Versterkt broeikaseffect

Aan de vergelijking van Arrhenius is al te zien dat naarmate de concentratie van een broeikasgas stijgt, het absolute effect van die stijging kleiner wordt. De absorptie van straling door de atmosfeer, en daarmee de onbalans in de aardse energiebalans uitgedrukt als 'radiative forcing' (RF), is evenredig met de logaritme van de CO₂-concentratie: het effect van een CO₂-stijging van 270 naar 540 ppm is even groot als het effect als de CO₂-concentratie toeneemt van 540 naar 1080 ppm etc. Juist de verandering in concentratie van een broeikasgas dat niet of maar zeer beperkt in de atmosfeer aanwezig is, heeft een relatief groot effect.

Zoals aangegeven bij de klimaatmodellen leidt de opwarming van de oceanen tot grotere verdamping van water én tot een hogere evenwichtsconcentratie van water in de atmosfeer. De concentratie aanwezige waterdamp in de atmosfeer is echter al zó groot dat deze absorptie in het gedeelte van het emissiespectrum van de aarde waar water infraroodstraling absorbeert al meer dan 90% van de theoretisch maximale waarde is. Dit betekent dat een verhoging van de concentratie water in de atmosfeer het broeikaseffect nauwelijks verder zal versterken.

Gelukkig is daarmee ook de dreiging van ten minste één versterkend werkende meekoppeling beperkt: opwarming van de oceanen zorgt voor meer verdamping van water, een hogere evenwichtsconcentratie waterdamp in de atmosfeer, meer broeikaseffect en verdere opwarming. Dat is maar goed ook, want anders dan de CO₂- en CH₄-concentratie in de atmosfeer stelt de evenwichtsconcentratie voor water zich zeer snel in, namelijk in een tijdsbestek van enkele weken. Anderzijds is ook een zeer grote verlaging van de evenwichtsconcentratie van water (wat nodig zou zijn om de broeikaswerking van water te verminderen) onwaarschijnlijk gegeven de verwachte opwarming van de oceanen.

De redenering van sommige klimaatsceptici dat een toename van CO₂ in de atmosfeer géén versterkt broeikaseffect teweeg kan brengen doordat in vergelijking met de 400 ppm CO₂ de concentratie van water veel hoger is, houdt dus geen stand: het water in de atmosfeer zorgt voor een groot en stabiel deel van het broeikaseffect.

Doordat het broeikaseffect van water in de atmosfeer al bijna zijn maximale waarde heeft, heeft een toe- of afname van de hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer maar een klein, zoniet verwaarloosbaar effect op het versterkt broeikaseffect. Bij CO₂ en andere broeikasgassen als CH₄ en N₂O is de situatie precies omgekeerd: doordat de natuurlijke evenwichtsconcentratie van deze stoffen in de atmosfeer klein is, leidt een op zichzelf kleine toename tot een aanzienlijk versterkt broeikaseffect.

Als de hoeveelheid verdamping toeneemt zal de totale hoeveelheid water in de atmosfeer verder toenemen doordat er dan meer wolkvorming zal optreden. Ook zal het meer regenen. Het effect van een verhoogde verdamping en evenwichtsconcentratie waterdamp in de atmosfeer op de vorming van wolken is overigens nog slecht begrepen. Er wordt dan ook veel onderzoek gedaan om de modellen voor vorming van (verschillende typen) wolken, hun levensduur en effect op de stralingsbalans van de aarde verder te preciseren.