen 9 parameters benoemd om te bepalen of de groei op aarde nog gezond is. Wanneer de groei buiten de grenzen gaat, is groei niet meer gezond en is het systeem uit de bocht aan het vliegen. Als aanvulling hierop is in 2015 een nieuw wetenschappelijk artikel verschenen, waarbij de grenzen verder zijn aangescherpt en hergeformuleerd. In deze blog wil ik bij deze 9 grenzen stil staan.

Ons voedsel (18): Bossen en oerwouden verdwijnen

In een eerdere blog over bomen heb ik laten zien hoeveel bomen bijdragen. Aan wel 28 verschillende dingen kunnen bomen bijdragen. Van temperatuur regulering, tot het maken van neerslag, van meer vruchtbaarheid van de bodem tot het geven van eten. Bomen zijn zeer indrukwekkende organismen, die van vitaal belang zijn voor het leven op onze planeet. Toch gaat het niet goed met de bomen: Bossen en oerwouden verdwijnen namelijk met een zorgwekkende snelheid, 5 voetbalvelden per minuut...
In deze blog wil ik een beeld schetsen hoe het er met de bossen en oerwouden op onze planeet voor staat. Er is heel veel informatie hierover beschikbaar, het lastige hierbij is echter dat verschillende methoden worden gebruikt, waardoor niet alles goed op elkaar aansluit. Het grote beeld is echter wel vergelijkbaar.

Hoeveel bomen zijn er eigenlijk en hoe snel verdwijnen deze eigenlijk?

In 2015 is door Yale universiteit een studie voltooid naar het aantal bomen op onze planeet. In 2015 bleken er 3,04*10¹² bomen te zijn op onze planeet. Dat komt neer op 400 bomen per persoon.
Echter, er verdwijnen 10⁹ bomen per jaar, grofweg op een gebied van 20 miljoen hectare (2015); dit komt neer op 1,5 gekapte boom per persoon per jaar. Op deze manier hebben we dus (zonder bevolkingsgroei) in 260 jaar geen boom meer over op onze planeet. Voor de mens zijn invloed op planeet aarde liet gelden, waren er ongeveer 2 keer zoveel bomen.

Verbeterde voedselproductie (13) - 32 dingen die bomen kunnen bijdragen

Het jaar 2018 zal de boeken ingaan als een zeer droog jaar. Mogelijk dat deze nog droger uitvalt dan de zomer van 1976: het neerslagtekort (neerslag - verdamping geaccumuleerd vanaf 1 april) dit jaar is groter geweest dan die tijdens de zomer van 1976. Maar of de hele zomer ook zo droog blijft en het neerslagtekort dus nog verder op zal lopen, dat weten we pas als de gewassen stoppen met verdampen en de herfstregens het neerslagtekort opheffen.

Bron: https://www.knmi.nl/nederland-nu/klimatologie/droogtemonitor

Verbeterde voedselproductie (8a): regenvorming en schimmels

Regen is van cruciaal belang voor al het leven op onze planeet. Regen is de start van de hydrologische cyclus. Regen kan alleen plaatsvinden als er wolken vormen. Wolken vormen zich doordat waterdamp van fase verandert: de waterdamp condenseert tot waterdruppels of desublimeert /rijpt tot ijs. In heel schoon water wat wordt afgekoeld onder de 0 graden C, zullen geen ijskristallen vormen tot ongeveer -40 graden als ineens alles bevriest. Om wel de eerste ijskristallen te laten vormen zijn condensatiekernen (condensatie kernen, Condensation Nuclei, CN) en bevriezingskernen (Ice Nuclei, IN) nodig, waar het ijskristal op kan vormen. Hiervoor moet het water dus een beetje vervuild zijn. Hier zijn heel veel verschillende materialen voor, stof, roet, klei, zoutkristallen, vulkanische as etc. De natuur blijkt echter ook een bijdrage te leveren en allerlei producten te leveren waarop condensatie dan wel sublimatie kan plaatsvinden. De natuur (planten en bodemleven) beinvloeden in die zin dus ons klimaat in zeer sterke mate (zie ook deze video).
In zes blogs binnen de serie "verbeterde voedselproductie" wordt stilgestaan bij verschillende natuurlijke materialen of producten waarop condensatie kan plaatsvinden en naar wanneer de productie van deze kernen (verhoogd) plaatsvind:

Klimaatverandering (1): Waarom het echt urgent wordt

Zoals ik in een eerdere blog heb aangegeven is de concentratie CO2 en andere broeikasgassen ongekend hard gestegen in de afgelopen 200 jaar. Waar de CO2 concentratie in de afgelopen miljoen jaar schommelde tussen 200 en 300 ppm, is deze in de afgelopen 200 jaar gestegen tot 400 ppm. De vraag is, moeten we echt stoppen met de C02 uitstoot? En wat zijn de gevolgen zoal van de huidige concentratie en van verdere stijging van de concentratie broeikasgassen?

Bron: https://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/tssts-2-1-1.html

Context van 400 ppm CO2

Zoals de bovenstaande grafiek laat zien, is een CO2-concentratie van 400 ppm geen concentratie die wij als mensheid eerder hebben meegemaakt, ervan uitgaande dat de homo sapiens ongeveer 200.000 tot 300.000 jaar oud is.

Meristeem: Waarom gras begraasd moet worden, maar niet teveel

Om goed graasbeheer toe te kunnen passen is het nuttig om te begrijpen hoe groei bij planten plaatsvindt. Want niet alle planten groeien op dezelfde manier. En de andere manier van groei van grassen maakt dat grasgebieden en prairies moeten worden gemaaid of begraasd om te overleven.

Hoe groeien planten?

Groei in een plant vind plaats vanuit het meristeem. Deze cellen zijn vergelijkbaar met de stamcellen bij mensen. Alleen deze meristeem cellen zorgen voor groei: alleen deze cellen delen.

Binnen de plant zijn er verschillende plekken waar zich meristeem bevindt:

• Primaire meristeem:
• Apical meristeem, dit zit in de uiteinden van de plant:
• onder de grond in de wortels, het root apical meristeem (RAM)
• boven de grond in de toppen van de plant, het shoot apical meristeem (SAM).
• Intercalary meristeem, wat zorgt voor lengtegroei, de vorming van knoppen in de oksels van de plant en wat bij beschadiging zorgt voor herstel.
• Secundair mersisteem:
• Lateral meristeem. Dit zorgt voor de secundaire, oftewel dikte groei van de plant.

Verbeterde voedselproductie (4a): het Wood Wide Web

Iedereen kent ze wel uit het bos in de herfst, heksenkringen, de schimmelnetwerken rondom paddenstoelen. Tegenwoordig komen we er echter steeds meer achter wat deze schimmelnetwerken allemaal doen. Ze blijken niet alleen rond 1 paddenstoel te bestaan, maar blijken veel groter en belangrijker te zijn dan we ons voor konden stellen. Ze worden nu al het Wood Wide Web genoemd. In deze blog wil ik me verder verdiepen in de wereld van de schimmelnetwerken.

Bron: http://vroegevogels.vara.nl/community/fotos/schimmels/paddenstoel/267052

Verbeterde voedselproductie (3b): beinvloeden bomen de vorming van wolken II?

In de vorige blog heb ik aangegeven hoe bomen in staat zijn om invloed uit te oefenen op wolkenvorming middels de vorming van BVOC's. In deze blog wil ik ingaan op andere factoren bij bossen die een rol spelen bij het proces van wolkenvorming en neerslag recycling landinwaarts.

Wolken vorming in het landschap

Wolken vorming treedt op bij verschillende omstandigheden, maar de gezamenlijke factor is dat er altijd sprake van stijgende lucht die in hogere luchtlagen afkoelt, waardoor er condensatie van waterdamp kan optreden. De lucht stijgt bijvoorbeeld door de aanwezigheid van heuvels en bergen. Ook kan de lucht stijgen doordat de lucht opwarmt (warme lucht heeft een lagere dichtheid dan koude lucht en stijgt daardoor), zoals in de tropen gebeurt (de warme lage drukgebieden rond de evenaar, de ITCZ, waar ik in deze blog over heb geschreven).
Boven bossen vindt echter ook sterkere wolkenvorming plaats, dan boven naastgelegen niet bosgronden, zo laat een studie van de Universiteit van Wageningen zien.

Waar komen de broekasgassen vandaan? En waar komt CO2 vooral vandaan?

Ons klimaat veranderd, vooral door het broeikaseffect: de toename van CO2, N2O (298 keer zo sterk als CO2) en CH4 (25 keer zo sterk als CO2) in de atmosfeer leidt tot een verhoging van de temperatuur. CO2 krijgt hierbij de meeste aandacht, mede omdat dit een gas is wat ontstaat bij verbranding van brandstoffen, die we allemaal gebruiken. Hoe is het historische verloop van de broeikasgassen? En als we specifiek kijken naar CO2 waar is dit aan te wijten en hoe ver kan dit stijgen?

Verloop van de broeikasgas concentratie

Op basis van ijskernonderzoeken is inzicht verkregen over het verloop van de CO2, N2O en CH4 concentratie in de laatste 800.000 jaar. Dit dekt de periode waarin de neanderthalers en de mens op aarde woonden/wonen. Uit deze ijskernonderzoeken blijkt dat alle 3 de gassen fluctueerden binnen een bepaalde bandbreedte en een vergelijkbare trend volgen.

De CO2 concentratie fluctueerde tussen de 200 en 300 ppmv. Sinds de industriele revolutie is deze trend doorbroken: de CO2 concentratie is in 200 jaar (een geologisch zeer korte tijsperiode) sterk gestegen tot rond de 400 ppmv.

De CH4 concentratie schommelde over de laatste 800.000 jaar tussen de 400 een de 800 ppmv. Sinds de laatste 200 jaar is deze echter nog sterker toegenomen dan de CO2 concentratie: deze is gestegen van 800 naar 1800 a 1900 ppmv.

De N2O concentratie tenslotte schommelde tussen de 200 en 300 ppmv en is in de laatste 200 jaar gestegen naar ongeveer 330 ppmv.

Kortom, de concentratie van alle 3 de broeikasgassen zijn op dit moment hoger dan de afgelopen 800.000 jaar.