In 1884 zag de stralingswet van Stefan-Boltzmann het licht. Er kon nu worden bewezen dat de Aarde onvoldoende zonlicht krijgt om haar huidige temperatuur te verklaren. (zie link)

Dit was géén verrassing. Al in 1827 had de Franse wetenschapper Jean Fourier de stelling opgeworpen dat de hitte van de zon werd geabsorbeerd door de aarde en ook nog werd teruggekaatst naar de aarde door de atmosfeer. Hij noemde dit proces het “broeikas-effect”.

Waarom? Eigenlijk ligt dat voor de hand. Men had natuurlijk al sinds jaar en dag waargenomen dat de Aarde op grotere hoogte steeds kouder werd. In de bergen bleef het koud óók in de warme zomers. En dan ligt het natuurlijk voor de hand dat die dunnere atmosfeer op die hoogte daar iets mee te maken moet hebben. Maar ook, wanneer de metingen van de temperatuur op de maan zouden kloppen, zou het daar in de nachten behoorlijk wat kouder moeten zijn (en overdag heel wat warmer) dan hetgeen we hier op Aarde meemaken. Eigenlijk kan daar maar een reden voor te verzinnen zijn, de maan heeft geen atmosfeer, en wij wel.

Het was in deze tijd van de grote ontdekkingen van ‘de wetenschap’, die nu ook  een race tegen de klok kende, om te ontdekken welke stof nu precies verantwoordelijk was voor dit ‘broeikas-effect’. Uiteindelijk lukte het de Brit John Tyndall in 1860 om de gassen kooldioxide en waterdamp aan te wijzen als belangrijkste ‘broeikas-gassen’. Een ontdekking die anno 2023 nog steeds fier overeind staat.

Dat de broeikas-hypothese al vrij snel aan betekenis inboette, was voor een belangrijk deel te danken aan het werk van professor R. W. Wood. Hij maakte op grond van een simpele proef duidelijk dat het broeikas-effect zelf, wat de basis was geweest van alle bovenstaande theorie, helemaal niet werd veroorzaakt door terugkaatsende infrarode straling (zoals bijvoorbeeld door glas), maar door het blokkeren van opstijgende warme lucht (convectie).
In zijn vaak aangehaalde artikel in “the Philosophical Magazine” in 1909 (Vol. 17, pp. 319-320) schrijft hij onder meer:

“Er lijkt een wijdverspreide overtuiging te heersen dat de relatief hoge temperatuur verkregen in een gesloten ruimte bedekt met glas, en blootgesteld aan zonnestraling, het resultaat is van een verandering van golflengte, dat wil zeggen dat de warmtestraling van de zon, die in staat is om glas te doordringen, op de wanden van de behuizing valt om zo de temperatuur in de kas te verhogen: de warmte-energie die vervolgens wordt uitgestraald door de wanden in de vorm van veel langere golven, kunnen het glas niet doordringen, waardoor de kas werkt als een stralings-val.
Ik heb altijd het gevoel van twijfel gehad over dit probleem en of straling inderdaad wel zo’n grote rol bij de verhoging van de temperatuur speelt. Het leek mij veel waarschijnlijker dat de rol van het glas was gelegen in het voorkomen van het ontsnappen van de warme lucht, die door de grond binnen de behuizing wordt verwarmd.

Als we de deuren van een kas openen op een koude en winderige dag, dan blijkt dat de stralings-val” al veel van “zijn efficiëntie” te verliezen. In feite ben ik van mening dat een kas gemaakt van een glas, die transparant is voor golven van elke mogelijke golflengte, een temperatuur zou laten zien, die zo niet helemaal, toch in ieder geval bijna zo hoog zal zijn als die welke wordt waargenomen in een glazen huis. Het transparante scherm kan de zonnestraling op de grond verwarmen en de grond verwarmt weer de lucht, maar alleen de beperkte hoeveelheid in de behuizing. In de “open lucht”, wordt de grond wordt voortdurend in contact gebracht met koude lucht door convectie stromen.

Om de zaak te testen heb ik twee behuizingen geconstrueerd van dozen zwarte karton, waarvan één overdekt met een glazen plaat, de andere met een plaat van steenzout (haliet) van gelijke dikte. Een thermometer werd opgenomen in elke ruimte en het geheel werd verpakt in katoen, met uitzondering van de transparante platen die werden blootgesteld aan de buitenlucht. Bij blootstelling aan zonlicht steeg de temperatuur langzaam tot 65 °C, waarbij de behuizing bedekt met de steenzout plaat iets warmer werd dan die met de glazen plaat, vanwege het feit dat de uitgezonden straling van de zon met langere golflengte, ook werd afgevangen door het glas. Om dit ongewenste effect te elimineren werd het zonlicht eerst door een glazen plaat geleid.

Er was nu nauwelijks een verschil van één graad in de temperatuur van de twee behuizingen. De maximaal bereikte temperatuur was ongeveer 55 °C. Van wat we weten over de distributie van energie in het spectrum van de straling uitgezonden door een lichaam op 55 °C, is het duidelijk dat de steenzout plaat vrijwel alle straling kan doorlaten, terwijl de glasplaat alle straling met langere golflengten volledig blokkeert. Dit toont dat het verlies van temperatuur van de grond door straling zeer klein is in vergelijking met de verliezen door convectie, dat wil zeggen dat we het feit dat de straling wordt ingevangen slechts een gering effect heeft op de temperatuur.

Heeft het dan ook wel nut om aandacht te besteden aan de rol van “gevangen straling” door de dampkring, in het afleiden van de temperatuur van een planeet? De zonnestralen dringen de atmosfeer binnen, verwarmen de grond, die op zijn beurt de atmosfeer verwarmt door direct contact en door convectie stromen. De ontvangen warmte gaat dus omhoog, wordt opgeslagen in de atmosfeer, en blijft daar aanwezig, vanwege de zeer lage stralende kracht (groot isolerend vermogen) van een gas.
Het lijkt mij zeer twijfelachtig of de atmosfeer überhaupt wordt opgewarmd door de absorptie van de straling van de grond, zelfs onder de meest gunstige voorwaarden.

Ik pretendeer niet om me heel diep in deze materie te hebben verdiept, en wil alleen dit artikel publiceren om de aandacht te vestigen op het feit dat “gevangen warmtestraling” maar een zeer kleine rol lijkt te spelen in de realiteit waarmee we vertrouwd zijn.”

Veel overtuigender kan de weerlegging van een theorie eigenlijk niet zijn. Met een simpele proef, die iedereen kon uitvoeren, bleek het ‘broeikaseffect’, wat in die jaren het denken over de opwarming van de Aarde had gedomineerd, helemaal niet te bestaan.
Daarnaast maakten ook nog eens een aantal experimenten, uitgevoerd door de zoon van de gerenommeerde Zweedse natuurkundige en stralings-expert Angström, duidelijk dat meer koolstofdioxide in de atmosfeer helemaal niet leidde tot een temperatuurtoename, maar dat het wel de plantengroei stimuleerde.

En als laatste klap voor de broeikas-hypothese presenteerde Milutin Milankovitch in 1920 een mechanisme, waarbij aan de hand van veranderingen in de baan van de aarde rondom de zon (de zgn. Milankovitch cyclus), zeer accurate berekeningen gedaan konden worden ten aanzien van de meeste klimatologische veranderingen gedurende de afgelopen miljoenen jaren. Hiermee verloor ook het eerdere theorie (1896) van de populaire nobelprijswinnaar Svante Arrhenius, waarin hij uiteenzette dat veranderingen in het kooldioxide-gehalte van de atmosfeer verantwoordelijk zou zijn geweest voor de klimaatveranderingen, zijn laatste aanhangers.

Veranderingen van de baan van de Aarde rondom de zon worden overigens ook nu nog gezien als de belangrijkste veroorzaker van klimaatsveranderingen.
Maar zoals gezien in de webpagina ‘Klimaat-alarm’ zorgde het stijgende gehalte broeikas-gassen toch voor een grote omslag in het klimaat-denken. In het onderstaande wil ik wat dieper ingaan op de ‘keiharde fysica achter het broeikas-effect’.