Kijk omhoog. Niet echt. Kijk hoger.
Ver boven de wolken, boven het weer, boven waar vliegtuigen vliegen, wordt de atmosfeer kouder. Stabiel, meedogenloos en snel. Ondertussen hier beneden? Het wordt heet. Niet alleen warm. Heet.
Het klinkt tegenstrijdig. Waarom zou het ene deel van de aarde afkoelen terwijl het andere kookt? Wetenschappers kenden de trend. Tientallen jaren aan gegevens hebben dit aangetoond. De fysica erachter was echter duister.
Nu denken onderzoekers van Columbia University dat ze het hebben gekraakt.
Het mechanisme is eenvoudig, brutaal en efficiënt
Kooldioxide houdt warmte vast. Dat is de kop die we kennen. Het werkt als een deken en houdt infraroodstraling dicht bij het oppervlak vast, waardoor de troposfeer (waar wij leven) lekker warm blijft.
Maar dekens werken anders in de ruimte.
Boven in de stratosfeer (ongeveer 11 tot 50 km hoogte) wordt CO2 niet vastgehouden. Het lekt. Het zuigt warmte van onderaf op. Het straalt het weg in de leegte.
Meer CO2? Meer straling eruit. De laag koelt af.
“Het verklaart een fenomeen dat een vingerafdruk is van klimaatverandering… en dat nog niet is begrepen.” – Robert Pincus
De cijfers zijn grimmig. Sinds de jaren tachtig? Twee graden Celsius lager. Dat is enorm. Natuurlijke variatie kon daar niet aan tippen. Menselijke emissies hebben deze afkoeling vertienvoudigd.
Een “Goudlokje” van warmteverlies
Waarom hadden we het niet eerder precies gekwantificeerd? De oude theorieën waren slimme, kwalitatieve gissingen. Syukuro Manabe voorspelde dit in de jaren 60 (Nobelprijs, welverdiend). Maar hoe deden de moleculen het precies? Nog steeds vaag.
Sean Cohen en zijn team bouwden een wiskundig model. Ze hebben het aangepast. Ze hebben het kapot gemaakt. Ze hebben het opgelost. Ze vergeleken hun vergelijkingen met echte sensoren en supercomputersimulaties.
Eén factor sprong eruit.
Infraroodlicht.
Niet al het infrarood is hetzelfde. Verschillende golflengten reizen anders. Het team van Cohen heeft een specifieke band gevonden: een ‘Goudlokje-zone’ waar CO2 absurd goed wordt in het terugwerpen van warmte in de ruimte. Naarmate de CO₂-concentratie stijgt, wordt deze zone groter. Betere warmteafvoer. Koudere lucht.
Ozon en waterdamp helpen ook? Nauwelijks. Hun rol in de stratosferische kou is gering vergeleken met die van CO₂.
Afkoelen wordt warmer
Hier is de wending. Of de val.
Terwijl de stratosfeer warmte afvoert, houdt de hele aarde feitelijk meer warmte vast. Hoe?
Koude lucht bevat minder energie. De gekoelde stratosfeer wordt een zwakkere radiator. Het stuurt minder energie terug naar de kosmos dan voorheen. Die ontbrekende energie blijft in het systeem. Dichter bij het oppervlak stapelt het zich op.
Elke keer dat CO2 verdubbelt? Ongeveer 8 graden afkoeling helemaal bovenaan de stratosfeer (de stratopauze). Maar daaronder? De val wordt strakker.
Het mechanisme dat de hoge lucht bevriest, is dus ook een van de redenen waarom het oppervlak brandt. Een feedbackloop. Elegant en angstaanjagend.
Gaat dit over het bewijzen van het bestaan van opwarming?
Nee.
Niemand maakt meer ruzie over de temperatuurtrends. Daar gaat dit artikel niet over. Het gaat om precisie. Het gaat om het begrijpen van de machine.
“Dit vertelt ons echt wat essentieel is.”
Cohen zegt dat het model zelfs elders toepasbaar zou kunnen zijn. Jupiter. Exoplaneten. Werelden met verschillende gassen. Als je de regels van licht en warmte kent, kun je elke sfeer lezen.
Voorlopig zijn de regels duidelijk. CO₂ gaat omhoog. De bovenste lucht gaat naar beneden. Wij krijgen het warmer.
De wiskunde klopt.
Wat is onduidelijk? Wanneer de rest van de atmosfeer besluit dezelfde regels te volgen.
