Wolken: de grootste wildcard van het klimaat

De twee gezichten van wolken

Hoe het kan dat wolken zowel de aarde warm kunnen houden als af kunnen koelen, heeft alles te maken met het type wolk, en daarmee dus ook de hoogte waarop die voorkomt en de samenstelling ervan. Zo koelt laaghangende bewolking, zoals stratus en cumulus, de aarde af. Dit heeft alles te maken met het feit dat ze vrij dik en wit zijn, waardoor meer zonlicht wordt weerkaatst richting de ruimte. Minder zonlicht kan dan het aardoppervlak bereiken, met als gevolg dat het minder wordt opgewarmd.

Maar kijken we naar wolken hoger in de atmosfeer, zoals cirrus, dan wordt het verhaal anders. Cirruswolken bestaan namelijk volledig uit ijskristallen en laten daarmee veel zonlicht door. Ze hebben dan niet het afkoelende effect zoals hun collega’s op lagere hoogte. Sterker nog, het zijn de cirruswolken die de aarde warm houden. Cirruswolken nemen warmte namelijk goed in zich op, met als gevolg dat ze dienen als een dekentje over de aarde.

De stralingsbalans van de aarde. Zoals te zien reflecteren wolken een aanzienlijk deel van de binnenkomende zonnestraling. De overige zonnestraling raakt het aardoppervlak, waar het wordt omgezet tot warmte. Veel van deze warmte wordt opgenomen door de atmosfeer, waar het effect van de wolken al bij meegerekend is (bron: NASA).

Het hoofdpijndossier van klimaatmodellen

De bovenstaande tegengestelde effecten van wolken zorgen er onder andere voor dat het lastig is om te begrijpen hoe wolken nu precies het klimaat beïnvloeden. Zo kan een kleine verandering in de hoogte of samenstelling van de wolk grote gevolgen hebben op de hoeveelheid inkomende zonnestraling, en dus ook op de mate waarmee het aardoppervlak wordt opgewarmd. 

Maar er is nog een ander kenmerk van wolken dat tot kopzorgen leidt bij klimaatwetenschappers. Globale klimaatmodellen maken namelijk berekeningen op een schaal van tien tot honderd kilometer. Voor een gebied met deze grootte is de uitkomst dan exact hetzelfde. Op wereldwijde schaal is dit al veelzeggend, maar hiermee wordt het bijzonder lastig om de processen binnen de wolk mee te nemen. Wolken ontstaan namelijk op een schaal van meters tot kilometers. Omdat dit op veel kleinere schaal gebeurt dan waar klimaatmodellen mee rekenen, moeten deze processen versimpeld worden. Dit brengt uiteindelijk grotere onzekerheden met zich mee.

De invloed van de mens op wolken

Ondanks deze uitdagingen binnen de klimaatmodellen, kunnen we toch veranderingen zien in de wolken door het toedoen van de mens. We zien namelijk dat de wolken helderder en witter worden. De oorzaak hiervan is de uitstoot van kleine deeltjes, zogenoemde aerosolen.

Deze aerosolen zijn hard nodig bij het vormen van een wolk. Waterdeeltjes hebben namelijk een oppervlak nodig waaraan ze zich kunnen hechten en uit kunnen groeien tot een waterdruppel of ijskristal. Zonder het oppervlak wordt het voor waterdeeltjes heel lastig om samen te klonteren. En sinds de Industriële Revolutie is het aantal aerosolen in de atmosfeer explosief toegenomen. Vergeleken met tweehonderd jaar geleden is het aantal aerosolen namelijk verdubbeld of zelfs verdrievoudigd door toedoen van de mens!

De vorming van waterdruppeltjes, die samen een wolk vormen. Hierbij stellen de groene deeltjes zeezout voor, die in de atmosfeer terecht zijn gekomen via de wind en dienen als aerosolen. De waterdeeltjes hechten zich aan het zeezout, waardoor ze verder kunnen groeien tot een druppel (bron: NASA).

Hiermee zijn er meer aerosolen in de atmosfeer waaraan waterdeeltjes zich kunnen hechten, wat uitmondt in wittere wolken. Als er wittere wolken in de atmosfeer zijn, kan dat gedeeltelijk de opwarming van de aarde verzachten. De mate van afkoeling is echter enorm onzeker doordat wolken zo complex zijn. De vorming van een wolk is immers afhankelijk van vele factoren.

Omdat wittere wolken kunnen leiden tot een minder snelle opwarming van de aarde, stoeien wetenschappers met het idee om kunstmatig de wolken dikker (en dus witter) te maken. Het zou een effect kunnen hebben, maar hierdoor veranderen neerslagpatronen ook. Daarbij zou de ozonlaag ook aangetast kunnen worden, terwijl deze ons juist beschermt tegen schadelijke UV-straling van de zon. Het beste blijft dan ook om het probleem bij de bron aan te pakken en de uitstoot te verminderen. Waarom zouden we namelijk een enorm onzeker onderdeel van het klimaatsysteem gebruiken om de aarde af te koelen, terwijl we al zeker weten waar de opwarming door wordt veroorzaakt?