Klimaat verklaard: waarom Mars koud is ondanks een atmosfeer van voornamelijk koolstofdioxide

Climate Explained is een samenwerking tussen The Conversation, Stuff en het Nieuw-Zeelandse Science Media Centre om uw vragen over klimaatverandering te beantwoorden.

Als u een vraag hebt die u door een expert wilt laten beantwoorden, kunt u die sturen naar [email protected]

Als kleine concentraties koolstofdioxide genoeg warmte kunnen vasthouden om een opwarmend effect op aarde te hebben, waarom is Mars dan koud? De atmosfeer bestaat voor 95% uit koolstofdioxide.

Het recept voor de temperatuur van het oppervlak van een planeet heeft vier belangrijke ingrediënten: de samenstelling van de atmosfeer, de dichtheid van de atmosfeer, het watergehalte (van oceanen, rivieren en de luchtvochtigheid) en de afstand tot de zon. Er zijn nog andere ingrediënten, zoals seizoensinvloeden of de aanwezigheid van een magnetosfeer, maar deze werken meer als smaakmakers in een cake.

Als we naar de aarde kijken, maakt het evenwicht tussen deze ingrediënten onze planeet bewoonbaar. Veranderingen in dit evenwicht kunnen leiden tot effecten die op planetaire schaal voelbaar zijn. Dit is precies wat er gebeurt met de toename van broeikasgassen in de atmosfeer van onze planeet.

De verhoogde concentraties kooldioxide, methaan, zwavelhexafluoride en andere gassen in de atmosfeer hebben de temperatuur van het aardoppervlak geleidelijk doen stijgen en zullen dat nog vele jaren blijven doen.

Als gevolg daarvan beginnen met ijs bedekte plaatsen te smelten en komen extreme weersomstandigheden steeds vaker voor. Dit stelt ons voor een steeds grotere uitdaging om ons aan deze nieuwe realiteit aan te passen.

Kleine concentratie, groot effect

Het is verrassend te beseffen hoe weinig de concentratie kooldioxide (CO₂) en andere broeikasgassen hoeft te veranderen om zo’n verschuiving in ons klimaat te veroorzaken. Sinds de jaren vijftig hebben we het CO₂-niveau in de atmosfeer met een fractie van een procent verhoogd, maar dit veroorzaakt nu al verschillende veranderingen in ons klimaat.

Dit komt omdat CO₂ maar een heel klein deel van de atmosfeer van de aarde uitmaakt. Het wordt gemeten in deeltjes per miljoen (ppm), wat betekent dat er voor elke kooldioxidemolecule een miljoen andere zijn. De concentratie is slechts 0,041%, maar zelfs een kleine procentuele verandering betekent een grote verandering in de concentratie.

We kunnen zien hoe de atmosfeer en het klimaat op aarde er in het verre verleden uitzagen door oude luchtbellen te analyseren die in ijs zijn gevangen. Tijdens de ijstijden op aarde was de concentratie kooldioxide ongeveer 200ppm. Tijdens de warmere interglaciale perioden schommelde ze rond 280ppm, maar sinds de jaren 1950 is ze onophoudelijk blijven stijgen. In 2013 overschreed het CO₂-niveau voor het eerst in de geregistreerde geschiedenis de 400ppm.

Deze stijging komt neer op bijna een verdubbeling van de concentratie, en het is duidelijk dat in het recept voor de temperatuur van het aardoppervlak kooldioxide en andere broeikasgassen met mate moeten worden gebruikt.

De rol van water

Zoals meel voor een cake, is water een belangrijk ingrediënt van het aardoppervlak. Water doet de temperatuur langzaam bewegen. Daarom verandert de temperatuur in tropische regenwouden niet veel, maar is de Saharawoestijn ’s nachts koud. De aarde is rijk aan water.

Laten we eens kijken naar onze vaste planeten. Mercurius is de planeet die het dichtst bij de zon staat, maar hij heeft een zeer ijle atmosfeer en is niet de warmste planeet. Venus is zeer, zeer heet. Haar atmosfeer is rijk aan kooldioxide (meer dan 96%) en ze is zeer dicht.

De atmosfeer van Mars is ook rijk aan kooldioxide (meer dan 96%), maar ze is uiterst ijl (1% van de atmosfeer van de Aarde), zeer droog en staat verder van de Zon af. Deze combinatie maakt de planeet tot een ongelooflijk koude plaats.

Door de afwezigheid van water verandert de temperatuur op Mars sterk. De Mars verkenningsrovers (Spirit bij Gusev Crater en Opportunity bij Meridiani Planun) ervoeren temperaturen variërend van een paar graden Celsius boven nul tot min 80℃ ’s nachts: elke enkele Marsdag, sol genoemd.

Terraforming of terra fixing

Een van de interessante uitdagingen waar we voor staan bij het bouwen van ruimtevaartlading, zoals we dat aan de Griffith University doen, is het bouwen van instrumenten die bestand zijn tegen zo’n groot temperatuurbereik.

Ik ben dol op gesprekken over terraforming. Dat is het idee dat we naar een planeet kunnen vliegen met een niet-ademende atmosfeer en die kunnen herstellen door een soort machine te gebruiken om vervelende gassen te filteren en de goede gassen vrij te laten die we nodig hebben om te overleven, in de juiste hoeveelheid. Dat is een terugkerend thema in veel sciencefictionfilms, waaronder Aliens, Total Recall en Red Planet.

Ik hoop dat we onze eigen atmosfeer op aarde kunnen repareren en de koorts van onze planeet kunnen verminderen.