Verkoelende werking fijnstof in de atmosfeer

20/03/2024, Michelle Rekers

Op 8 februari vierden Nederlandse onderzoekers in Florida de lancering van hun nieuwe meetinstrument, SPEXone, aan boord van een klimaatsatelliet. SPEXone is ontworpen om het effect van fijnstofvermindering in de atmosfeer te onderzoeken. In het verleden is fijnstof vooral negatief in het nieuws geweest vanwege de negatieve gezondheidseffecten en vervuilende werking. Echter kunnen de meetresultaten van SPEXone inzicht brengen in de positieve effecten van fijnstof, namelijk de verkoelende werking ervan op ons klimaat.

Fijnstof werkt als een soort zonnebrandcrème met dubbele bescherming. Ten eerste weerkaatst het zonlicht terug de ruimte in, in tegenstelling tot broeikasgassen die het zonlicht absorberen en vasthouden op aarde, vergelijkbaar met pigment in de huid. Ten tweede bevordert fijnstof de vorming van wolken door als aanhechtpunt te dienen voor waterdamp, waardoor zich wolken vormen die fungeren als een extra beschermende laag tegen de zon. Het verwijderen van deze verkoelende stoffen kan dus een temperatuurstijging veroorzaken.

Weerkaatsing van zonlicht door fijnstof en wolken, aangepast van Cornell universiteitsbibliotheek

Vanaf de zogenaamde ‘zonnebrandcrème’ kaatsen de zonnestralen terug de ruimte in, waar SPEXone ze weer opvangt. Het meetinstrument hangt onderaan de satelliet waarop die meevaart. SPEXone heeft sensoren die de lichtintensiteit opvangen naar de aarde gericht op hoeken van 0°, ±20° en ±50°. De nauwkeurigheid waarmee hij details oppikt is ongeëvenaard.

Over de verwachte effectgrootte wordt nog volop gespeculeerd. Volgens het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) is fijnstof de grootste onzekerheidsfactor bij het bepalen van de menselijke invloed op de versterking of verzwakking van de zonnestraling. Binnen het team van de Nederlandse onderzoekers die SPEXone hebben ontwikkeld, geeft hoofd aardobservatie bij ruimteonderzoeksinstituut SRON Aaldert van Amerongen in een eerder interview met de NOS aan dat zij een verkoelend effect van 2 °C verwachten. Dit is een significant effect voor onze fragiele Aarde. Ter referentie, de gemiddelde temperatuur op aarde is momenteel slechts 7 °C warmer dan tijdens de laatste ijstijd. Temperatuurverschillen van een paar graden kunnen daarom een grote impact hebben.

Klimaatfysicus Dr. Claudia Wieners van het atmosferisch onderzoeksinstituut van de universiteit van Utrecht twijfelt over van Amerongens voorspelling. Ze zou het effect eerder inschatten op 0.5 °C tot 1 °C op basis van de hoeveelheid zonlicht die het IPCC nu schat dat er in en uit de aarde gaat. In haar berekening neemt ze aan dat de verkoeling door fijnstof niet opweegt tegen de opwarming door broeikasgassen. De aarde warmt immers op. Ter referentie voor Dr. Wieners’ voorspellingen, de IPCC doelt erop om onder de 1,5 °C opwarming te blijven. Dr. Wieners haalt het voorbeeld aan van eerdere metingen na een vulkaanuitbarsting waarbij veel fijnstof (specifiek SO₂) in de atmosfeer werd gebracht, wat resulteerde in een verkoeling van 0.4 °C.

Zulke natuurlijke bronnen zoals vulkanen en stofstormen dragen bij aan de aanwezigheid van fijnstof in de atmosfeer, terwijl menselijke activiteiten zorgen voor een onnatuurlijke toevoeging via uitstoot. Fijnstof omvat diverse kleine deeltjes, waaronder roet, pollen, metalen en stof. Deze deeltjes worden vaak samen met broeikasgassen uitgestoten, zoals koolstofdioxide (CO₂), methaan (CH₄) en lachgas (N₂O). Hoewel deze stoffen van nature voorkomen in de atmosfeer, heeft menselijke activiteit de hoeveelheden ervan verhoogd.

Toch zijn er niet alleen voordelen aan fijnstof. Te grote hoeveelheden fijnstof kunnen leiden tot schadelijke effecten. Zo leidt smog tot luchtweg- en hartaandoeningen en mogelijk zelfs tot vroegtijdige sterfte. We moeten dus niet te vroeg beginnen met fijnstof uitstoten om het klimaatprobleem te temperen als SPEXone inderdaad vaststelt dat fijnstof de wereldwijde temperatuur misschien 2 °C verkoelt. In beleidsplannen moet namelijk wel een afweging worden gemaakt tussen het laten zitten van fijnstof om temperatuurstijging te voorkomen en de publieke gezondheid. Daarom stellen de Nederlandse onderzoekers van SRON in een NOS-artikel voor om fijnstof tegelijkertijd met broeikasgassen te verwijderen uit de lucht, zodat broeikasgassen geen vrij spel krijgen.

Een tweede probleem met fijnstof is dat het uit de atmosfeer kan regenen wanneer het wolken vormt. Zoals eerder benoemt vormt fijnstof samen met waterdamp wolken, wat uiteindelijk neerdaalt als regen. Wanneer dat gebeurt, vervuilt fijnstof de grond en vervaagt een beetje van het zonnebrandcrème-effect van fijnstof op de aarde.

Dit probleem doet zich volgens Dr. Wieners significant minder voor wanneer de fijnstof boven de wolken zweeft in de zogenaamde stratosfeer (zie de afbeelding hieronder). Daar regent het niet zo snel uit, waardoor het gewenste effecten wordt bereikt zonder aanzienlijke schadelijke effecten. Helaas komt fijnstof uit de uitstoot van de mens voornamelijk op wolk-niveau. De opvatting dat onze uitstoot ook verkoelende kanten heeft, klopt daarom niet helemaal.

Verschillende lagen in de atmosfeer, aangepast van NOAA Satellite (2016).

Als derde fijnstof-gerelateerde probleem bemerkt dr. Wieners dat indien SPEXone een groter koelend effect van fijnstof blijkt te vinden dan we aanvankelijk dachten, dit tot de opvatting kan leiden dat deze sterke zonnebrandcrème ons meer speling geeft wat betreft de hoeveelheid CO₂-uitstoot. Deze opvatting klopt absoluut niet. Sterker nog, een dergelijk resultaat zou betekenen dat we sneller CO₂  terug moeten dringen om op te boksen tegen de verdwijning van fijnstof uit de atmosfeer. “We moeten doorgaan met CO₂-vermindering alsof we niet van de verkoelende werking van fijnstof weten” zegt Dr. Wieners.

Wat betekent het onderzoek van SPEXone dan eigenlijk als we het toch negeren? Nou, vertelt Dr. Wieners, het is een stukje van de grote klimaatpuzzel. Deze meetwaarden dragen bij aan de precisie van klimaatmodellen en aan onderzoek naar manieren om fijnstof slim in te zetten om de wereldwijde temperatuur te drukken. Zo draagt uitstoot niet direct bij, maar als we de zonnebrandcrème van fijnstof efficiënt en veilig boven de wolken kunnen smeren, biedt dit mogelijkheden. Omdat fijnstof wel vervuilend is, en dit een onnatuurlijke plaatsing van fijnstof zou zijn, is de wetenschap hiernaar erg controversieel en streng gecontroleerd.

Voor nu is SPEXone dus al een welkome stap vooruit. Terwijl we balanceren tussen het streven naar afkoeling en het vermijden van schadelijke effecten, dienen we vastbesloten voort te gaan met het reduceren van CO₂ alsof we nooit op de verkoelende werking van fijnstof hebben gerekend. Het is cruciaal om fijnstof tegelijkertijd met broeikasgassen te verminderen, terwijl we blijven streven naar een duurzamere toekomst die gebaseerd is op zowel wetenschap als verantwoordelijkheid voor de gezondheid van mens en natuur.