Wat is de invloed van de kleur van het aardoppervlak op de opwarming van de aarde?

Albedo als de maat voor kleur

De kleur van de aarde bepaalt welke fractie van de inkomende kortgolvige zonnestraling direct wordt teruggekaatst naar de ruimte. Deze fractie heet in het vakjargon het albedo. De fractie die niet wordt teruggekaatst is beschikbaar in het aardsysteem voor het opwarmen van de lucht, het verdampen van water en voor biochemische processen. Elk soort oppervlak heeft zijn eigen typische albedo (zie Figuur 1 voor een wereldkaart op het moment van schrijven). Opvallend is dat de oceanen duidelijk het donkerst zijn, en dat de bossen daarop volgen. Landbouwgronden en graslanden zijn iets lichter, net als de zandwoestijnen. Zodra er sneeuw en ijs aan te pas komt, zoals in de toendra’s op het noordelijk halfrond, Groenland, of Antarctica, dan beweegt het albedo hard richting de 100%.

Figuur 1: Het albedo van de aarde op 18 December 2021 volgens ECMWF.

De oceaan is het meest effectief in het opnemen van zonnestraling, maar ook bossen hebben een laag albedo en nemen daarom veel warmte op. De lichtste oppervlakten die we op aarde vinden hebben een sneeuwbedekking, met als vuistregel hoe verser de sneeuw, hoe hoger het albedo.

De kleur van het aardoppervlak kan een rol spelen in de globale opwarming van de aarde, wanneer het albedo verandert. Dit kan door twee manier gebeuren, namelijk door de mens gedreven landgebruiksveranderingen, of door terugkoppelingsmechanismen in het aardsysteem. In de eerste categorie is ontbossing de dominant, in de tweede categorie speelt de ijs-albedo-terugkoppeling een belangrijke rol.

Verstedelijking

Voordat deze twee categorieën in detail besproken worden, is het goed om kort stil te staan bij urbanisatie (verstedelijking). Wat betreft het lokale leefklimaat heeft urbanisatie een groot effect op temperatuur, door donker asfalt, weinig vegetatie, en gebouwen die warmte vasthouden. In het globale plaatje spelen deze effecten (nog) een kleine rol, omdat het deel van het aardoppervlak met stedelijke bebouwing beperkt is in vergelijking tot het deel dat met bossen bedekt is.

Ontbossing

Het kappen of verbranden van bos om (met name) landbouwgrond te creëren leidt in de eerste plaats tot een albedoverhoging, maar ook tot een verandering in het koolstofbudget, omdat bossen grote opnemers van CO₂ zijn [2]. In de tropen leidt het vrijkomen van deze CO₂ tot een opwarming die groter is dan de koeling door albedoverhoging [2, 4]. In de grote en uitgestrekte boreale naaldbossen is de albedoverhoging dominant [3]. Dit komt voor een belangrijk deel doordat onder wintercondities donkere bossen plaats maken voor lichte sneeuwvlakten. Daarnaast is een boreaal naaldbos in vergelijking tot tropisch bos maar een deel van het jaar actief in CO₂-opname. Naast de competitie tussen albedoverhoging en het verliezen van CO₂-opname, spelen bossen ook een rol in de vorming van wolken. Deze rol is complex en een onderwerp van actief onderzoek, en daarom momenteel nog moeilijk te kwantificeren. Zo verhogen lage wolken het albedo, wat een licht verkoelend effect geeft. De albedoverhoging door hoge wolken, wordt juist weer gecompenseerd door de extra thermische straling die door deze wolken wordt vastgehouden.

Afbeelding door Lum3n via Pexels

Smelten van sneeuw en ijs

In de tweede categorie is verlaging van het albedo door het smelten van sneeuw en ijs belangrijk. De opwarming van de atmosfeer door broeikasgassen leidt tot het smelten van land- en zee-ijs, en kan tot gevolg hebben dat winterse sneeuw later valt en eerder smelt. Dit leidt tot een verlaging van het jaargemiddelde albedo, omdat het onderliggende land of de onderliggende zee donkerder is. Dit effect is sterk op het noordelijk halfrond, omdat de arctische gebieden grotendeels uit zee bestaan en omdat er in Canada en Rusland grote landmassa’s zijn met sneeuwdek in de winter. Op het zuidelijk halfrond is dit effect beperkt omdat Antarctica grotendeels met ijs bedekt is, en het smelten daarvan een beperkt effect op het albedo heeft.

Conclusie

De balans van alle kleurveranderingen in het landschap valt uit in het voordeel van de eerste categorie (ontbossing). Alle veranderingen samen hebben ervoor gezorgd dat de aarde een kleine afkoeling van ongeveer 0,15 W/m2 ten gevolge van albedoveranderingen heeft ondergaan sinds 1750 [1]. Deze verandering is echter beperkt naast de totale toename in de energie aan het aardoppervlak van 2,72 W/m2 die we sinds 1850 ervaren [1].