De toename van het kooldioxide gehalte in de atmosfeer is antropogeen – Deel 2

Inleiding

In dit artikel gaan we proberen om de kool-dioxide emissie van kiloton (gewicht) om te zetten in ppm = parts per milion (volume). Dit om uit te zoeken of de toename van kooldioxide inderdaad door de mens is veroorzaakt. De emissie van kooldioxide moet dan minstens genoeg zijn om de toename te verklaren. Voor de omzetting van gewicht in volume gebruiken we het begrip molair volume. Dit is het volume dat een mol gas in neemt bij een gegeven druk en temperatuur. Een mol gas is de massa die overeenkomt met de molecuul massa van in dit geval kooldioxide in grammen. We gaan dan ook de kooldioxide emissie die gegeven is in kiloton omrekenen in grammen en deze delen door de molecuul massa van kooldioxide. Dit levert ons de hoeveelheid mol op en dat vermenigvuldigen we dan met het molair volume. Dit volume vergelijken we met de inhoud van het deel van de atmosfeer waarin de kooldioxide emissie plaats vindt en dat is de troposfeer. Dat is een schil die om de Aarde ligt. Als alles goed gaat levert dit ons de kooldioxide emissie op in p.p.m. Dan kunnen we gaan kijken of dit inderdaad genoeg is om de toename van het kooldioxide gehalte van de troposfeer te verklaren. We gebruiken hiervoor eerst de data voor één jaar. Als het voor  één jaar lukt zullen we in het volgend artikel dit ook uitzoeken voor de overige jaren waarover data voor handen is.

Kooldioxide

Op de webpagina van de Wereldbank staat aangeven wat de kooldioxide (CO2 ) emissie is voor het jaar 2013. Dit is een fikse hoeveelheid. De emissie bedraagt 35.848.592 Kiloton. Een kiloton is 1000 ton, een ton is 1000 kilo en een kilo is 1000 gram. Dat is een hoeveelheid van 35,848592 x 10 15 gram. Dit dienen we om te zetten in het aantal mol CO2. Een mol is de hoeveelheid moleculen die gelijk is aan, in dit geval, de molecuul massa van CO2. Deze massa is gelijk aan de atoom massa van koolstof (C) en die is 12g en twee maal de atoommassa van zuurstof (O) en die is 16g. Dit geeft dus een molecuulmassa voor CO2 van 44g. De emissie van CO2 bedraagt dan 0,815 x 1015 mol. Om dit om te zetten in liters moeten we eerst weten wat het molair volume is van CO2 in de troposfeer.

Molair volume

Voor de omzetting van gewicht naar volume gebruiken we het begrip molair volume. Dit is het volume dat een mol gas in neemt bij een gegeven druk en temperatuur. Een mol gas is de massa die overeenkomt met de molecuul massa van in dit geval kooldioxide in grammen. De reken formule voor een ideaal gas is bekend. In een latere paragraaf zullen we bekijken of CO2 onder atmosferische condities een ideaal gas is. Voorlopig zullen we dit gewoon aan nemen. De formule:

Vm = T/P x Na x kB

Vm = Molair volume ideaal gas in m3

T     = Gemiddelde temperatuur troposfeer in K

P     = Gemiddelde druk troposfeer in Pa

Na  = Getal van Avogado en is 6,02 x 1023

kB  = Constante van Boltzmann en is 1,38 x 10-23

en 1 m3 is 1000 l.

Nu hoeven we alleen nog maar de gemiddelde temperatuur en druk van de troposfeer te weten. De temperatuur hebben we al eens berekend in artikel 4 Beperkingen van het Broeikaseffect. Deze is -20ºC. De gemiddelde druk van de troposfeer kunnen we bepalen met een barometrische calculator die ik op het internet heb gevonden. De gemiddelde druk is dan ongeveer 46000 Pa. Hiermee is het niet moeilijk meer om het molair volume voor een ideaal gas in de troposfeer vast te stellen op 45,7 liter.  Hiermee kunnen we het volume van de CO2 emissie vaststellen op  0,815 x 1015 mol x 45,7 l en dat geeft dus een volume van 37,24 x 1015 liter. Deze hoeveelheid vermengt zich met de inhoud van de troposfeer. Nu hebben we alleen nog het volume nodig van de troposfeer.

Volume troposfeer

De troposfeer is de onderste laag van de atmosfeer. Hier speelt zich het weer af en hierin vindt de emissie van kooldioxide plaats. Het is dus de inhoud of volume die nodig van de troposfeer. De troposfeer is een schil die rond het oppervlak van de Aarde ligt. Het oppervlakte van de Aarde is, zo als we al zagen in artikel 1 Het broeikaseffect, gelijk aan 4 x π x r2 . De straal van de Aarde is ca. 6371 km. De hoogte van de troposfeer verloopt van ca. 9 km hoogte op de Polen tot ca. 17 km op de evenaar. Als je dit alles in de rekenformule stopt kom je uit op een volume van de troposfeer van ca. 6,63 x 109 km3. Een km3 is 1000x 1000 x 1000 x 1000 = 1012 liter. Het totaal aantal liters van de troposfeer bedraagt dan 6,63 x 1021 liter. Nu hebben we, eindelijk alle gegevens die nodig zijn om de CO2 emissie in kiloton (gewicht) om te zetten in ppm (volume).

Het resultaat

 Het resultaat van de berekeningen is als volgt: Het volume van de kooldioxide emissie is nu bekend en dat delen we door het volume van de troposfeer. Dus 37,24 x 1015 l delen we door  6,63 x 1021 l en dat geeft 5,61 x 10-6. Dat is dus 5,61 deeltjes per miljoen of te wel 5,61 ppm. De toename van kooldioxide in 2013 kunnen we aflezen uit de tijdreeks van de Keeling curve. Deze bedraagt 2,48 ppm. De emissie is veel groter dan de toename. En dit zou in principe afdoende bewijs moeten zijn. Als wij mensen verantwoordelijk zijn voor de emissie en deze groter is dan de toename van kooldioxide in de troposfeer moet het restant ergens blijven en dat is de rest van de Aarde. Deze neemt netto kooldioxide op en kan dus niet verantwoordelijk zijn voor de toename van kooldioxide in de troposfeer. Deze is echt antropogeen dat wil zeggen door de mens veroorzaakt.

Nog een laatste opmerking. De formule voor de afleiding van het molair volume geldt alleen voor een ideaal gas. Voor echte gassen als kooldioxide in atmosferische omstandigheden is het bruikbaar als benadering. Het echte molair volume zal iets lager liggen. Hoeveel weet ik niet maar het zal niet veel verschil maken. De gemiddelde druk van de troposfeer is vrij laag en dan voldoet de formule redelijk goed. We blijven bij onze aanname. Bij benadering is kooldioxide een ideaal gas. Hiermee is aangetoond dat de toename van kooldioxide in de troposfeer antropogeen is. De meeste klimaatwetenschappers gaan hier van uit. We sluiten ons bij deze meerderheid aan.

Literatuurlijst;

 

Geplaatst in artikel | Tags: , , , | 4 reacties

Mijn paashaas en ik

Er was eens een paashaas
Een mooier exemplaar bestond er niet
Maar nu is hij dood, helaas

Overleden, in stukken gehakt
Een onvoorstelbaar bloed vergiet
Zijn hoofd er finaal afgehakt

Hoe heeft dit kunnen gebeuren?
Midden in de vastentijd, verdriet
Ik zal nog lang om hem treuren

Hij was niet erg aaibaar
Het echter wel onweerstaanbaar
Hij was van chocola…

Geplaatst in gedicht | Tags: | 4 reacties

De toename van het kooldioxide-gehalte in de atmosfeer is antropogeen – Deel 1

Een bewering die vaak wordt gedaan. Maar hoe weten we nu zo zeker dat dit inderdaad zo is? Er is onderzoek gedaan en er zijn allerlei metingen gedaan. Ongetwijfeld is dit het geval en daar heb ik ook nooit aan getwijfeld maar hoe kunnen we nu zo zeker zijn dat de toename van het kooldioxide-gehalte in de atmosfeer antropogeen is, dat wil zeggen door de mens veroorzaakt? Laten we ons eerst bezighouden met de vraag of het CO2-gehalte in de atmosfeer is gestegen? Onderstaand plaatje geeft antwoord op deze vraag.

mlo_full_record

Figuur 1. Het kooldioxide-gehalte in de atmosfeer.

Sinds het begin van de metingen in 1958 is het gehalte aan CO2 in de atmosfeer duidelijk gestegen. Het was ca. 315 parts per miljoen (ppm) en het opgelopen naar ca. 405 ppm. Dit is een stijging van maar liefst 29 %. Maar over de oorzaak van deze stijging kan het plaatje niets zeggen. Ook niet of dit ongekend veel of snel is. Het volgende plaatje kan ons iets meer zeggen over het laatste.

5_2_13_news_andrew_co2800000yrs

Plaatje 2 Het CO2-gehalte in de atmosfeer over de afgelopen 800.000 jaar

De stijging van het CO2-gehalte in de atmosfeer is ongekend. Het is in 800.000 jaar niet zo hoog geweest. Maar ook dit plaatje kan ons niets zeggen over de oorzaken. Misschien dat het volgende plaatje ons wel iets over de oorzaak van deze ongebruikelijke stijging van het CO2-gehalte kan zeggen.

co2-mona-loa-ipcc

Figuur 3.  Aanvullende informatie over CO2 in de atmosfeer.

Uit het bovenste deel van de grafiek blijkt uit metingen dat in dezelfde periode dat het kooldioxide-gehalte van de atmosfeer steeg het zuurstof-gehalte van de atmosfeer daalde. Dat komt overeen met het verbranden van koolstofhoudende materialen. De algemene formule luidt als volgt:

C + O2 -> CO2 + warmte

Dit is de essentie van verbranding van koolstof (C). Je neemt een molecuul zuurstof (O2) en vervangt het door een molecuul kooldioxide (CO2). Het gaat om de warmte. Met behulp van een machine kun je dit nuttig gebruiken voor elektriciteit, verwarming en transport. Dat is waar de meeste (fossiele) brandstof voor wordt gebruikt. We weten nu dat de ongekende stijging van het CO2-gehalte van de atmosfeer samenhangt met verbranding van koolstofhoudend materiaal. Dat kan fossiele brandstof zijn zoals kolen, aardgas en aardolieproducten als kerosine, benzine, diesel en stookolie.

Uit het onderste deel van de grafiek kun je aflezen dat het verbruik van fossiele brandstof in deze periode flink is toegenomen. Ook blijkt dat de verhouding tussen de koolstofisotopen koolstof 12 en koolstof 13 gewijzigd is. Ook dit wordt gezien als een indicatie dat het de mens is die verantwoordelijk is voor de toename van het CO2-gehalte in de atmosfeer.

Maar is de bewijsvoering nu rond? Voor de meeste klimaatwetenschappers vermoedelijk wel. Het is verbazend hoe groot de overeenstemming (consensus) is en was tussen klimaatwetenschappers. In de voorlichtingsfilm uitgebracht door Shell “”Climate of Corcern””bestond die consensus al en dat is alweer 30 jaar geleden. Met andere woorden dit is geen verzinsel van klimaatactivisten als Al Gore en Greenpeace. Hiermee wil ik dit eerste artikel afronden. In het volgende artikel wil ik een poging doen om aan te tonen dat het verbranden van fossiel brandstof ruim voldoende is. Hier toe ga ik proberen om de emissie van kooldioxide in tonnen om te zetten in equivalenten parts per milion (PPM). Dit laatste is een volumemaat. Het is een kwestie van veel rekenwerk en veel werk om dit goed weer te geven.

De film kunt u op deze Climate of Corcern bekijken. Ik kan het u aanbevelen. De film duurt ca. 28 minuten.

Geplaatst in artikel | Tags: , , , , | 2 reacties

Een tweede reeks van artikeltjes

De webmaster van deze blog is voornemens een tweede reeks van artikeltjes te publiceren. Net als de vorige reeks komt ook deze reeks voort uit een verzameling van veelal losse notities die ik de afgelopen maanden heb verzameld in mijn nimmer eindigende speurtocht naar het klimaat en dan met name de klimaatverandering. Deze reeks gaat niet zozeer over het broeikaseffect maar over het broeikasgas kooldioxide ook wel CO2 genoemd.

In het eerste artikeltje gaan we bekijken of het mogelijk is om aan te tonen dat de toename van kooldioxide inderdaad door de mens is veroorzaakt dus antropogeen is. Daarvoor kijken we naar de emissies in gewicht en rekenen dit om naar volume. Zo komen we van tonnen CO2  naar p.p.m.v dat wil zeggen het aantal deeltjes per miljoen. Dat is de eenheid waarin het CO2 gehalte in de atmosfeer wordt weergegeven. Hiervoor gebruiken we het begrip molair volume. Dat is het volume dat 1 mol kooldioxide inneemt onder atmosferische condities.

Het tweede artikel is een poging om te zien of we de toename van het CO2 gehalte in de atmosfeer kunnen beschrijven met een heel simpel model waarin we de CO2 emissies gebruiken en kijken wat er gemiddelde van blijft hangen in de atmosfeer. Dit deel dat blijft hangen wordt ook wel de airbornfractie genoemd. We zullen kijken of het model goed voldoet. Dat wil zeggen goed genoeg om een derde artikel hier aan toe te voegen.

In het derde artikel worden een aantal scenario’s verkend over mogelijke CO2-emissies en hoe zich dit vertaald naar het toekomstige CO2 gehalte van de atmosfeer voor veel genoemde tijdstippen als halverwege deze eeuw en het einde van deze eeuw. De scenario’s zijn doorgaan zoals het de afgelopen zestig jaar is gegaan, beperking van de emissies op huidig hoog niveau en een schatting van wat nodig is om de stijging van het CO2 gehalte tot staan te brengen. Omdat, zoals in de reeks artikeltjes over het broeikaseffect is aangetoond, kooldioxide een broeikasgas is, zal een stijging van het CO2 gehalte leiden tot een verdere temperatuurstijging. Althans daar is 97 tot 99 procent van alle klimaatwetenschappers van overtuigd en wie ben ik om dat niet te vinden.

Dit is de reeks die ik het komende halfjaar hoop te publiceren. Je moet er wel de tijd en gelegenheid toe hebben. Tot nu toe is dit redelijk gelukt.

Geplaatst in artikel, opmerking | Tags: , , | 2 reacties

Zoals belooft een nieuw gedicht.

Op de vlucht!

Exoten uit ontheemde landen
Neerstrijkend op vreemde stranden
Ze trekken in grote getale
Geruchten doen zingend hun verhalen

Ze overtreden grenzen en wetten
Kan dan niemand dit beletten
Sommigen kunnen niet eens vliegen
Ze doen niets dan liegen en bedriegen

OK, ze zijn dan op de vlucht
te land, te zee en door de lucht
Maar bij God en al zijn geboden
Dit is toch hartstikke verboden

Wat moeten we toch met al die vogels
Trakteer ze op schroot, haat en kogels
Aldus sprak de borreltafelende man.

Mijn inzending voor de Willem Wimink dichtwedstrijd 2016

 

Geplaatst in gedicht | Tags: , , | 1 reactie

Opmerking en tip

Een opmerking over hoe mijn teksten op de weblog tot stand komen en een tip hoe het vooral niet moet. Ik maak de teksten aan met de tekstverwerker van Open Office, een soort van Microsoft Office. Dit werkt op zich heel goed maar niet als je de teksten op de weblog wilt plaatsen. Dan is het niet erg handig. De teksten dien ik vervolgens namelijk over te zetten naar mijn weblog en dat gaat bepaald niet foutloos. Zo worden er massa’s opmaaktags mee gestuurd. Vooral de tabellen zitten er vol mee. Iedere cel is er van voorzien. Dit moet allemaal weer handmatig verwijderd worden. Heel tijdrovend. Een ander nadeel is dat de teksten zoals aangemaakt met Office niet identiek zijn met de weblog. Als je ook maar iets aanpast en dat gebeurd vrij vaak lopen ze uit de pas. Dus een goede tip voor iedereen die van plan is om uitgebreide teksten op de weblog te plaatsen. Maak ze aan in de editor van WordPress. Dan heb je maar één versie. Ook al is de editor van WordPress als tekstverwerker vrij beperkt.

Geplaatst in opmerking, tip | Tags: , | 1 reactie

Inhoudsopgave artikeltjes over het broeikaseffect

Inleiding het broeikaseffect

Artikel 1 Wat is het broeikaseffect

  • Inleiding
  • Hoe komen we op het idee dat er een broeikaseffect zou bestaan?
  • Wat zijn de ingaande en uitgaande energie voor de aarde?
  • Is er sprake van een evenwicht in het geval van een grey body?
  • Wat is de albedo van de Aarde?
  • Conclusie

Artikel 2 Het natuurlijk broeikaseffect

  • Inleiding
  • Beweringen over broeikasgassen
  • Aannames
  • Onderzoeksopzet
  • Resultaten onderzoek
  • Conclusies

Artikel 3. De mogelijkheden van het antropogeen versterkt broeikaseffect

  • Inleiding
  • Opwarming
  • Mechanisme
  • Reconstructie pre-industriële energie balans
  • De toename van backradiation verklaard
  • Draagt afvalwarmte bij aan de opwarming
  • Voorspellingen over de opwarming
  • Conclusies
  • Eindconclusie van dit artikeltje

Artikel 4. De beperkingen van het antropogeen versterkt broeikaseffect

  • Inleiding
  • Punt 1. Het netto versterkt broeikaseffect
  • Punt 2. Backradiation is niet gelijk aan het broeikaseffect
  • Punt 3. De pre-industriële energiebalans
  • Conclusies
Geplaatst in artikel, inhoud | Tags: , , , , | 1 reactie