Waterdamp is het belangrijkste broeikasgas, omdat water in overvloed aanwezig is op aarde en dus in relatief grote hoeveelheden voorkomt in de atmosfeer. Ongeveer tweederde van het broeikaseffect komt op conto van waterdamp. Veranderingen in de waterdampconcentratie worden bepaald door de andere factoren die de atmosfeer opwarmen of afkoelen. Door de korte verblijftijd in de atmosfeer past het waterdampgehalte zich snel aan wanneer de temperatuur verandert.

In het versterkte broeikaseffect speelt de stijging van het CO2 gehalte een dominante rol. Door de temperatuurstijging, die hiervan het gevolg is, neemt de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer toe. Hierdoor stijgt de temperatuur extra. De klimaatonderzoekers behandelen waterdamp daarom als versterkingsmechanisme voor andere factoren die de atmosfeer opwarmen of afkoelen. De mens heeft geen directe invloed op de concentratie van waterdamp in de atmosfeer.

Het aandeel van waterdamp en CO2 in het broeikaseffect
Als er geen broeikasgassen in de atmosfeer zouden zijn, en alle andere factoren (zoals de weerkaatsing van zonlicht) hetzelfde zouden blijven, dan zou het gemiddeld op aarde 33 graden Celsius kouder zijn. Waterdamp neemt bijna twee derde van het natuurlijke broeikaseffect voor zijn rekening en is daarmee het belangrijkste broeikasgas. CO2 heeft een aandeel van ongeveer 7 graden Celsius. Dit aandeel wordt steeds groter doordat de concentratie van CO2 in de atmosfeer stijgt. De concentratie van waterdamp in de atmosfeer wordt vooral bepaald door de temperatuur en is daarmee de belangrijkste versterkende factor van het antropogene broeikaseffect.

Broeikaseffect van een gas
Het broeikaseffect van een gas wordt grofweg bepaald door drie factoren:

1. De hoeveelheid van het broeikasgas
2. De mate waarin een broeikasgas infraroodstraling (warmtestraling)     absorbeert
3. De verdeling van het broeikasgas met de hoogte in de atmosfeer

In de atmosfeer bevindt zich in een kolom van 1 m2 ongeveer 6 kilo CO2. Dit is ongeveer een kwart van de massa waterdamp. Per kilogram absorbeert waterdamp meer infraroodstraling dan CO2. Hier staat tegenover dat waterdamp in de onderste lagen van de atmosfeer geconcentreerd is, terwijl CO2 goed gemengd is.

Temperatuur bepaalt waterdampgehalte atmosfeer
Water is in overvloed beschikbaar. Ongeveer 70% van het aardoppervlak bestaat uit oceanen, zeeën en meren. Hieruit verdampt water en hogerop in de troposfeer condenseert een deel van deze waterdamp tot wolkendruppeltjes. Op den duur komt dit water weer als neerslag op aarde terecht. Gemiddeld over de aardbol is dit 1 meter neerslag per jaar. De hoeveelheid water die lucht maximaal kan bevatten neemt ongeveer 7% toe als de temperatuur 1 graad stijgt. In de metingen zien we een nagenoeg constante relatieve vochtigheid van circa 77% boven grote wateroppervlakten (=de hoeveelheid waterdamp in de lucht ten opzichte van de maximale hoeveelheid). De hoeveelheid waterdamp in het klimaatsysteem wordt daarmee vooral gestuurd door de temperatuur: een hogere temperatuur geeft een hoger gemiddeld waterdampgehalte in de atmosfeer door de genoemde temperatuurafhankelijkheid van de waterdampspanning (ook wel bekend als de wet van Clausius-Clapeyron).

Het klimaatsysteem reageert heel snel qua vochtigheidgehalte op de temperatuurveranderingen omdat een watermolecuul slechts ongeveer een week in de atmosfeer verblijft. De gemiddelde verblijftijd van een CO2 molecuul is in de orde van 100 jaar. Het gevolg is dat wanneer er, om wat voor reden dan ook, ineens veel méér waterdamp in de atmosfeer wordt gebracht dan mogelijk is volgens de temperatuur, dit overschot binnen een week weer verdwenen zal zijn door condensatie en vervolgens neerslag. Met andere woorden: de concentratie van waterdamp is in balans met de temperatuur.

Waterdamp; een versterkingsmechanisme
Waterdamp is een zeer belangrijk versterkingsmechanisme bij temperatuurveranderingen. Als de temperatuur van de atmosfeer stijgt, bijvoorbeeld doordat er extra CO2 (en andere broeikasgassen) in komen, dan komt er ‘vanzelf’ en op korte termijn extra waterdamp in de atmosfeer, omdat een warmere atmosfeer meer waterdamp kan bevatten. Door de extra broeikaswerking gaat de temperatuur vervolgens nóg wat meer omhoog. Hierdoor kan er weer meer waterdamp in de atmosfeer worden vastgehouden, totdat er uiteindelijk een nieuw evenwicht ontstaat waarbij aan de top van de atmosfeer net zo veel straling binnenkomt als er uit gaat. Als de temperatuur van de atmosfeer afneemt, bijvoorbeeld door de terugkaatsing van zonlicht door vulkaanstof, dan zal er in die koelere atmosfeer waterdamp condenseren. Daardoor vermindert de concentratie van waterdamp en dus het broeikaseffect van de waterdamp: de atmosfeer koelt wat verder af. Waterdamp werkt dus als een versterkingsmechanisme voor andere effecten die de atmosfeer koelen of opwarmen en de concentratie van waterdamp in de atmosfeer kan niet onafhankelijk vergroot of verkleind worden.

Als voorbeeld een rekensom: een verdubbeling van CO2 geeft zonder verandering van het waterdampgehalte (en zonder allerlei andere veranderingen zoals het slinken van de ijsbedekking en verandering van wolkeneigenschappen) een wereldgemiddelde temperatuurstijging van 1,2 graad. Rekening houdend met de extra waterdamp in de atmosfeer als gevolg van de temperatuurstijging, de waterdampterugkoppeling, is de temperatuurstijging circa 2 graden, dus 1,7 maal zoveel.

Laatste update: 28 juni 2011

Referenties:
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), The Physical Science Basis of Climate Change, Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report, S. Solomon, D. Qin and M. Manning, Cambridge University Press, pp. 1-996, 2007.

Van Dorland, R., Radiation and Climate: from radiative transfer modelling to global temperature response, Ph.D. Thesis, ISBN 90-646-4032-7, 1999. (deel 1, deel 2, deel 3, deel 4, deel 5, deel 6)