Het broeikaseffect is het globale effect dat ontstaat ten gevolge van de aanwezigheid van gassen in de atmosfeer. Deze gassen zorgen ervoor dat de temperatuur van het aardoppervlak hoger ligt dan op grond van de combinatie van warmte-instraling van de Zon en de interne aardwarmte verwacht kan worden. Zonder het broeikaseffect (en dus alleen verwarming van het aardoppervlak door zonlicht en aardwarmte) zou de temperatuur op Aarde volgens bepaalde theoretische modellen gemiddeld -18°C zijn, thans is zij 15°C. Het effect is genoemd naar de broeikas waar een glazen of plastic overkapping de uitstraling van warmte tegenhoudt en zo de temperatuur in de broeikas laat oplopen.

De temperatuur van het aardoppervlak wordt bepaald door een evenwicht van een aantal factoren. Bijdragen die warmte toevoegen zijn: straling van de Zon die niet meteen wordt teruggekaatst; aardwarmte. Warmte wordt aan het oppervlak onttrokken door: infrarode straling van het aardoppervlak naar het heelal (uitstraling). Andere factoren, zoals de verbranding van fossiele brandstoffen, zijn ten opzichte van in- en uitstraling verwaarloosbaar. De bijdrage van het zonlicht en de afname van de warmte door de uitstraling zijn op een ingewikkelde manier afhankelijk van een aantal omstandigheden: ijs en sneeuw verminderen de hoeveelheid geabsorbeerde zonnestraling en verminderen bovendien de uitstraling; wolken kaatsen zonlicht terug maar hinderen aan de andere kant de uitstraling; broeikasgassen absorberen straling uit beide richtingen, met per saldo een vermindering van de uitstraling (stralingsforcering); stof in de lucht (aërosolen) weerkaatst vooral zichtbaar licht en vermindert dus per saldo de opwarming door de zon, bovendien vergemakkelijkt het de vorming van wolken; sommige stoffen (zoals roet) maken wolken minder reflecterend, andere stoffen (zoals zwaveldioxide) juist méér. Er stelt zich een evenwicht in doordat de uitstraling van infrarood toeneemt bij stijgende temperatuur. De inkomende straling van de zon is van een andere golflengte (veelal zichtbaar licht), dan de uitstraling (veelal infrarode straling). Broeikasgassen absorberen vooral infrarode straling en kaatsen het terug naar het aardoppervlak, maar absorberen minder van de inkomende straling van de zon. Dit verhoogt de evenwichtstemperatuur op de Aarde, en wordt het broeikaseffect genoemd. Voorbeelden van broeikasgassen zijn waterdamp (veroorzaakt 36-70% van het broeikaseffect, wolken niet meegeteld), kooldioxide (CO2, veroorzaakt 9-26%), methaan (CH4, veroorzaakt 4-9%) en ozon (O3, verooraakt 3-7%). Het broeikaseffect veroorzaakt een inversie (omkering) in het temperatuurverloop (dit wordt “gradiënt” genoemd) van de atmosfeer. Zonder broeikaseffect zou de temperatuur gemeten vanaf het aardoppervlak en hoger in de lucht, vrij lineair afnemen; hoe verder van het oppervlak, hoe kouder het wordt. Door het broeikaseffect heeft de aardatmosfeer echter een zogenaamde inversielaag. Deze laag wordt gekenmerkt door een omgekeerd verloop; hoe hoger (verder van de Aarde) men komt, hoe warmer het wordt. Het is deze laag die uitstraling van warmte tegenhoudt en zo als een soort “warme deken” om de Aarde ligt. Overigens gaat de vergelijking tussen een broeikas en het aardse broeikaseffect maar ten dele op. In beide gevallen komt de temperatuur hoger te liggen, doordat de uitstroom van warmte belemmerd wordt en de instroom niet. Het glas van een broeikas deelt weliswaar de eigenschap van broeikasgassen dat het doorlatend is voor zichtbaar licht, maar niet voor infrarode straling, maar een gewone broeikas werkt vooral door het belemmeren van convectie. Dit kan aangetoond worden door een broeikas van een ander materiaal dan glas te bouwen, zodat het ook infrarode straling doorlaat. Ook in deze broeikas zal de temperatuur hoger liggen dan in de omgeving. Ontdekking van het broeikaseffect Het broeikaseffect is in de loop van de 19e eeuw ontdekt door de gecombineerde observaties van drie wetenschappers. In 1827 kwam de Fransman Joseph Fourier met het idee dat de temperatuur alleen verklaard kon worden door onzichtbare warmtestraling. De Engelsman John Tyndall maakte in 1861 resultaten bekend van laboratoriummetingen, waaruit bleek dat waterdamp en gassen als kooldioxide warmtestraling opnamen. Hij dacht dat variaties in die gassen klimaatveranderingen konden verklaren. In 1896 publiceerde de Zweed Svante Arrhenius berekeningen van temperatuurveranderingen op Aarde door variaties in de hoeveelheid kooldioxide. Een verdubbeling leidde volgens hem tot een opwarming van 4 tot 6 graden. Arrhenius wordt dan ook beschouwd als de ontdekker van het versterkte broeikaseffect. Het broeikaseffect op andere planeten Een planeet die een sterk broeikaseffect heeft, is de planeet Venus. Omdat Venus dichter bij de Zon staat dan de Aarde, valt op basis van een verhoogde warmte-instraling een hogere oppervlaktetemperatuur dan op Aarde te verwachten. Het verschil is echter veel groter dan op basis van het verschil in afstand verwacht mag worden, en de oppervlaktetemperatuur van Venus (480°C) is hoger dan die van Mercurius, hoewel Mercurius veel dichter bij de Zon staat. De reden is dat Venus een zeer dichte atmosfeer heeft, die voor het grootste deel uit het broeikasgas CO2 bestaat. Het broeikaseffect is op Venus dan ook zeer sterk. Mercurius daarentegen heeft vrijwel geen atmosfeer, en derhalve ook geen broeikaseffect. De hoeveelheid instraling is op de door de Zon beschenen kant weliswaar erg hoog, maar de uitstraling is ook erg hoog. Hierdoor zijn de verschillen tussen dag- en nachttemperatuur zeer groot (in de orde van +250 en -250 graden Celsius). Op basis van fotos van Mars gemaakt door de Mars Global Surveyor en de NASA Odyssey missie valt af te leiden dat de laatste 3 jaar de CO2-ijskap op Mars krimpt. Het hoofd van St. Petersburg’s Pulkovo Astronomical Observatory, de Russische onderzoeker Habibullo Abdussamatov, stelt in een interviewdat er een verband bestaat tussen de geobserveerde klimaatverandering op Aarde en het smelten van de CO2-ijskap op Mars. Zijn controversiële conclusie luidt dat beide fenomenen dezelfde oorzaak hebben en derhalve de opwarming van de Aarde niet door de mens veroorzaakt kan zijn. National Geographic stelt in dit interview echter zelf dat “het werk van Abdussamatov door andere klimaatwetenschappers negatief beoordeeld wordt”. Berekeningen van Fenton, Geissler en Haberle  lijken inderdaad een alternatieve verklaring te ondersteunen. Het smelten van de CO2-ijskap op Mars zou volgens hen door een positieve feedback-loop van stofstormen te verklaren zijn.

Bron: Wikipedia