Het broeikaseffect en de stralingsbalans van de aarde - v456 - kopie 1

Het broeikaseffect en de stralingsbalans van de aarde

Introductie

Het leven op aarde heeft alleen kunnen ontstaan dankzij verschillende systemen die naadloos op elkaar aansluiten. Je hebt zonlicht nodig voor licht en warmte, gassen in de dampkring om te kunnen ademen en te groeien en een natuurlijk broeikaseffect om te voorkomen dat het te koud op aarde wordt. Die onderlinge afstemming noemen we ook wel de stralingsbalans van de aarde.

In deze les bekijken jullie hoe die onderlinge afstemming er uitziet. Daarbij onderzoeken jullie of door menselijk ingrijpen die balans gevaar loopt of niet.

Oriëntatie

De centrale vraag is: hoe is de stralingsbalans van de aarde tot stand gekomen? Wat betekent het als die balans een onbalans wordt?

Daarbij kijken jullie naar het natuurlijk broeikaseffect en de nadelige gevolgen van het versterkte broeikaseffect. Bij dit versterkte broeikaseffect speelt de mens een kwalijke rol. Wat zijn de gevolgen en welke oplossingen zijn mogelijk? En wat kun jij daar zelf aan doen?

Kernbegrippen
Albedo-effect, Atmosfeer, Klimaatverandering, Natuurlijk broeikaseffect, Stralingsbalans, Energiebalans, Versterkt broeikaseffect

Eindproduct + beoordeling
Aan het einde van deze les maak je enkele eindtoetsvragen of schrijf je een open brief naar Shell.

 

 

Vooraf

Activiteiten:

Stap Groepsgrootte Activiteit Tijd
Voorkennis Alleen Kennisbank bestuderen 0,2 uur
Stap 1 Alleen De atmosfeer en broeikasgassen 0,2 uur
Stap 2 Alleen Stralings- en energiebalans 0,2 uur
Stap 3 Alleen Klimaatverandering: natuurlijke oorzaken 0,2 uur
Stap 4 Alleen Het versterkte broeikaseffect 0,2 uur
Stap 5 Alleen Gevolgen en oplossingen 0,2 uur
Stap 6A Alleen Eindtoets 0,2 uur
Stap 6B Alleen Eindopdracht 0,5 uur

Voorkennis

Bestudeer uit de kennisbank aardrijkskunde:

KB: Klimaatverandering

Klik op de knop om de oefening te maken

Instaptoets:Het broeikaseffect en de stralingsbalans van de aarde

Stap 1 - De atmosfeer en broeikasgassen

Onze planeet is verpakt in een laag van gassen, de atmosfeer of dampkring. Die laag is zo’n 1000 kilometer dik. Zonder deze laag zou het leven op aarde onmogelijk zijn.

De atmosfeer bevat de zuurstof (O2) die we inademen en de kooldioxide (CO2) die planten nodig hebben om te groeien. Dit zijn niet de enige gassen in onze atmosfeer. De atmosfeer bestaat uit:

  • 78,08%   stikstof
  • 20,95%   zuurstof
  • 0,93%    argon
  • 0,038%   kooldioxide
  • 0,002%   overige gassen als helium, krypton, lachgas, methaan, neon, ozon, waterdamp en xenon.

Sommige gassen noemen we broeikasgassen, gassen die warmte vasthouden. De belangrijkste broeikasgassen zijn waterdamp, koolstofdioxide, methaan, distikstofmonoxide of lachgas en ozon. Deze gassen zorgen voor het natuurlijke broeikaseffect. Zonder dit broeikaseffect zou het op onze planeet te koud zijn om te overleven, zie het YouTube-filmpje van Climate Challenge:


 

De afbeelding hieronder vat de stappen nog eens samen:
De zonnestralen die de aarde van de zon ontvangt zijn kortgolvige stralen, die energie omzetten in licht en warmte. Je kunt de zon vergelijken met een gloeilamp; die lamp geeft licht, maar wordt ook te heet om met je handen vast te pakken.

Meer dan de helft van de kortgolvige stralen worden gereflecteerd door de atmosfeer en door het aardoppervlak (de stappen 1 en 4 hierboven). Die reflectie of weerkaatsing door het aardoppervlak heet het albedo-effect. De albedo van de aarde is het weerkaatsingsvermogen. Die reflectie geven we aan met waarden tussen 0 en 1, waarbij 0 staat voor een zwart, niet-reflecterende oppervlakte en 1 staat voor totale reflectie van een wit oppervlakte. De albedo wordt ook gemeten als percentage met een maximum van 100%.

De albedo heeft ook te maken met warmte. Je ziet dat goed aan het zwarte asfalt dat warmte vasthoudt.
Albedo in cijfers  
Verse sneeuw of vers ijs 80-95%
Oude smeltende sneeuw 40-70%
Wolken 40-90%
Woestijnzand 30-50%
Grondaarde 5-30%
Toendra 15-35%
Grasland 25-30%
Bos 10-20%
Water 6-60%



De warmte boven het (zwarte) asfalt zorgt voor een luchtspiegeling

Omdat grote stukken van de aarde veel licht reflecteren (water, ijskappen, wolken) heeft de aarde een relatief grote albedo (30-35%). De maan heeft door zijn vulkanisch gesteente een albedo van maar 7%. Door menselijk ingrijpen (bijvoorbeeld de grootschalige boskap) wijzigt de albedo van de aarde.

  1. Waarom hebben proftennissers meestal een licht T-shirt aan en nooit een donker T-shirt?
  2. De albedo van de aarde is in de geschiedenis vaker veranderd. Noem een voorbije periode waarin de albedo van de aarde groter is geweest dan nu.

Stap 2 - Stralings- en energiebalans

We kijken nog een keer naar het natuurlijk broeikaseffect en de afbeelding hierboven. Je weet al dat zonnestralen als energie met kortgolvige stralen het aardoppervlak bereiken.
De enorme hitte van de zon veroorzaakt, naast zichtbaar licht, ook korte-golfstraling als röntgen en ultraviolet. Die straling gaat vrij eenvoudig door de dampkring en bereikt de aarde, die daardoor wordt opgewarmd.
De aarde wordt warmer en gaat daardoor ook straling uitzenden. Maar de aarde is veel kouder dan de zon en de straling is vooral infrarood. Straling die wordt tegengehouden door de broeikasgassen.

Het verschil tussen de inkomende zonnestraling en de uitgaande aardse straling noemen we de stralingsbalans van de aarde. Over het geheel genomen is de verhouding tussen inkomende en uitgaande straling in balans. Als dat niet het geval zou zijn, zou de aarde voortdurend warmer of kouder worden. Je ziet hierboven dat het aardoppervlak meer straling afgeeft (stap 5) dan het ontvangt (stap 3), maar dit tekort wordt gecompenseerd door het broeikaseffect (stap 7). Ook binnen de atmosfeer is er een evenwicht. Het aardoppervlak straalt meer langgolvige straling uit dan het kortgolvige straling van de zon absorbeert. Maar dit tekort wordt opnieuw gecompenseerd door het broeikaseffect: de golven en warmte worden meermalen heen en weer weerkaatst tussen atmosfeer en aarde. Het broeikaseffect is de grote motor van het klimaat van de aarde. Zonder het broeikaseffect zou het gemiddeld 33oC. kouder zijn op aarde!

De uitwisseling van straling met de ruimte is een fundamenteel proces binnen ons klimaatsysteem. De aarde ontvangt energie van de zon en verliest energie naar de ruimte door infrarode straling. Deze energiebalans beschrijft de energiestromen.
Onderstaande illustratie is afkomstig van de KNMI-website en geeft deze warmtehuishouding (in Watt/m2)van de aarde weer.



De energiebalans is van groot belang voor het klimaat op aarde want:

  • De gemiddelde temperatuur op aarde wordt er door bepaald;
  • Aan de evenaar ontvangt de aarde netto energie, terwijl ze aan de polen netto energie verliest. Dit verschil is de grondslag voor de algemene circulatie in de oceanen en in de atmosfeer, dus voor weer en klimaat.
  • De aarde ontvang iets meer energie dan ze verliest en dat is de bron van de klimaatverandering.

 

 

Stap 3 - Klimaatverandering: natuurlijke oorzaken

De aarde is al 4,6 miljard jaar oud. In die tijd heeft de aarde al veel klimaatveranderingen gekend die voortkomen uit wijzigingen in de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer en wijzigingen in de albedo van het aardoppervlak. Denk aan de ijstijden (met een hoger albedo dan nu) en de tijd van de dinosauriërs (150-65 miljoen geleden) toen er geen ijs lag op de Zuidpool (met een lager albedo dan nu).

Voor die klimaatveranderingen zijn er diverse natuurlijke oorzaken aan te wijzen.

  • Zonneactiviteit: schommelingen in de hoeveel zonnestralen die de aarde bereiken. Invloed is beperkt.
  • Vulkanische activiteit: vulkanen kunnen door grote uitbarstingen het klimaat beïnvloeden. Als stof en zwaveldeeltjes in de atmosfeer terecht komen, houden ze zonlicht tegen en wordt het kouder.
  • Meteorietinslagen: een inslag van een forse meteoriet kan het klimaat vrij abrupt veranderen. De inslag gaat gepaard met een enorme vervuiling van de atmosfeer door stof, rook en roet. Dat kan het zonlicht jaren tegenhouden.
  • Omwentelingen van de aarde: de aarde maakt een ovale baan rond de zon. Als die baan iets verandert, komen sommige delen van de aarde dichterbij de zon en andere delen verder te liggen. Dat zorgt ervoor dat het warmer wordt in de delen die dichterbij de zon komen en kouder op delen die verder van de zon af komen.
  • De positie van de continenten heeft invloed op de zeestromen. Als de continenten allemaal dicht bij elkaar liggen (zoals miljoenen jaren geleden), is de stroming van de zee anders dan wanneer de continenten verder van elkaar af liggen (zoals nu). Zeewater wordt opgewarmd aan de evenaar en verspreid zich in de richting van de poolkappen. Hoe verder de continenten uit elkaar liggen, hoe minder effectief de warmte door de zee kan worden verspreid over de planeet.
  • Lucht- en zeestromen: zeestromen in de oceaan kunnen het klimaat beïnvloeden.


  1. Als een van de onderdelen van het systeem verandert, zal de stralingsbalans verstoord worden. Schets op welke manieren het systeem kan worden verstoord en wat dat voor gevolgen heeft voor weer en klimaat.
  2. Welke oorzaak wordt doorgaans gegeven voor het verdwijnen van de dinosauriërs 65 miljoen jaar geleden? Hoe hebben wetenschappers dat verschijnsel aangetoond? Gebruik eventueel Google om je antwoord te zoeken.

Stap 4 - Het versterkte broeikaseffect

Na de laatste klimaatverandering aan het einde van de laatste IJstijd, zo’n tienduizend jaar geleden, is de gemiddelde wereldtemperatuur relatief stabiel geweest. Maar sinds de Industriële Revolutie (rond 1850) zijn de concentraties aan broeikaseffecten verhoogd en is de aarde aan het opwarmen. Volgens de meeste wetenschappers is die verhoging alleen te verklaren uit de gevolgen van menselijke activiteiten. Zie daarvoor het YouTube-filmpje van Climate Challenge:

Er zijn tal van oorzaken aan te geven, maar de belangrijkste is de massale verbranding van fossiele brandstoffen (zoals steenkool, aardolie en aardgas), waarbij grote hoeveelheden koolstofdioxide in de atmosfeer terechtkomen.

De menselijke activiteiten versterken het natuurlijke broeikaseffect en daardoor spreken we van het versterkte broeikaseffect.

De landen met de grootste uitstoot van broeikasgassen zijn achtereenvolgens China, de VS en de EU, gevolgd door Rusland en Japan. De top 25 van meest vervuilende landen zijn goed voor 83% van de volledige uitstoot aan broeikasgassen. Door hun sterk groeiende economieën zijn landen als India en Brazilië met een echte inhaalslag bezig.

De kritische grens
De hoeveelheid CO2 in de atmosfeer wordt uitgedrukt in parts per million (ppm) of deeltjes per miljoen. Voor de Industriële Revolutie bedroeg de atmosferische CO2-concentratie ongeveer 260 tot 280 ppm.

Het niveau waar we onder moeten blijven om klimaatverandering te voorkomen, is 350 ppm.
Door grootschalige verbranding van fossiele brandstoffen, in combinatie met ontbossing, is de wereldwijde CO2-concentratie in de atmosfeer al flink opgelopen. Tot hoeveel? De huidige concentratie kun je terugvinden op co2now.org (Engels) en nl.co2.earth (Nederlands).  



Als de CO2-concentratie blijft stijgen lijkt het proces niet meer te stoppen. Dan komt bijvoorbeeld het broeikasgas methaan vrij uit de wegsmeltende permafrost in Siberië en dat zal de opwarming versnellen.
Om dit te vermijden wordt een stijging van de wereldtemperatuur met 2 graden Celsius als kritische grens aangehouden. Dit wordt een omslagpunt (Engels: tipping point) genoemd.
Zie het klimaat als een systeem waarin ‘alles met alles samenhangt’ en veranderingen gevolgen hebben voor alle afzonderlijke delen van het geheel. Als verstoring van het evenwicht dreigt, kunnen er negatieve terugkoppelingsmechanismen optreden (ze werken verandering tegen) of positieve (versterken verandering).

  1. Op welke twee manieren kunnen we het versterkt broeikaseffect aantonen?
  2. Wanneer zullen we een omslagpunt bereiken?

Stap 5 - Gevolgen en oplossingen

Het klimaat verandert. De gevolgen daarvan zijn nu al voelbaar. Afhankelijk van de plaats waar je woont op aarde, zullen de gevolgen meer of minder groot zijn. Maar één ding is zeker: de al kwetsbare bevolking in ontwikkelingslanden zal de hoogste rekening gepresenteerd krijgen. Zembla heeft in november 2017 een “indrukwekkende documentaire van de Amerikaanse publieke zender PBS over de impact van de klimaatveranderingen op de brandhaarden in onze wereld” laten zien. De zending is op NPO te zien via www.npo.nl/zembla.

Gevolgen van de klimaatverandering:

  • Extreem weer zoals zware stormen, droogte of juist overvloedige neerslag komen steeds vaker voor.


     
  • De seizoenen zijn erg onstabiel geworden en dat heeft gevolgen voor de landbouw en voor de fauna en flora.
    Zie het YouTube-filmpje van Climate Challenge: Gevolgen voor mensen in het Zuiden – Seizoenen in de war


     
  • De zeespiegel stijgt en dat bedreigt miljoenen mensen die bij een kust wonen. Al is de ene kustbewoner beter af dan de andere: Nederland heeft bijvoorbeeld zowel de technische als de financiële middelen om zijn bewoners te beschermen. In een land als Bangladesh ligt dat heel anders.
  • De gletsjers en poolkappen smelten. Het afsmelten van de gletsjers brengt de watervoorziening van miljoenen mensen in gevaar en leidt bovendien tot een toenemend risico op rampen (o.a. het doorbreken van gletsjermeren).

Oplossingen zijn moeilijk te realiseren, maar niet onmogelijk. Om de negatieve gevolgen van de klimaatverandering binnen de perken te houden, gaan wetenschappers ervan uit dat de opwarming van de aarde zeker onder 2°C ten opzichte van het pre-industriële niveau moet blijven.

Om dit te bereiken zal de uitstoot van broeikasgassen in 2050 80 tot 95 procent lager moeten zijn dan die in 1990. Diverse studies tonen de haalbaarheid daarvan aan, als er ten minste op grote schaal actie wordt ondernomen om dat doel te bereiken. In 2015 is op een klimaatconferentie het Akkoord van Parijs bereikt. Daarin verplichten de ondertekenaars zich om de opwarming van de aarde ten opzichte van het pré-industriële tijdperk te beperken tot 2 graden en te streven naar 1,5. Het is inmiddels door 174 landen ondertekend, ook door Nederland.

  1. Als individu kun je niet zoveel doen tegen klimaatverandering, maar alle kleine beetjes helpen. Geef aan wat je zelf kunt doen om de klimaatverandering tegen te gaan. Denk je dat de bereidheid van mensen in jouw omgeving om rekening te houden met klimaatverandering, toeneemt?

Stap 6A - Eindtoets

Maak de toets hieronder.

Eindtoets:Het broeikaseffect en de stralingsbalans van de aarde

Stap 6B - Open brief naar Shell

Het Nederlands-Britse oliebedrijf Shell -het op vijf na grootste bedrijf ter wereld- wist eind 1985 al dat er een verband was tussen het gebruik van fossiele brandstoffen en de opwarming van de aarde. In 1991 bracht Shell een videoband uit onder de titel ‘Climate of Concern’. De film toonde alarmerende grafieken over de CO2-uitstoot, sprak over de toename van extreem weer, over eilanden die onder water zullen verdwijnen en introduceerde de nieuwe term ‘broeikas­vluchtelingen’.

Kijk hier naar de hoogtepunten van Shells klimaatfilm Climate of Concern (1991).
Klik rechtsonder in de player op ‘cc’ om de ondertiteling aan te zetten.

“De hypnotiserende beelden geven een duidelijke waarschuwing” en “Nu actie ondernemen is de enige veilige verzekering die we hebben”, zei de voice-over. Kennelijk wist Shell in 1991 al voldoende om de noodklok te luiden.

De focus op duurzame energie verdween echter weer en voor lange tijd. De olie- en gaswinning was te profijtelijk. Shell ging zelfs in de tegenaanval. Shell sloot zich aan bij de Global Climate Coalition. In deze lobbygroep waren alle oliebedrijven lid. De lobby kreeg twee doelen: twijfel zaaien over de klimaatwetenschap en benadrukken dat regulering – als die er dan toch kwam – de samenleving duur zou komen te staan.

Op 28 februari 2017 dook de oude videoband ‘Climate  of Concern’ weer op. De Engelse krant The Guardian en De Correspondent brachten de film opnieuw uit, ditmaal in een digitale versie.
Ruim 25 jaar na het maken van de videoband ‘Climate of Concern’ is er nog niet veel veranderd. Shell richt zich nog steeds vrijwel volledig op de olie- en gaswinning en dus op fossiele brandstoffen.

De film van Shell riep in 1991 op tot actie en men deed daar toen weinig mee. Misschien kan Shell dat nu alsnog zelf doen?
Schrijf een (open) brief met concrete voorstellen naar Shell en vraag Shell om klimaatverandering tegen te gaan.

Begrippenlijst

  • Albedo-effect
  • Atmosfeer
  • Klimaatverandering
  • Natuurlijk broeikaseffect
  • Stralingsbalans van de aarde
  • Versterkt broeikaseffect

Examenvragen

Op www.eindexamensite.nl zij geen vragen over dit onderwerp te vinden.
In een aantal oudere examens op www.examenblad.nl vind je wel een aantal relevante vragen.

2009, 1e tijdvak
Opgave 9

2008, 2e tijdvak
Opgave 9

2007, 2e tijdvak
Opgave 9

2006, 1e tijdvak
Opgave 7

  • Het arrangement Het broeikaseffect en de stralingsbalans van de aarde - v456 - kopie 1 is gemaakt met Wikiwijs van Kennisnet. Wikiwijs is hét onderwijsplatform waar je leermiddelen zoekt, maakt en deelt.

    Auteur
    Emmy Landeweerd
    Laatst gewijzigd
    2020-01-16 10:07:26
    Licentie

    Dit lesmateriaal is gepubliceerd onder de Creative Commons Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie. Dit houdt in dat je onder de voorwaarde van naamsvermelding en publicatie onder dezelfde licentie vrij bent om:

    • het werk te delen - te kopiëren, te verspreiden en door te geven via elk medium of bestandsformaat
    • het werk te bewerken - te remixen, te veranderen en afgeleide werken te maken
    • voor alle doeleinden, inclusief commerciële doeleinden.

    Meer informatie over de CC Naamsvermelding-GelijkDelen 4.0 Internationale licentie.

    Aanvullende informatie over dit lesmateriaal

    Van dit lesmateriaal is de volgende aanvullende informatie beschikbaar:

    Leerniveau
    VWO 6; VWO 4; VWO 5;
    Leerinhoud en doelen
    Aardrijkskunde;
    Eindgebruiker
    leerling/student
    Moeilijkheidsgraad
    gemiddeld
    Trefwoorden
    klimaatverandering

    Gebruikte Wikiwijs Arrangementen

    VO-content Aardrijkskunde. (2021).

    Het broeikaseffect en de stralingsbalans van de aarde - v456

    https://maken.wikiwijs.nl/121157/Het_broeikaseffect_en_de_stralingsbalans_van_de_aarde___v456

  • Downloaden

    Het volledige arrangement is in de onderstaande formaten te downloaden.

    Metadata

    LTI

    Leeromgevingen die gebruik maken van LTI kunnen Wikiwijs arrangementen en toetsen afspelen en resultaten terugkoppelen. Hiervoor moet de leeromgeving wel bij Wikiwijs aangemeld zijn. Wil je gebruik maken van de LTI koppeling? Meld je aan via info@wikiwijs.nl met het verzoek om een LTI koppeling aan te gaan.

    Maak je al gebruik van LTI? Gebruik dan de onderstaande Launch URL’s.

    Arrangement

    Oefeningen en toetsen

    Het broeikaseffect en de stralingsbalans van de aarde

    Het broeikaseffect en de stralingsbalans van de aarde

    IMSCC package

    Wil je de Launch URL’s niet los kopiëren, maar in één keer downloaden? Download dan de IMSCC package.

    QTI

    Oefeningen en toetsen van dit arrangement kun je ook downloaden als QTI. Dit bestaat uit een ZIP bestand dat alle informatie bevat over de specifieke oefening of toets; volgorde van de vragen, afbeeldingen, te behalen punten, etc. Omgevingen met een QTI player kunnen QTI afspelen.

    Versie 2.1 (NL)

    Versie 3.0 bèta

    Voor developers

    Wikiwijs lesmateriaal kan worden gebruikt in een externe leeromgeving. Er kunnen koppelingen worden gemaakt en het lesmateriaal kan op verschillende manieren worden geëxporteerd. Meer informatie hierover kun je vinden op onze Developers Wiki.

  • Gebruik
    Weergave
  • Wikiwijs is een dienst van