industrie

Ontstaan er door vet en stroperig organisch materiaal in de lucht sneller wolken? Nee, zo stelt een nieuw onderzoek. Vervuiling heeft geen invloed op de snelheid waarmee druppels ontstaan. En dat is belangrijke informatie voor het opstellen van klimaatmodellen.

Wolken bestaan uit druppels. Deze druppels vormen zich wanneer waterdamp wordt aangetrokken door deeltjes die in de lucht zweven. Deze deeltjes bestaan uit stof, zeezout, micro-organismen, roet en zwavel- en organisch materiaal dat zowel stroperig als olieachtig kan zijn. Jarenlang geloofden wetenschappers dat deeltjes bekleed met deze organische ‘troep’ – ontstaan door verbrand petroleum en biomassa – minder snel druppels konden vormen dan andere deeltjes. Dit zou een grote impact hebben op de vorming van wolken. Het onderzoek dat deze week in het blad Proceedings of the National Academy of Sciences komt, suggereert het tegendeel.

Onderzoek
Op basis van een luchtfoto en metingen van druppelvorming in tien verschillende gebieden op het noordelijk halfrond, rapporteren onderzoekers van Georgia Institute of Technology dat organische lagen op deeltjes geen groot effect lijken te hebben op de snelheid waarmee druppels zich vormen. De onderzoekers bestudeerden een breed scala aan deeltjes waaronder ook de organische koolwaterstofrijke deeltjes van de Deepwater Horizon olieramp in de Golf van Mexico (de grootste olieramp uit de Amerikaanse geschiedenis) in 2010.

Snelheid
“Het blijkt dat het niet uitmaakt hoeveel troep je wel of niet hebt: de druppels hebben dezelfde tijd nodig om zich te vormen,” zegt Athanasios Nenes, hoogleraar aan School of Earth and Atmospheric Sciences en School of Chemical and Biomolecular Engineering aan Georgia Tech. “Zelfs in extreme situaties zoals Deepwater Horizon, verschilt de snelheid van de druppelvorming gevonden op de bevuilde deeltjes niet van de typische zeezoutdeeltjes.”

Waterdruppels. Foto: Kalyan Chakravarthy

Waterdruppels. Foto: Kalyan Chakravarthy

Het onderzoek is belangrijk. Wolken spelen namelijk een hele belangrijke rol als het gaat om het klimaat: wolken kunnen de warmte die de aarde uitstraalt op aarde gevangen houden en dat draagt bij aan de opwarming. Tegelijkertijd kunnen ze zonlicht ook terug de ruimte in reflecteren en de aarde koelen. Als we beter begrijpen hoe wolken tot stand komen en welke invloed stoffen die wij in de lucht brengen daarop hebben, kunnen we nauwkeurigere klimaatmodellen ontwikkelen.

Nut wolkenvelden
Wolken kunnen de warmte die de aarde uitstraalt ‘op aarde’ behouden wat bijdraagt aan de klimaatopwarming. Anderzijds kunnen wolken ook het zonlicht terug naar de ruimte reflecteren, een klimaatverkoelend en dus eigenlijk een klimaatbeschermend effect. Voorspellen hoe het wolkendek in de toekomst zal veranderen is daarom essentieel voor goede klimaatmodellen. “Hoe langzamer de druppels vormen, uit hoe meer druppels de wolk uiteindelijk bestaat” zegt Nenes. De snelheid van druppelvorming heeft dus invloed op de eigenschappen van wolken en deze zijn op hun beurt weer van invloed op het klimaat. “Lange tijd dachten we dat veel olieachtige organische verbindingen van vervuiling de wateropname zou vertragen en het wellicht langer zou duren voor waterdruppels zich konden vormen. Als dat zo was, zou dit betekenen dat vervuiling een grotere impact zou hebben op wolken en klimaat dan we eerder dachten.” Maar zolang onderzoekers dat niet zeker wisten, kon dat veronderstelde effect niet met zekerheid in klimaatmodellen verwerkt worden.

Door mensen gemaakte wolken…

…kunnen die dan het broeikaseffect tegengaan?

Een vliegende wolkenkamer
Daarom begonnen Nenes en zijn collega’s aan een serie onderzoeken met behulp van een mini-wolkenkamer, klein genoeg om in een vliegtuig te passen. De kamer bestaat uit een lange metalen koker die aan de ene kant werd verhit en aan de andere kant werd gekoeld. De kokerwanden werden vochtig gehouden en luchtbevattende deeltjes van buiten het vliegtuig werden er doorheen gevoerd. Druppels vormen zich op deeltjes wanneer lucht in de kamer koel genoeg wordt waardoor het niet langer het vocht kan vasthouden. Dan verlaten de druppels de kamer en kunnen ze bestudeerd worden.

Wolken. Foto: Dimitar Nikolov

Wolken. Foto: Dimitar Nikolov

“Met de kamer creëerden we in wezen een wolk in een buis,” zegt Nenes. “Het verschil tussen de wolk in de koker en de wolk van buiten is dat we binnen de koker de temperatuur en de hoeveelheid waterdamp precies kunnen controleren. We weten precies wat er gebeurt met de wolk en dit maakt het mogelijk nauwkeurig wolkvorming te meten.” Begin 2004 werd de mini-wolkenkamer meegenomen op tien missies voor NASA (National Aeronautics and Space Administration), NSF (National Science Foundation), NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) en ONR (Office of Naval Research). De kamer vloog door de ongerepte lucht van de Noordpool, rook van bosbranden in Canada en vervuilde lucht boven de Verenigde Staten. Nenes en zijn afgestudeerde studenten verzamelden ook vervuilde lucht van Mexico-Stad, schone lucht van de bossen van Finland en stoffige lucht van boven de Middellandse Zee. Ook al verschilden de deeltjes die door de kamer zweefden elke keer weer, de snelheid waarmee de druppels zich vormden, het condensatiecoëfficiënt, bleef gelijk. “We besteedden letterlijk uren aan het bestuderen van de gegevens over wolkvorming van gebieden over de hele wereld verspreid,” zegt Nenes. “We zagen geen enkel verschil.”

In toekomstige studies zou Nenes graag deeltjes van andere werelddelen willen bestuderen en dan met name deeltjes afkomstig van Afrika en China. Hij wil ook graag weten wat er gebeurt wanneer de temperatuur van de lucht die door de kamer voert koud genoeg is voor ijsvorming. Er zijn aanwijzingen dat ijsvorming van ‘schone’ deeltjes wel verschilt tegenover die van vervuilde deeltjes.