Aërosolen en het klimaat

AËROSOLËN ËN HËT
KLIMAAT
Aërosolen zijn deeltjes in de lucht die invloed hebben op de weerkaatsing
van de zon. Dit heeft ook gevolgen voor de klimaatverandering. In
Amsterdam heeft dit waarschijnlijk tot een paar graden opwarming
gezorgd in de afgelopen jaren.
Nina Linzel
V6A
september 2013
Inhoudsopgave
Voorwoord
Aërosolen
Aërosolen in de lucht
Veroorzaking van aërosolen
Gezondheid en aërosolen
Klimaatverandering
Klimaatverandering en het broeikaseffect
Klimaatverandering door aërosolen
Klimaatgevolgen voor Amsterdam en zeespiegelstijging
Klimaatbeleid
Amsterdam en haar klimaatbeleid
Meten van aërosolen
Zonfotometer
Het onderzoek
Methodologie
Resultaten
Discussie en conclusie
Bibliografie
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
pagina
2
3-4
3
4
4
5-7
5
6
7
8
8
9
9
10 - 16
10
11
17
18 - 19
1
Voorwoord
Toen ik voor het eerst meeging doen met het project Comenius Globe (een project dat zich bezig
houdt met het klimaat), wist ik nog niet wat aërosolen inhielden. Steeds meer ging ik over aërosolen
leren. Hierdoor kwam ik er achter dat er nog steeds geen concreet antwoord is op de vraag: “Hoe
beïnvloeden aërosolen de klimaatverandering?”. Dit terwijl er vrij veel aërosolen zich in de lucht
bevinden en door het steeds aantal groeiende fabrieken, auto’s enz. zij steeds meer worden.
Wel hebben wij, de deelnemers van Comenius Globe, in de afgelopen tien jaren ontzettend veel
gegevens verzameld. Hierom wil ik kijken of ik erachter kan komen hoe de invloed is van de
aërosolen op de klimaatverandering van Amsterdam.
2
Aërosolen
Aërosolen zijn kleine vaste of vloeibare deeltjes in de lucht waarvan de kleinste aërosol een diameter
heeft van 10 nm en de grootste 10 µm. Toch kunnen de aërosolen samen erg groot worden. Wolken
bestaan namelijk uit kleine waterdruppeltjes, ijskristallen of een mengsel van beide. De
waterdruppels bevatten vaak ook stofdeeltjes; die lossen hier namelijk in op. De stofdeeltjes zijn
weer gecategoriseerd als aërosolen. Hierdoor kan worden beweerd dat wolken grote aërosolen zijn.
De aërosolen kunnen uit verschillende stoffen bestaan, maar de vijf meest voorkomende types zijn:





Organisch
Roet
Stof
Sulfaat
Zeezout
Stof en zeezout zijn de grote aërosolen in deze rij. Zij hebben een diameter die groter is dan 1 µm
terwijl organische aërosolen, roet en sulfaat een diameter hebben die kleiner is dan 1µm.
Aërosolen in de lucht
Wanneer aërosolen in de lucht komen, blijven ze hier ongeveer een
week rondzweven. De meeste aërosolen verblijven in de troposfeer.
De aërosolen kunnen weer naar het aardoppervlakte komen door
regen. De regendruppels nemen dan de aërosolen op die vervolgens
naar beneden vallen en zo de aërosolen uitregenen. Zij kunnen ook
naar beneden komen door de zwaartekracht. Hoewel dit meestal niet
gebeurt aangezien de aërosolen zo licht zijn dat zij met de zachtste
wind weer naar boven kunnen worden geblazen.
De aërosolen kunnen zich dus verplaatsen in de troposfeer door
Zand dat uit de Sahara komt en
middel van de wind. De aërosolen kunnen door middel van de wind
zich verplaats door de lucht.
grote afstanden overbruggen.
Een voorbeeld hiervan is dat wanneer er in de Sahara een storm is geweest en de wind richting het
noorden staat (richting Nederland), kan het zo zijn dat hier in Amsterdam de zanddeeltjes, oftewel
aërosolen, neerdalen en er zo een laagje van Saharazand in Amsterdam ligt.
Aërosolen kunnen zich ook in de stratosfeer bevinden. Hier blijven kunnen ze jaren rondzweven. De
aërosolen komen in de stratosfeer door een vulkaanuitbarsting. Door de enorme kracht van de
vulkaan tijdens de uitbarsting, schiet de vulkaan zijn roetdeeltjes en andere stofdeeltjes de
stratosfeer in. In de stratosfeer is er geen vorming van wolken of wind, waardoor de aërosolen niet
uitgeregend kunnen worden. Toch kunnen de aërosolen zich langzaam verplaatsen in de stratosfeer,
waardoor de aërosolen zich over de gehele wereld verspreiden.
De aërosolen die zich in de stratosfeer bevinden, komen uiteindelijk terug op de aarde door de
zwaartekracht. Ze krijgen namelijk steeds meer last van de zwaartekracht naarmate zij “zakken” in de
stratosfeer (dichter bij de aarde). Uiteindelijk zijn de aërosolen zover naar beneden gezakt dat ze
weer in de troposfeer terecht komen. Hier worden de aërosolen weer opgenomen in de wolken en
regenen ze uit.
3
Veroorzaking van aërosolen
Aërosolen kunnen voortkomen uit zowel een natuurlijke als een onnatuurlijke bron (behalve
aërosolen die zijn opgemaakt uit zeezout, deze komen alleen voort uit natuurlijke bronnen). Bij een
onnatuurlijke bron komen aërosolen vrij uit een bron die door mensen is gemaakt. Een voorbeeld is
hiervan een auto. De roet deeltjes van de auto komen in de lucht en worden hier aërosolen
genoemd. Hierom worden deze aërosolen ook wel antropogene aërosolen genoemd.
Een natuurlijke bron kan bijvoorbeeld een bosbrand zijn waar veel roet deeltjes bij vrijkomen of een
vulkanische uitbarsting. Toch is het erg lastig om aërosolen te onderscheiden die uit een natuurlijke
of een onnatuurlijke bron komen. Men kan hier achter proberen te komen doordat er wel gemeten
kan worden hoe groot de aërosolenconcentratie is in de lucht. Door behulp van gegevens over
bosbranden en vulkanische uitbarstingen kan er dan een schatting worden gemaakt van het aantal of
concentratie antropogene aërosolen in de lucht.
Gezondheid en aërosolen
Niet alleen op het klimaat hebben aërosolen effect, maar ook op de gezondheid van de mens.
Op grond van epidemiologische studies wordt geschat dat er in Nederland jaarlijks zo’n 1700 tot
3000 mensen vroegtijdig overlijden door de gevolgen van het inademen van aërosolen. En dan
hebben we het alleen nog maar over de acute gevolgen van blootstelling aan luchtverontreiniging
(Aben, et al., Oktober2002). Sommige studies hebben bewezen dat mensen die op plekken leven
waar veel antropogene aërosolen zijn (zoals langs een snelweg) vaker last hebben van astma dan
mensen die op schone plekken wonen. Met schone plekken wordt vaak het platteland bedoeld. Toch
kunnen de mensen die op het platteland leven ook te maken krijgen met grote concentraties
aërosolen. Dit kan komen doordat er brand is geweest in de stad of als er een groot industrieterrein
zich redelijk in de buurt bevind en de wind zo staat dat de aërosolen richting het platteland bewegen.
Al met al hebben de mensen op het platteland er minder last van aangezien de wind zich nooit in
dezelfde richting waait en de mensen in de stad dichter bij de bron zit. Daarnaast is de concentratie
aërosolen in de stad in het algemeen groter door de meerdere bronnen die zich in de stad bevinden.
De kleine aërosolen, die ook schadelijke aërosolen zijn, deze bevatten giftige stoffen, kunnen
uiteindelijk in het bloed komen. Sommige aërosolen worden opgelost in het slijm en bij het
doorslikken komt het slijm in de maag terecht, waar het via de maagwanden het bloed in kan worden
getransporteerd. Hierdoor verspreiden de giftige stoffen zich door het gehele lichaam. Of zij komen
via de neus binnen. Naast dat zij in het bloed kunnen komen, kunnen de aërosolen ook terecht
komen tussen de longblaasjes. Longblaasjes zijn vertakkingen van de bronchiën in de longen. Door de
wanden van de longblaasjes dringt het zuurstof heen en wordt opgenomen in het bloed. De
aërosolen kunnen er voor zorgen dat de cellen van de wanden zich ongeremd gaan delen waardoor
longkanker ontstaat. Aërosolen hebben dezelfde effecten als roken, maar bij roken gaat het vaker
om een grotere concentratie roetdeeltjes.
De grotere aërosolen hebben minder schadelijke effecten, omdat deze eerder worden
tegengehouden en zo weer kunnen worden uitgehoest of worden uitgeademd.
4
Klimaatverandering
Nooit heeft een land of continent een vaste klimaat gehad. Dit komt onder
andere doordat continenten verschuiven. Vroeger toen alle continenten nog
aan elkaar lagen en Pangaea vormde lag de temperatuur veel hoger in
Nederland. Dit kwam doordat de oceaan, genaamd Panthalassa, een grotere
oppervlakte had. Met de passaatwinden vanuit het oosten, kwam het warme
water aan langs de oostkust. Langs de westkust stroomde geen warm water.
Hierdoor ontstonden grote temperatuur verschillen en er kwam geen
vochtigheid in het binnenland. Dit alles zorgde ervoor dat Nederland in een
woestijn lag. Nu is het klimaat erg anders. Nederland is namelijk richting de
polen verschoven en wij leven nu in een interglaciaal (een warme periode).
Nederland heeft ook glacialen gekend (koude periodes). Bijvoorbeeld in de
laatste ijstijd lagen er nog uitlopers van de gletsjers in Nederland en niet
alleen had het invloed op Nederland, maar ook op de rest van de wereld. Zo
was China een woestijn en in Amerika lagen in de woestijnen van nu, grote meren.
Klimaatverandering is dus iets wat altijd al heeft gespeeld, maar nu lijkt de
klimaatverandering wel een drastische wending te hebben.
Als we de wetenschappers mogen geloven.
Reconstructie van
klimaatveranderingen
Klimaatverandering en het broeikaseffect
Door het broeikaseffect kunnen wij nu leven op de aarde. Zonder het broeikaseffect zou het nu
gemiddeld min achttien graden Celsius zijn in plaats van de plus twaalf nu. Echter, sinds de
Industriële Revolutie is er steeds meer koolstofdioxide en ook methaan in de atmosfeer waardoor
het steeds warmer wordt. Koolstofdioxide komt in de atmosfeer terecht door het verbranden van
fossiele brandstoffen. Methaan via de groeiende aantal bevolking en vee (door de uitwerpselen).
Methaan en koolstofdioxide houden beiden warmtestraling richting de ruimte tegen. Hierdoor blijft
de warmte op aarde. Hoe meer methaan en koolstofdioxide in de atmosfeer komt, hoe meer warmte
er wordt vastgehouden.
Toch kan er een vermindering van het koolstofdioxide gehalte plaatsvinden. Koolstofdioxide wordt
namelijk opgenomen door planten. Planten maken van koolstofdioxide, via fotosynthese, er zuurstof
van. Koolstofdioxide kan daarnaast oplossen in water. Alleen worden er steeds meer bossen en
regenwouden gekapt wat er voor zorgt dat er minder koolstofdioxide kan worden omgezet. Er komt
in totaal door antropogene oorzaken 3% extra koolstofdioxide in de atmosfeer (Boer, Kalsbeek,
Mennen, Oost, & Prinsen, 2006).
Hoewel de ontbossing op koolstofdioxide een negatief effect heeft, heeft het een positief effect op
methaan. Er wordt minder methaan uitgestoten. In de afgelopen tien jaar is de methaan
concentratie hierdoor minder hard toegenomen dan de jaren daarvoor.
Al met al is de gemiddelde temperatuur de afgelopen honderd jaar met ongeveer 0,5 graden Celsius
opgelopen. De laatste decennia ’s is de temperatuur steeds sneller gaan stijgen (hockeystick-grafiek).
Het stijgt gemiddeld met 0,17 graden Celsius per decennia. Wetenschappers denken dat de
temperatuur nog verder zal stijgen met een getal tussen 1,4 en 5,8 graden Celsius.
Dit heeft gevolgen voor de dieren, planten en mensen op aarde. Door het smelten van de
poolkappen zullen habitatten worden aangetast en de zeespiegel stijgen.
Hierom worden door regeringen onderling afspraken gemaakt om het broeikaseffect te remmen.
5
Desondanks wordt er bijvoorbeeld nog steeds gesjoemeld met emissierechten (hoeveel een land
mag aan broeikasgassen mag uitstoten per jaar) en stoten de landen meer uit dan er wettelijk is
afgesproken. Vooral de landen die zich nu beginnen te ontwikkelen, stoten veel broeikasgassen uit.
Dit komt door de opkomst van fabrieken, auto’s, bussen etc.. Deze fabrieken hoeven zich vaak aan
minder strenge milieuregels te houden dan in westerse landen waardoor zij meer broeikasgassen
uitstoten dan er eigenlijk is toegestaan.
Het broeikaseffect is een feit, maar het is nog afwachten wat voor effect het echt zal hebben op
lange termijn en of de natuur de ontwikkelingen kan bij houden.
Klimaatverandering door aërosolen
Er zijn nog twee grote soorten aërosolen: zwarte aërosolen en witte aërosolen.
De zwarte aërosolen zijn meestal antropogeen. Deze absorberen zonlicht en andere straling . Dit
zorgt ervoor dat de temperatuur stijgt . Echter, omdat ze zonlicht absorberen, komt er minder
zonlicht op het aardoppervlak terecht. Hierdoor kan het aardoppervlak niet verwarmen en dit heeft
weer als gevolg dat de temperatuur daalt. Er zijn meer van deze feedback en uiteindelijk zorgen de
zwarte aërosolen van het toenemen van de temperatuur .
De witte aërosolen zijn meestal samengesteld uit sulfaat . Deze reflecteren het zonlicht en dit zorgt
er ook voor dat er minder zonlicht kan komen op het aardoppervlakte.
Deze twee soorten van aërosolen activiteiten zijn bekend als de directe aërosolen effect .
Beide van deze aërosolen soorten bevinden zich in de troposfeer en de tijd dat ze er zijn hangt af van
hoeveel het regent en hoe hard de wind waait .
Niet alleen de witte aërosolen laten de temperatuur dalen. Er zijn meerdere soorten aërosolen
activiteiten die zorgt temperatuur daalt zoals: tijdens een vulkaanuitbarsting komen er meer
aërosolen in de atmosfeer dan normaal. Deze reflecteren allemaal het zonlicht. De aërosolen blijven
ook lang in de stratosfeer waar ze dus voor langere tijd het zonlicht kunnen reflecteren. Zo was het
0,2 graden Celsius kouder in 1992 en 1993 na de uitbarsting van de Pinatubo vulkaan op de
Filippijnen (Nader verklaard; Broeikaseffect, 2011).
Zoals al eerder vermeld, zijn wolken eigenlijk net grote aërosolen en wolken reflecteren het zonlicht .
De wolken kunnen groter worden door de toename van aërosolen. Dit komt doordat sommige
aërosolen handelen als condensatie centra . Dat betekent dat de aërosolen water aantrekken en de
wolk hierdoor laten groeien. Er kan dus worden gezegd dat bijna elke vorm van aërosolen activiteit
die er voor zorgt dat de globale temperatuur daalt, het zonlicht reflecteert en als gevolg heeft dat het
aardoppervlak niet kan opwarmen .
Toch blijft het moeilijk om precies te zeggen wat de invloed is van aërosolen, omdat het er van af
hangt van de hoogte, grootte, vorm en wat voor soort aërosolen . Daardoor weten de
wetenschappers nog niet wat de echte invloed is van aërosolen, maar zij denken dat de aërosolen
activiteiten de globale temperatuur vermindert met ongeveer 0,5 graden Celsius.
In het onderzoek wordt gekeken of zij het aan het juiste eind hebben.
6
Klimaatgevolgen voor Amsterdam en zeespiegelstijging
Zoals al eerder vermeld zullen de ijskappen op de polen en gletsjers smelten als gevolg van de
klimaatverandering. Dit zorgt ervoor dat de zeespiegel zal stijgen. We hebben het hier over de
relatieve zeespiegelstijging. Hier wordt gekeken naar de stijging van de waterpeil en naar de stijging
of verzakking van het land. Amsterdam zelf kent grote verschillen NAP (Nieuw Amsterdams Peil). Zo
ligt het gebouw van de stadsdeelraad centrum 1 meter boven NAP en het gebouw van de
staddeelraad noord 1,2 meter onder NAP. (AHN2)
NAP is in de zeventiende eeuw ontwikkeld in Nederland zelf. Om precies te zijn in Amsterdam. Het is
ontwikkeld om aan te kunnen geven hoe ver een stuk land onder zeeniveau ligt. Wanneer NAP gelijk
is aan 0 dan ligt het stuk land op dezelfde hoogte als de zee. NAP-gegevens zijn voor verschillende
zaken onmisbaar:




voor bescherming tegen overstromingen
voor doelgericht waterbeheer
bij de bouw van civieltechnische kunstwerken
bij de bestudering van bodembeweging
Amsterdam heeft nog steeds last van bodemdaling. Dit zal in de
toekomst, 2050, uiten tot 40 centimeter daling in Amsterdam-Noord,
maar Amsterdam-Zuid zal naar verwachting juist niet verder zakken. Dit
zorgt ervoor dat Amsterdam-Noord verder zal komen te liggen onder
Kaart van bodemdaling in NoordHolland
NAP. Vooral omdat de zeespiegel zal stijgen. Alleen om de zeespiegel
wereldwijd te laten stijgen met 1 millimeter is 360.000 miljard kilogram
ijs nodig. (KNMI, 27) Dit is een behoorlijke hoeveelheid aan ijs, maar de geografische noordpool heeft
hier geen invloed op. Volgens de wet van Archimedes zal de zeespiegel niet stijgen door het
afsmelten van de geografische noordpool. (De wet van Archimedes houdt in dat de opwaartse kracht
die een lichaam in een vloeistof of gas ondervindt is even groot als het gewicht van de verplaatste
vloeistof of gas (Sande)). Echter, het smelten van de ijskappen op Groenland heeft hier wel effect op,
omdat deze ijskappen zich op land bevinden. Net zoals het afsmelten van de ijskappen op Antarctica.
Antarctica is 14 miljoen vierkante kilometer groot en hiervan 13,72 miljoen vierkante kilometer
bedekt met ijs. Gemiddelde dikte van de ijskappen op Antarctica is 2200 meter (Perizonius, 2013).
Jaarlijks smelt er van deze enorme hoeveelheid ijs zo’n 2800 kubieke kilometer af. Alleen groeit er
ook weer ijs aan in de winter en door sneeuwval. Toch, wanneer u bedenkt dat één kubiek meter ijs
917 kilogram weegt, kunt u zich voorstellen dat het nog helemaal niet zo’n gek idee is als de
zeespiegel met 26 tot 82 centimeter zal stijgen.
Voor Amsterdam zal de stijging van het zeeniveau en de bodemdaling leiden tot overstromingen.
Wanneer er van het ergste wordt uitgegaan zal bijvoorbeeld Amsterdam-Noord 122 centimeter
onder NAP te liggen. Gelukkig heeft Nederland dijken en duinen aan wat de zee moet tegenhouden.
Nederland is ook druk bezig met het verhogen en het verbeteren van de dijken en duinen. Dit moet
er voor zorgen dat de mensen in Amsterdam drogen voeten houden.
7
Klimaatbeleid
Alhoewel Nederland voldeed aan de meeste Europese normen voor stoffengehaltes in de lucht bleek
op 1 januari 2005 bleek dat Nederland zich niet had gehouden aan de Europese normen voor de
gehalte PM10 (ander woord voor aërosolen). Voor PM10 is in de Europese richtlijn luchtkwaliteit
(2008/50/EG) als grenswaarde onder andere een dagnorm vastgelegd van 50 µg/m3 die niet meer
dan 35 keer per jaar mag worden overschreden. (Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu,
2011)
Sinds 2005 is Nederland dan ook intensief bezig met het verminderen van de gehalte van PM10, maar
andere stoffen probeert Nederland minder uit te stoten om de klimaatverandering tegen te gaan.
Nederland had de ambitie om in 2009 te voldoen aan de grenswaarde per dag van PM10 alleen
voldoet Nederland waarschijnlijk pas in 2015 aan de grenswaarde per dag. (Rijkswaterstaat)
(Matthijsen & Visser, 2006)
Amsterdam en haar klimaatbeleid
De gemeente Amsterdam haar doelstelling is om in 2025 de CO2-uitstoot met 40% te verminderen
ten opzichte van 1990 (Duurzaamheidsprogamma, 2011). Daarnaast heeft de gemeente Amsterdam
een plan opgezet opdat er minder energie wordt verbruikt en de lucht in Amsterdam en rondom
Amsterdam schoner wordt. De gemeente Amsterdam wilt voor schonere lucht zorgen vanwege de
gezondheidsrisico’s en het broeikaseffect, maar het heeft natuurlijk ook invloed op hoeveel mensen
er in Amsterdam willen komen wonen en werken.
Eén van de oplossingen waar zij op gekomen is, is er voor zorgen dat meer mensen gaan fietsen.
Amsterdam is nog steeds nummer één als het om fietssteden gaat, maar er kunnen nog meer
mensen gaan fietsen. Hiervoor wilt zij zorgen door het verbeteren van de fietsvoorzieningen.
Hieronder verstaat men het verbeteren van fietspaden en het vergroten van het aantal
fietsparkeervoorzieningen.
Niet alleen de fietsvoorzieningen worden aangepakt, maar ook het OV (Openbaar Vervoer). Hoe
meer mensen er met het OV gaan, hoe minder auto’s er zich zullen begeven in en rond Amsterdam.
Dit heeft tot gevolg dat er minder uitlaatgassen worden uitgestoten. Om dit te idealiseren is
gemeente Amsterdam van plan en al bezig met het verbeteren van drukke overstappunten.
Daarnaast maakt het OV gebruik van schone brandstof en roetfilters. Dit draagt ook bij, bij het
verminderen van de uitstoot van uitlaatgassen.
8
Meten van aërosolen
Het meten van aërosolen wordt op twee manieren gedaan; vanaf de grond met de
zonfotometer en vanaf de lucht met een satelliet. De zonfotometer wordt ook als
controle gebruikt voor de satelliet, want wanneer deze eenmaal is gelanceerd kan
er niks worden verandert. De satelliet draait rond de aarde waarbij het steeds om
een nieuw stuk van de aarde gaat. Deze meet hoeveel zonlicht wordt weerkaatst en
kan met verschillende berekeningen de concentratie aërosolen berekenen.
Zonfotometer
Zonfotometer
Het meten van aërosolen kan vanaf de grond worden gedaan met een zonfotometer. De werking van
een zonfotometer is gebaseerd op twee LED’s. Deze twee LED’s worden gebruikt als detectors. Eén
LED is een detector voor groen licht met een golflengte van 508 nm. en de andere voor oranjerood
licht met een golflengte van 625 nm. Licht gaat namelijk door de ruimte doormiddel van golven. De
aërosolen hebben verschillende groottes. Hierom weerkaatsen zij alle een andere golflengte van het
licht terug; dit wordt gemeten. Wanneer u meet valt er zonlicht op één van de twee LED’s en gaat er
stroom lopen. De grootte van de stroom is gelijk aan de licht-intensiteit I.
De stroom loopt dan vervolgens over een weerstand, waar een voltmeter de spanning meet. Met
deze spanning kan men de Aërosol Optische Dikte te berekenen. AOD is een maat voor de
ondoorzichtigheid van de atmosfeer als gevolg van de aanwezige aërosolen. Bij het berekenen van de
AOD zijn er nog meer factoren die een rol spelen waaronder luchtdruk en temperatuur.
Doordat een LED het zonlicht meet, moet de invloed van andere lichtbronnen geweerd worden.
Daarom zitten de LED’s in een lichtdicht kastje in de aërosolen meter. Er is wel een kleine opening.
Om te zorgen dat er precies genoeg licht op de LED valt, is er een truc bedacht. Daarvoor zijn er rode
en groene stippen op de aërosolenmeter geplaatst zodat wanneer u het zonlicht precies op de stip
laat vallen, komt het zonlicht op de juiste LED terecht.
Met de aërosolen meter meet je de spanning die gelijk is aan de intensiteit van zonlicht. De
intensiteit I wordt gemeten in Wm-2. De intensiteit geeft aan hoeveel energie, in Joule, er valt per één
m2 per seconde.
De hoeveelheid licht die op de LED’s valt is afhankelijk van de stand van de zon. Hoe hoger de zon
staat, hoe meer zonlicht. Dus elke minuut van de dag moet het anders worden berekend.
Schematische tekening van de binnenkant van een
zonfotometer
9
Het onderzoek
Sinds 23 maart 2002 wordt er op de middelbare school Damstede, Amsterdam-Noord, met een
zonfotometer elke dag (als het zonnig is) door de leerlingen gemeten. Deze metingen worden in dit
onderzoek onderzocht. In het onderzoek wordt gekeken naar het verband van de temperatuur en de
aërosolen concentratie.
Methodologie
Zoals al eerder vermeld, werd dit onderzoek gedaan met behulp van een zonfotometer. Niet alleen
moet het zonnig zijn op de dag dat er gemeten wordt, maar het mag ook niet te heiig zijn. Het is
hierom belangrijk dat er gelet werd op de kleur van de lucht. Wanneer de lucht te wit was (dit wordt
aangegeven als “milky”) konden wij niet meten met de zonfotometer. De zonstralen worden dan
namelijk te veel gereflecteerd. De zonfotometer geeft de voltages aan. Deze worden opgeschreven
voor groen en rood licht. De gegevens worden later berekend in een formule.
Belangrijk bij het meten van aërosolen is dat er ook wordt opgeschreven de hoeveelheid bewolking
die aanwezig is in procenten, het soort bewolking en de luchtdruk. Wetenschappers en wijzelf
kunnen hier dan mee rekening houden bij berekenen van de aërosolen optische dichtheid; hoe
transparant de atmosfeer is op het moment dat er wordt gemeten.
Niet alleen gebruikten wij de zonfotometer, maar ook een temperatuurmeter. Deze wordt elke dag
afgelezen. De temperatuurmeter geeft de huidige temperatuur, de laagst gemeten temperatuur en
hoogst gemeten temperatuur aan. De temperatuurmeter is anderhalve meter geplaatst boven de
grond, omdat de temperatuur aan de grond altijd kouder is dan de eigenlijke luchttemperatuur.
De gegevens die verzameld werden met het meten, werden ingevoerd op de site van Globe
(www.globe.gov). Hierdoor heeft iedereen op de wereld toegang tot de metingen.
Op de site van Globe worden de gegevens in de formule voor Aerosol Optical Thickness gestopt.
Globe rekent het gelijk voor u uit, maar u kan het ook zelf met;
ln(𝑉0 ∶ 𝑅 2 ) − ln(𝑉 − 𝑉𝑑𝑎𝑟𝑘 ) − 𝑎𝑟 (𝑝 ∶ 𝑝0 )𝑚
𝑚
AOT staat natuurlijk voor Aerosol Optical Thickness
ln is logaritme oftewel elog 𝑥
V0 is de geijkte constante van de zonfotometer. Dit houdt in dat dit zou worden gemeten wanneer de
zonfotometer zich buiten de atmosfeer zou bevinden
R is de afstand tot de zon in AU. Dit is gemiddeld, maar doordat de aarde rond de zon draait is dit
getal niet altijd hetzelfde. R is dan ook uit te rekenen met een formule.
V is het voltage dat de zonfotometer aangeeft tijdens het meter
Vdark is het voltage dat de zonfotometer aangeeft wanneer er geen licht op valt
ar ligt aan de precieze golflengte waarop de detectors zijn afgesteld. Voor de zonfotometers van
Globe zijn dit de volgende getalen: voor groen 0.138 en voor rood 0.058.
P is de luchtdruk op het moment van meten
p0 is de luchtdruk op zeeniveau: 1013.2 millibar
1
m is de relatieve luchtmassa. Dit is uit te rekenen met 𝑚 = sin 𝑧𝑜𝑛𝑛𝑒ℎ𝑜𝑜𝑔𝑡𝑒ℎ𝑜𝑒𝑘 Dus het ligt er aan op
𝐴𝑂𝑇 =
welk tijdstip u meet. De hoek van de zon en aarde is namelijk elk moment van de dag anders.
(Calculating Aerosol Optical Thickness) (Candac, 1999)
De formule komt voort uit de theorie van Lord Rayleigh. Hij had het effect van de verstrooiing van de
deeltjes aangetoond. Dit verklaarde bijvoorbeeld ook waarom de lucht blauw is. Het effect is
vernoemd naar Lord Rayleigh; Rayleighverstrooiing.
10
Resultaten
In de onderstaande grafiek is de AOT uitgezet tegen de tijd. Deze grafiek bevat 474 metingen. Niet op
elke dag kon worden gemeten vanwege de weersomstandigheden en in de vakanties kon er niet
gemeten worden. Het gemiddelde is 43 metingen per jaar. Gezien er 195 dagen in een schooljaar
zitten, is dit toch veel. Vooral het feit dat in de zomerweken er niet kan worden gemeten terwijl dan
in het algemeen het beste weer is.
De OAT is geen rechte lijn. De grafiek heeft hoge pieken en dalen, maar wanneer er wordt gekeken
naar het aantal pieken, neemt dit aantal af en zijn deze pieken lager. Alleen aan het einde van de
grafiek neemt het aantal weer toe. Echter, als dit wordt vergeleken met het begin van 2003 en 2004
kan men zeggen dat de AOT is afgenomen.
In de onderstaande grafiek is de temperatuur die op het moment werd gemeten uitgezet tegen de
tijd. De grafiek loopt van 22 maart 2002 tot 22 maart 2003. Deze grafiek bevat 83 metingen. De
metingen werden gedaan tussen 13.00 en 13.30 uur.
Solar Noon Temperature Dailies (°C)
30
20
10
Solar Noon Temperature Dailies
(°C)
0
-10
Het gemiddelde van dat jaar, volgens deze grafiek, lag op 8.6 graden Celsius.
De grafieken van de gemeten minimum en het maximum per dag in dat jaar staan op de volgende
bladzijde weergeven.
11
Minimum Daily Temperature (°C)
15
10
5
0
Minimum Daily Temperature
(°C)
-5
-10
Het gemiddelde minimum, volgens deze grafiek, lag in dat jaar op 4.5 graden Celsius.
Echter, in de kerstvakantie en in de krokusvakantie werd er niet gemeten. Het kan zo zijn dat het
gemiddelde eigenlijk lager lag, maar in de zomervakantie werd ook niet gemeten waardoor het
gemiddelde juist weer omhoog kan gaan. De zomer van 2002 was een warme en natte zomer met
een hoger gemiddelde dan de jaren daarvoor. Hierom denk ik dat het gemiddelde eigenlijk hoger zal
liggen.
Maximum Daily Temperature (°C)
25
20
15
10
5
Maximum Daily Temperature
(°C)
0
-5
-10
Het gemiddelde maximum, volgens deze grafiek, in dat jaar lag op 9.9 graden Celsius.
Echter, hierbij is hetzelfde probleem als bij de grafiek voor het minimum is uitgelegd. Het gemiddelde
voor de maximum temperatuur zal waarschijnlijk hoger liggen dan dat hier is uitgerekend.
In de grafiek, die op de volgende bladzijde is weergeven, is de temperatuur die op het moment werd
gemeten uitgezet tegen de tijd. De grafiek loopt van 22 maart 2012 tot 22 maart 2013. Deze grafiek
bevat 90 metingen. Ook deze metingen werden tussen 13.00 en 13.30 uur gedaan.
12
Solar Noon Temperature Dailies (°C)
30
20
10
Solar Noon Temperature
Dailies (°C)
0
-10
Het gemiddelde van dat jaar volgens deze grafiek lag op 11.1 graden Celsius.
De grafieken van de gemeten minimum en het maximum per dag in dat jaar staan hieronder
weergeven.
Minimum Daily Temperature (°C)
25
20
15
10
Minimum Daily Temperature (°C)
5
0
-5
Het gemiddelde minimum volgens deze grafiek lag in dat jaar op 8.2 graden Celsius.
Maximum Daily Temperature (°C)
35
30
25
20
15
Maximum Daily Temperature (°C)
10
5
0
Het gemiddelde maximum volgens deze grafiek lag in dat jaar op 21 graden Celsius
13
In het jaar van 22 maart 2004 tot 22 maart 2005 is in de grafiek voor AOT te zien dat deze hoge
uitschieters kent. De vraag is dan ook hoe de temperatuur in dit jaar was. Ook is het jaar 22 maart
2007 tot 22 maart 2008 interessant, omdat in dat jaar de AOT erg laag ligt.
De onderstaande grafieken gaan over deze jaren. Als eerste zijn de grafieken voor het jaar 22 maart
2004 tot 22 maart 2005 te zien. In dit jaar zijn er 121 metingen gedaan. Ook deze grafieken zijn
uitgezet tegen de tijd.
Solar Noon Temperature Dailies (°C)
30
20
10
Solar Noon Temperature
Dailies (°C)
0
-10
Het gemiddelde van dat jaar, volgens deze grafiek, lag op 11.0 graden Celsius.
Minimum Daily Temperature (°C)
20
15
10
5
Minimum Daily Temperature
(°C)
0
-5
-10
Het gemiddelde minimum, volgens deze grafiek, lag in dat jaar op 8.1 graden Celsius.
Maximum Daily Temperature (°C)
40
30
20
Maximum Daily Temperature
(°C)
10
0
Het gemiddelde maximum, volgens deze grafiek, lag in dat jaar op 13.8 graden Celsius.
14
De onderstaande grafieken zijn de grafieken die bij het jaar 22 maart 2007 tot 22 maart 2008. In dit
jaar zijn er 118 metingen verricht.
Solar Noon Temperature Dailies (°C)
30
20
10
Solar Noon Temperature
Dailies (°C)
0
Het gemiddelde van dat jaar, volgens deze grafiek, lag op 12.0 graden Celsius.
Minimum Daily Temperature (°C)
25
20
15
10
5
Minimum Daily Temperature
(°C)
0
-5
-10
Het gemiddelde minimum, volgens deze grafiek, lag in dat jaar op 7.9 graden Celsius.
Maximum Daily Temperature (°C)
30
25
20
15
Maximum Daily Temperature
(°C)
10
5
0
Het gemiddelde minimum, volgens deze grafiek, lag in dat jaar op 13.8 graden Celsius.
15
Om het overzichtelijker te maken en het beter te kunnen te vergelijken staat hieronder nog een
staafdiagram van de gekozen jaartalen naast elkaar en hun temperaturen.
25
20
15
minimum temperatuur
maximum temperatuur
10
dagelijkse temperatuur
5
0
2002-2003 2004-2005 2007-2008 2012-2013
In het totaal zijn er 1678 temperatuur metingen verricht tussen 22 maart 2002 en 22 maart 2013,
maar niet alle gegevens paste in één grafiek vandaar de spreiding.
16
Discussie en conclusie
Zoals uit de resultaten is voortgekomen, blijkt dat de periode 2012-2013 aanzienlijk warmer was dan
de periode 2002-2003. In de periode 2002-2003 was de concentratie aërosolen hoger gemeten dan
in 2012-2013. Uit deze waarnemingen volgt dat hoe hoger de concentratie aërosolen, hoe lager de
gemiddelde temperatuur. Echter, er wordt ook gekeken naar 2004-2005 en 2007-2008.
In 2004-2005 zijn de temperaturen bijna gelijk aan die van 2007-2008 en 2012-2013. Het verschilt in
de dagelijkse temperatuur met 2007-2008 en in de maximale temperatuur met 2012-2013. Terwijl
2007-2008 en 2012-2013 een lage concentratie aërosolen hebben vergeleken met 2004-2005.
Ook de concentratie aërosolen in de lucht in het jaar 2002-2003 is aan de hoge kant en ook hier zijn
de gemiddelde temperaturen net iets lager liggen dan in 2007-2008 en 2012-2013.
In al deze periodes zijn er geen grote uitbarstingen van vulkanen geweest of iets dergelijke. Mocht dit
wel zijn gebeurt dan kan men het koppelen aan deze gebeurtenissen. Alleen omdat dit dus niet het
geval is, kan ik concluderen dat een lagere concentratie aërosolen leidt tot een hogere temperatuur.
Dit komt waarschijnlijk doordat er minder zonnestralen worden geabsorbeerd door aërosolen, wat er
toe leidt dat er meer zonnestralen het aardoppervlakte kunnen bereiken.
Daarnaast is er het feit dat er niet goed kan zijn gemeten. Dit kan inderdaad het geval zijn, maar dan
voor één of twee keer. Daarnaast is er nog het feit dat er niet in de vakanties kan worden gemeten
aangezien de school is gesloten, maar dit zijn bij elkaar 12 weken. Inderdaad kan het zo zijn dat juist
in deze 12 weken de extreemste temperaturen of extreemste concentraties aërosolen zijn. Dit is
alleen niet altijd het geval en deze extremen worden gecompenseerd in het jaar gemiddelde van de
dagelijkse temperatuur. Daarnaast is het aantal gegevens zo groot dat deze keren kunnen worden
verwaarloost en de resultaten die in dit document worden getoond kloppen.
17
Bibliografie
Duurzaamheidsprogamma. (2011). Opgeroepen op september 23, 2013, van Amsterdam.nl:
http://www.amsterdam.nl/gemeente/organisatie-diensten/dienstruimtelijke/duurzaamheid/
Nader verklaard; Broeikaseffect. (2011, februari 11). Opgeroepen op september 23, 2013, van KNMI:
http://www.knmi.nl/cms/content/26197/broeikaseffect
Aben, J., Ameling, C., Beck, J., Boere, A., Breugel, P. v., Brink, H. t., et al. (Oktober2002). On health
risks of ambient PM in the Netherlands.
AHN2. (sd). Hoe hoog woont u? Opgeroepen op oktober 6, 2013, van
http://ahn.geodan.nl/ahn/viewer3/postcodetool.html
Boer, M. d., Kalsbeek, G., Mennen, H., Oost, K., & Prinsen, H. (2006). Buitenland (AK 4 VWO). EPN.
Calculating Aerosol Optical Thickness. (sd). Opgeroepen op oktober 4, 2013, van Calculating Aerosol
Optical Thickness: https://www.cs.drexel.edu/~dbrooks/globe/aot_eq.html
Candac. (1999, juli 7). Aerosol Optical Thickness. Opgeroepen op oktober 4, 2013, van Candac:
http://www.candac.ca/candac/Outreach/Teacher_Resources_Index/tri/25.pdf
KNMI. (27, september 2013). Zeespiegelstijging. Opgeroepen op oktober 6, 2013, van Koninklijk
Nederlands Meteorologisch Instituut:
http://www.knmi.nl/cms/content/73883/zeespiegelstijging
Matthijsen, J., & Visser, H. (2006). PM10 in Nederland.
Perizonius, M. (2013, september 16). Antarctica smelt ook van onderaf. Opgeroepen op oktober 6,
2013, van Web.nu: http://www.welingelichtekringen.nl/wetenschap/220262/antarcticasmelt-ook-van-onderaf.html
Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu. (2011, oktober 10). Daggemiddelde grenswaarde fijn
stof . Opgeroepen op oktober 1, 2013, van Rijksinstituut voor Volksgezondheid en Milieu:
http://www.rivm.nl/Documenten_en_publicaties/Algemeen_Actueel/Nieuwsberichten/2011
/Daggemiddelde_grenswaarde_fijn_stof
Rijkswaterstaat. (sd). Luchtkwaliteit. Opgeroepen op oktober 1, 2013, van Kenniscentrum InfoMil:
http://www.infomil.nl/onderwerpen/klimaat-lucht/luchtkwaliteit/nsl/wettelijk-kader/
Sande, A. v. (sd). Wet van Archimedes. Opgeroepen op oktober 6, 2013, van megawetenschappen.nl:
http://www.megawetenschap.nl/archimedes.html
Overige werken:
Aërosolen en vuile lucht (Gecertificeerde NLT module voor havo)
18
Overige internet pagina’s:
http://www.geologievannederland.nl/tijd/reconstructies-tijdvakken/perm
http://www.falw.vu.nl/nl/voor-het-vwo/wetenschap-in-gewonewoorden/Aardwetenschappen/klimaat/laatste-ijstijd.asp
http://www.klimaatportaal.nl/pro1/general/start.asp?i=0&j=0&k=0&p=0&itemid=601
http://www.compendiumvoordeleefomgeving.nl/indicatoren/nl0474-Deeltjesvormigeluchtverontreiniging%3A-oorzaken-en-effecten.html?i=14-65
https://www.longfonds.nl/over-longen/gezonde-longen/longblaasjes#
http://www.bioplek.org/animaties/longen/longblaasjes.html
http://www.milieucentraal.nl/thema%27s/thema-1/klimaat-enmilieuproblemen/klimaatverandering/broeikaseffect/
http://www.knmi.nl/cms/content/21564/broeikasgas_methaan
19