Hoe verstoren broeikasgassen de energiebalans van de aarde en veroorzaken ze opwarming?

De energiebalans van de aarde wordt bepaald door een delicate verhouding tussen inkomende en uitgaande straling. De zon zendt energie uit in de vorm van kortegolvige straling, die het aardoppervlak bereikt. Dit proces wordt gekenmerkt door een constante intensiteit, bekend als de zonconstante, met een waarde van ongeveer 1360 W/m² aan de bovenkant van de atmosfeer. Omdat de aarde een bol is, verspreidt deze energie zich over het gehele aardoppervlak, waardoor het gemiddelde neerkomt op ongeveer 340 W/m². Een deel van deze energie wordt weerkaatst door de atmosfeer en het aardoppervlak — respectievelijk circa 77 W/m² en 23 W/m² — wat resulteert in een netto geabsorbeerde hoeveelheid van ongeveer 240 W/m². Deze hoeveelheid wordt aangeduid als de geabsorbeerde zonnestraling (ASR).

Tegelijkertijd zendt de aarde zelf straling uit, voornamelijk in de vorm van langgolvige infraroodstraling, afhankelijk van haar temperatuur. Dit proces wordt beschreven door de wet van Stefan-Boltzmann, waarbij het uitgestraalde vermogen per oppervlakte-eenheid sterk toeneemt met de vierde macht van de absolute temperatuur van het aardoppervlak. In een toestand van radiatief evenwicht is de hoeveelheid uitgezonden langgolvige straling gelijk aan de geabsorbeerde zonnestraling, wat resulteert in een stabiele gemiddelde oppervlaktetemperatuur.

De verstoring van deze balans leidt tot globale opwarming. Broeikasgassen (BKG’s) in de atmosfeer, zoals CO₂, CH₄ en N₂O, absorberen en heremitteren langgolvige straling, waardoor een deel ervan terug wordt gestuurd naar het aardoppervlak. Hierdoor wordt de hoeveelheid uitgaande langgolvige straling verminderd, en daalt de uitgaande energiestroom. Om het energiebalans opnieuw te herstellen, moet de aarde opwarmen — een fenomeen dat bekendstaat als radiatieve forcering.

Radiatieve forcering (ΔF) is de verandering in de netto stralingsflux aan de bovenkant van de atmosfeer veroorzaakt door een verandering in de concentratie van broeikasgassen. Dit is een fundamentele maat voor hoe sterk deze gassen bijdragen aan het opwarmen van de aarde. De grootte van ΔF is afhankelijk van zowel de hoeveelheid toegevoegde broeikasgassen als hun vermogen om infrarode straling te absorberen en terug te stralen.

Verschillende broeikasgassen zijn tegelijkertijd aanwezig in de atmosfeer, elk met hun eigen karakteristieke bijdrage aan de totale radiatieve forcering. De Annual Greenhouse Gas Index (AGGI) is een instrument dat wordt gebruikt om deze gecombineerde bijdrage over de tijd te volgen. De AGGI reflecteert de netto verandering in de kracht van stralingsforcering van alle gemeten broeikasgassen ten opzichte van een referentiejaar, en dient als een objectieve indicator van de progressie van mondiale opwarming.

Naast deze basisprincipes is het essentieel te begrijpen dat de energiebalans van de aarde en de rol van broeikasgassen dynamisch zijn en beïnvloed worden door een complex samenspel van processen. Bijvoorbeeld, veranderingen in de albedo van de aarde door smeltende ijskappen of ontbossing kunnen de hoeveelheid geabsorbeerde zonnestraling wijzigen, wat het effect van broeikasgassen kan versterken of verzwakken. Bovendien is het niet alleen de concentratie van broeikasgassen die telt, maar ook hun levensduur in de atmosfeer en interacties met andere atmosferische componenten.

Het begrip van radiatieve forcering en de energiebalans vormt daarmee de basis voor inzicht in hoe hernieuwbare energiebronnen kunnen bijdragen aan het terugdringen van emissies en het stabiliseren van het klimaat. Dit fundament helpt om de urgentie en schaal van de mondiale energietransitie vanuit fossiele brandstoffen naar duurzame alternatieven te doorgronden.

Hoe worden de doelstellingen van het Klimaatakkoord van Parijs bereikt?

Daarnaast verplicht het akkoord alle ondertekenende landen om nationale klimaatplannen, de zogenaamde Nationally Determined Contributions (NDC’s), op te stellen en deze regelmatig te herzien en bij te werken. Deze plannen moeten aangeven hoe elk land van plan is zijn emissies te reduceren en welke maatregelen het neemt om zich aan te passen aan de gevolgen van klimaatverandering. De aanpak is echter flexibel: landen hebben de vrijheid om te bepalen hoe ze deze doelen realiseren, rekening houdend met hun eigen nationale omstandigheden en capaciteiten.

Een belangrijk kenmerk van het akkoord is de nadruk op de gemeenschappelijke, maar gedifferentieerde verantwoordelijkheden van de landen. Terwijl ontwikkelde landen verantwoordelijk worden gehouden voor het grootste deel van de uitstoot in het verleden, wordt erkend dat ontwikkelingslanden ondersteuning nodig hebben om de transitie naar een koolstofarme economie te maken. Dit omvat zowel financiële middelen als technologische ondersteuning om duurzame ontwikkelingen te bevorderen.

Het Kyoto Protocol van de Verenigde Naties legde de basis voor de verplichting tot emissiereductie voor rijke landen, maar het Akkoord van Parijs breidt deze benadering uit naar alle landen, waarbij elke partij verantwoordelijk wordt gehouden voor het leveren van zijn bijdrage. Dit zorgt ervoor dat de mondiale inspanningen collectief sterker worden, zelfs als de individuele bijdragen variëren.

Het akkoord stelt dat elke partij haar emissies moet verminderen door middel van duidelijke doelen. Dit houdt in dat elk land een strategie moet ontwikkelen die gericht is op het snel bereiken van een piek in jaarlijkse emissies, gevolgd door een snelle daling, en uiteindelijk naar netto-nul-emissies in de tweede helft van de 21ste eeuw. Dit betekent dat de landen niet alleen hun uitstoot moeten verminderen, maar ook maatregelen moeten nemen om koolstof uit de atmosfeer te verwijderen, bijvoorbeeld door bosbeheer en het behoud van natuurgebieden.

Wat betreft de praktische uitvoering van het akkoord, moeten landen regelmatig rapporteren over hun vooruitgang en hun NDC’s bijwerken, waarbij ze steeds ambitieuzer moeten zijn. Er is een systematiek opgezet waarbij landen hun voortgang kunnen verantwoorden in jaarlijkse verslagen, die door verschillende internationale organisaties, zoals het IPCC en UNEP, worden geanalyseerd. Deze verslagen bieden inzicht in de wereldwijde voortgang en de kloof tussen de geplande en daadwerkelijke emissiereducties.

Een ander cruciaal element in het akkoord is de rol van bossen als koolstofputten. Deforestatie wordt als een van de grootste bedreigingen voor het bereiken van de klimaatdoelen gezien. Bossen spelen een sleutelrol in het vastleggen van koolstofdioxide, en het behoud en herstel van bossen wordt beschouwd als een essentieel onderdeel van de wereldwijde klimaatstrategie. Tegelijkertijd wordt er gepleit voor de toepassing van duurzame bosbouwpraktijken om ervoor te zorgen dat de bossen op lange termijn hun rol als koolstofopslag blijven vervullen.

Naast de focus op emissiereductie, richt het Klimaatakkoord van Parijs zich ook op het aanpakken van verlies en schade door klimaatverandering. Dit wordt geregeld door het Warschau Mechanisme voor Verlies en Schade, dat voorziet in hulp voor landen die te maken hebben met de onomkeerbare gevolgen van klimaatverandering, zoals overstromingen, droogtes en stormen.

Een ander belangrijk onderdeel van de uitvoering van het akkoord is het mechanisme voor mondiale evaluatie. Dit houdt in dat er om de vijf jaar een mondiale herbeoordeling van de vorderingen wordt uitgevoerd, waarbij de doelstellingen van het akkoord en de bijdragen van de landen worden geëvalueerd. De eerste herbeoordeling is gepland voor 2023 en zal inzicht geven in de effectiviteit van de wereldwijde inspanningen.

Het Klimaatakkoord van Parijs biedt een juridisch kader voor de wereldwijde klimaatmaatregelen en stimuleert de collectieve verantwoordelijkheid van landen. De flexibele structuur maakt het mogelijk om nationale omstandigheden en capaciteiten in acht te nemen, maar tegelijkertijd wordt de wereldwijde ambitie niet uit het oog verloren. De verscheidenheid aan mechanismen, zoals financiering voor ontwikkelingslanden, vrijwillige bijdragen en technologieoverdracht, versterkt de mondiale samenwerking en maakt de weg vrij voor een duurzamere toekomst.