CO₂ is een broeikasgas dat vrijkomt bij de verbranding van fossiele brand-stoffen zoals steenkool, olie of gas. De langst lopende meetreeks van CO₂ concentraties is beschikbaar voor het Mauna Loa Observatory in Hawaii. Sinds 1960 is de hoeveelheid CO₂ toegenomen van ongeveer 320 naar bijna 420 PPM (2). Hierbij staat PPM voor Parts Per Million, en dat betekent dat in een luchtmengsel met 1 miljoen moleculen er momenteel 420 CO₂ moleculen bijzitten. Een relatief klein aantal dus.
We kunnen de meetresultaten van Mauna Loa omrekenen van PPM naar kilo's door gebruik te maken van de molaire massa's van CO₂ (44 g/mol), een gemiddeld luchtmolecuul (29 g/mol), en zuurstof (O₂, 32 g/mol). Met behulp van deze getallen vinden we een toename van 0.15 g CO₂ per kg droge lucht sinds 1960 tot nu toe (van 0.49 naar 0.64 g/kg). We moeten echter rekening houden met het feit dat de zuurstof die gebonden is in het CO₂ molecuul al in de atmosfeer zat. De massaverhouding koolstof/CO₂ is gelijk aan 12/44. Als we deze fractie gebruiken komen we uit op een massa toename van 0.04 g koolstof per kg droge lucht. Aangenomen dat de gemiddelde wereldwijde luchtdruk in de buurt van 1000 mbar ligt (3), dan levert de extra hoeveelheid koolstof een luchtdrukverhoging op van ongeveer 0.04 mbar over een periode van ongeveer 60 jaar.
Afbeelding door Andreas Habich via Climatevisuals.org
Hoe zit het met andere broeikasgassen? De concentratie van methaan, een gas met een nog veel sterker broeikaseffect dan CO₂, is sinds de wereldwijde industrialisatie met een factor 3 toegenomen en nadert een waarde van 2 PPM (4).
Deze waarde is meer dan een factor 100 kleiner dan de CO₂ concentratie. De geleidelijke toename van de hoeveelheid CO₂ in de atmosfeer heeft een aantal belangrijke gevolgen. Door de interactie van CO₂ met infrarood straling (het broeikaseffect), neemt de hoeveelheid warmtestraling vanuit de atmosfeer richting het aardoppervlak geleidelijk toe. Dit leidt tot een opwarming van de atmosfeer. Opwarming van lucht zorgt voor het uitzetten ervan, en dus voor een grotere omvang. Metingen met weerballonnen laten zien dat de hoeveelheid lucht die zich ruwweg in de onderste 13 km van de atmosfeer bevindt zich met ongeveer 5 m per jaar verder uitstrekt (5). Voor het dagelijkse weer is de luchtdrukvariatie bepalend. Het blijkt dat noordelijke landoppervlaktes zoals Siberië versneld opwarmen. Dit veroorzaakt een verandering in de luchtdrukverdeling die mogelijk samenhangt met een toename van het aantal hittegolven in Europa (6).
Volgens de natuurkundige wet van Clausius-Clapeyron, die stelt dat de maximale hoeveelheid waterdamp toeneemt met de temperatuur, leidt een warmer klimaat tot een toename van de hoeveelheid waterdamp (7). Omdat waterdamp net als CO₂ een sterk broeikasgas is wordt de wereldwijde opwarming hierdoor verder versterkt (8). Daarnaast heeft de verandering in waterdamp belangrijke implicaties op wolkenvorming, en daarmee ook op neerslagvorming (9) en de terugkaatsing van zonlicht (10).
Tot slot leidt verbranding van fossiele brandstoffen tot de uitstoot van stof- en roetdeeltjes, de zogenaamde aerosolen. Deze zijn soms direct zichtbaar in sterk vervuilde steden zoals New Delhi of Beijing (11). Aerosolen verminderen de hoeveelheid zonlicht die het aardoppervlak kan bereiken en zijn daarom belangrijke spelers in het klimaatvraagstuk.