Eigenschappen van broeikasgassen

Opwarming van de aarde, momenteel de bron van veel sociale en wetenschappelijke bezorgdheid, wordt voornamelijk veroorzaakt door broeikasgassen in de atmosfeer. Een goed begrip van hun fysieke eigenschappen is van cruciaal belang voor het beheersen en verminderen van de opwarming van de aarde. Wetenschappers hebben geïdentificeerd en geanalyseerd hoe deze gassen worden gevormd en op elkaar inwerken en hebben hun relatieve bijdragen aan de opwarming van de aarde gemeten.

Hoewel minder dan één procent van de atmosfeer uit broeikasgassen bestaat, is hun invloed op het mondiale milieu groot. Het broeikaseffect wordt veroorzaakt door gassen in de atmosfeer van de aarde. Inkomende zonne-energie passeert de atmosfeer, die de resulterende warmte vasthoudt en de aardoppervlaktetemperatuur verwarmt. Dit effect wordt veroorzaakt door de broeikasgassen, die warmte opvangen en vasthouden. Bijgevolg is de energie die de atmosfeer binnenkomt groter dan de energie die deze verlaat, en dit verhoogt geleidelijk de algemene temperatuur op aarde.

Broeikasgassen die het nauwst verbonden zijn met de opwarming van de aarde zijn onder meer kooldioxide, methaan, lachgas en de fluorkoolwaterstoffen. Sinds het begin van het industriële tijdperk zijn er aanzienlijke hoeveelheden van elk door menselijke activiteiten aan de atmosfeer toegevoegd. Waterdamp is ook een broeikasgas dat vrij overvloedig aanwezig is in de atmosfeer. De rol van menselijke activiteit bij het creëren van waterdamp is echter minder duidelijk. Fluorkoolstoffen zijn niet alleen broeikasgassen, maar hebben nog een andere schadelijke eigenschap. Ze hebben de neiging om de ozonlaag in de bovenste atmosfeer te vernietigen, die ons beschermt tegen schadelijke ultraviolette straling. Ozon is echter zelf ook een broeikasgas.

De drie belangrijke eigenschappen van een broeikasgas zijn de golflengte van de energie die het gas absorbeert, hoeveel energie het absorbeert en hoe lang het gas in de atmosfeer blijft.

Broeikasgasmoleculen absorberen energie in het infrarode gebied van het spectrum, wat we over het algemeen associëren met warmte. Broeikasgassen absorberen meer dan 90 procent van de atmosferische energie in een zeer smal deel van het energiespectrum. De absorptie-energieën zijn echter verschillend voor elk broeikasgas; samen absorberen ze energie over een groot deel van het infraroodspectrum. Broeikasgassen blijven in de atmosfeer van 12 jaar voor methaan tot 270 jaar voor fluorkoolwaterstoffen. Ongeveer de helft van de koolstofdioxide in de atmosfeer zal in de eerste eeuw na het vrijkomen verdwijnen, maar een klein deel zal duizenden jaren blijven bestaan.

Het aardopwarmingsvermogen van een broeikasgas meet zijn bijdrage aan de opwarming van de aarde. De waarde ervan is gebaseerd op de drie belangrijkste eigenschappen die eerder zijn beschreven. Het opwarmende effect van een broeikasgas, gedeeld door het opwarmend effect van dezelfde hoeveelheid koolstofdioxide, is gelijk aan het opwarmingspotentieel.

Methaan heeft bijvoorbeeld een opwarmingspotentieel van 72 voor een periode van 20 jaar. Met andere woorden, één ton methaan zou hetzelfde effect hebben als 72 ton koolstofdioxide in de 20 jaar na het vrijkomen in de atmosfeer. Methaan, lachgas en de fluorkoolwaterstoffen hebben allemaal een veel hoger opwarmingspotentieel dan koolstof kooldioxide, maar dat laatste blijft nog steeds het belangrijkste broeikasgas omdat er zoveel is het.