Zeeleven koelt het klimaat

Om een wolk te vormen heb je condensatiekernen nodig. Dit zijn zwevende deeltjes in de lucht (aerosolen) die waterdamp in de lucht aan zich binden. Als de luchtvochtigheid 100 procent is, condenseert de waterdamp en vormt zodoende een wolkendruppel. Er zijn veel verschillende soorten aerosolen die als condensatiekernen kunnen dienen. Ze kunnen van natuurlijke oorsprong zijn of ontstaan als gevolg menselijke activiteiten. Bij de verbranding van fossiele brandstoffen en bij veeteelt bijvoorbeeld worden gassen als zwaveldioxide en stikstofoxides uitgestoten die in de atmosfeer reageren tot sulfaat- en nitraat-aerosolen. Boven zee zijn de belangrijkste natuurlijke aerosolen kleine zeezoutdeeltjes uit opspattend zeewater al dan niet vermengd met organische stoffen uit plankton en microalgen en aerosolen die door chemische reacties in de atmosfeer ontstaan uit het gas dimethylsulfide. 

Fytoplankton en dimethylsulfide 

Fytoplankton in de oceaan produceert dimethylsulfide, een zwavelhoudend gas. Dit gas reageert in de atmosfeer tot sulfaat-aerosolen en MSA-aerosolen (afbeelding 1). Beide dienen als condensatiekernen en beïnvloeden de eigenschappen van de wolken die boven de oceanen ontstaan. Uit metingen blijkt dat hoe meer aerosolen aanwezig zijn, hoe kleiner de wolkendruppeltjes. De reacties zijn ingewikkeld, maar kunnen tegenwoordig in klimaatmodellen redelijk nauwkeurig worden doorgerekend. 

Ruim 70 procent van de aarde is bedekt met oceanen. Het oceaanwater neemt het grootste deel van het zonlicht dat erop valt op, slechts 5 tot 6 procent wordt gereflecteerd. Een wolk reflecteert veel meer zonlicht, al snel zo'n 50 procent. Dus wolken boven zee hebben een sterk koelend effect op het klimaat doordat ze zoveel meer zonlicht reflecteren dan het wateroppervlak. En naarmate de wolk meer kleine druppeltjes bevat, is de reflectie sterker. Aerosolen versterken op die manier het koelend effect van wolken. Dit heet het Twomey-effect, genoemd naar Sean Twomey die het effect voor het eerst beschreef in 1974. Het effect van sulfaat-aerosolen uit DMS op de gereflecteerde zonnestraling kan groot zijn, vooral in die gebieden boven de oceaan met schone lucht waar aerosolen alleen afkomstig zijn uit de zee. Dat is bijvoorbeeld het geval in de zuidelijke oceanen waar volgens studies het in de zomer 10 Watt per vierkante meter meer reflectie kan betekenen. Dat is genoeg om een laag water van 1 meter diep in minder dan 5 dagen 1 graad in temperatuur te doen stijgen. 

Complex web van interacties 

Het klimaat op aarde is het resultaat van een wonderlijk web van interacties. Fytoplankton, microscopisch kleine, plantachtige organismen, die leven in het bovenste verlichte deel van de oceaan, hebben via wolken een niet verwaarloosbaar koelend effect. Het wereldwijde koelende effect van fytoplankton via het Twomey-mechanisme is waarschijnlijk rond 1 Watt per vierkante meter, maar precisie ontbreekt en de onzekerheid is hoog.  

Klimaatmodellen laten in het algemeen een te warme Zuidelijke Oceaan zien omdat ze te weinig zonlicht door wolken laten terugkaatsen (afbeelding 2). Dit komt vooral doordat aerosol–wolkeninteracties en de verhouding tussen ijs en water in wolken in dit gebied niet realistisch worden gerepresenteerd. Hierdoor zijn de lage wolken te donker en te transparant in vergelijking met de waarnemingen. Model­experimenten laten zien dat een betere representatie van aerosolen boven zee (zoals DMS-sulfaat) leidt tot wittere wolken en meer reflectie van zonlicht waardoor de temperatuur van de Zuidelijke Oceaan beter overeenstemt met de waarnemingen. En dat leidt tot betrouwbaardere projecties van het toekomstige klimaat. 

KNMI-klimaatbericht door Kasper Gerritsen en Frank Selten