André achtergrond moon_and_earth_lroearthrise_frame_0 André Bijkerk.

In de diverse visies op de rol van broeikasgassen in de atmosfeer wordt mijns inziens een aantal zaken vaak onderbelicht. Het betreft hier niet alleen de koelende werking van radiatieve of broeikasgassen maar vooral ook het effect van de dag–nacht cyclus.

Om deze zaken goed te kunnen beoordelen, zou men eigenlijk een aantal  verschillende (hypothetische) aarde–achtige planeten moeten beschouwen Eerst één waar helemaal geen broeikasgassen in de atmosfeer zitten. Dan één met CO2 en eventueel andere ‘droge’ broeikasgassen. Tenslotte dan de werkelijke aarde met de toevoeging van water, waterdamp en wolken. Dat zijn drie afzonderlijk tamelijk uitgebreide verhalen die niet goed in één blog passen. Daarom heb ik gedacht om deze materie in drieën te splitsen.

Dit eerste deel van drie gaat dus over de broeikasgasloze Aarde. Er zou dan ook geen water zijn en deze wereld zou meer lijken op de maan, maar dan wel met een atmosfeer van zuurstof en stikstof. Wat zou daar nu gaan gebeuren?

Zonder atmosfeer wordt de dagzijde van de maan tot zo’n 106 graden Celsius verwarmd, de nacht is knap fris met een afkoeling tot –183 graden Celsius. Wat zou een ‘lucht’ van alleen zuurstof en stikstof daaraan veranderen? Het zonlicht bereikt nog steeds vrijwel ongehinderd het maanoppervlakte dat opwarmt en daardoor infrarood energie gaat uitstralen. Deze uitstraling wordt uiteraard niet gehinderd door broeikasgassen in de atmosfeer. Op stralingsgebied lijkt er dus geen verschil te zijn op de maan, met of zonder ‘lucht’. Het blijft daardoor gemiddeld aan de frisse kant op het maanoppervlak.

Heel anders loopt het in de atmosfeer. Het maanoppervlakte draagt de warmte-energie overdag via geleiding over aan de onderste moleculen van de atmosfeer. Deze laag zet daardoor uit, waardoor deze lichter wordt ten opzichte van de omringende koelere ‘lucht’. Hierdoor stijgt deze warmere luchtlaag op, zoals een heteluchtballon zonder ballon. Dat verschijnsel heet convectie en met de convectie neemt de ‘lucht’ de warmte-energie mee omhoog.

Koelere ‘lucht’ neemt de plaats in van de opgestegen warme ‘lucht’, die op zijn beurt weer door het oppervlakte middels geleiding wordt opgewarmd en eveneens daardoor opstijgt, etc. etc. Er ontstaat als het ware een verticale lopende band van warmte–energie. Dit is een volcontinu proces; de zon schijnt immers altijd wel ergens op de maan. (Wat zegt u? oh sorry, inderdaad, niet tijdens maansverduisteringen, okee, die zit).

Wat gebeurt er nu aan de nachtkant? Daar straalt de oppervlakte van maan nog steeds enthousiast de energie uit via de infrarode frequenties en mede door het gemis aan de zogenaamde ‘downwelling longwave radiation’ koelt het daardoor fors af. De onderste ‘lucht’–laag moet daaraan ook geloven, waar de warmte–energie aan het oppervlak wordt overgedragen rechtstreeks door geleiding. Door de afkoeling wordt deze ‘lucht’-laag zwaarder en gaat daardoor dus …. niet opstijgen. Het blijft gewoon op zijn plek. Deze neiging om onbeweeglijk, stabiel als een deken te blijven liggen, zien we ook op Aarde met name in de winter. Het heet dan een atmosferische grond–inversie en manifesteert zich bijvoorbeeld in de vroege ochtend als slootmist of dalnevel.

Wat gebeurt er intussen ‘s nachts met de hogere ‘lucht’ waar de warmte overdag naar toe was opgestegen? Eh, … niets! Vrijwel niets. Het kan zijn warmte–energie niet uitstralen omdat er geen radiatieve broeikasgassen aanwezig zijn en geleiding van de warmte naar de oppervlakte is een zeer langdurig proces temeer daar de lichtere warme ‘lucht’ de neiging heeft om hoog boven de zwaardere kou te blijven.

En zo hebben we dus een onbalans. Overdag stijgt de warmte energie door convectie naar hogere atmosferen en blijft daar ‘s nachts omdat er praktisch geen middelen zijn om de warmte af te voeren. De zaak komt pas weer in evenwicht wanneer de atmosfeer zoveel warmte–energie opbouwt dat de convectiemotor niet langer meer werkt. Met andere woorden, ook zonder broeikasgassen zal de atmosfeer van een maan of planeet fors opwarmen met behulp van convectie.

Tot zover deel één. In deel twee gaan we zien wat er zoal gebeurt in die dag–nacht cyclus wanneer er wel (droge) broeikas gassen aanwezig zijn, waarbij ik tevens de vraag tracht te beantwoorden waarom de voorruit van de auto op straat op een vroege morgen wel bevriest bij een beetje nachtvorst, maar de zijruiten niet of nauwelijks.

Voor de hiernavolgende discussie hoop ik – tegen beter weten in – dat deze beperkt blijft tot een objectief dispuut over deze hypothetische situatie, waarin de afwezigheid van broeikasgassen leiden tot een grote mate van opwarming van de atmosfeer.

Einde deel één.