kunstbus

Ben jij de slimste mens? Test je kennisniveau op YaGooBle.com.
Dit artikel is 24 01 2018 14:14 voor het laatst bewerkt.

aerosolen

Een aerosol is een (colloïdaal) mengsel/suspensie van vaste (fijnstof) of vloeibare (waterdamp) deeltjes in een gas (de lucht).

Een colloïde is (veel) groter dan een molecuul. Het heeft een diameter tussen 1 en 1000 nm of nanometer (een miljardste deel van een meter).
Een colloïde heeft enkele eigenschappen met het molecuul gemeen, maar omdat het groter is dan een molecuul verschilt het er onder andere van wat betreft microscopische zichtbaarheid, het Tyndall-effect, lichtbreking, verstrooiing, sedimentatie, concentratiegradiënt en elektroforetische eigenschappen, magnetische eigenschappen en grensvlakactiviteit.
Colloïdale deeltjes bevinden zich in een gasvormig, vloeibaar of vast medium en vormen dus samen met dit medium een colloïdaal systeem of mengsel.

Een aerosol is zo'n 0,1 tot 100 micrometer groot. Een micrometer, micron of mu (symbool µm) is gelijk aan een duizendste deel van een millimeter. Aerosolen zijn dus zo klein dat je ze niet kunt zien zonder microscoop.

Wolken en mist zijn voorbeelden van grote formaties (rond vaste aerosolen gecondenseerde) vloeibare aerosolen (waterdamp).

Aerosolen met vaste deeltjes worden ruwweg in vijf categorieën ingedeeld: stof, roet, sulfaat, zeezout en organisch aerosol. Stof en zeezout hebben een diameter die groter is dan 1 μm, de diameter van roet, sulfaat en organisch aerosol is kleiner dan 1 μm.

Een aerosol met vaste deeltjes kan ontstaan uit natuurlijke bronnen, zoals virussen, pollen, (woestijn)zand of zeezout door stormen, roet en organisch aerosol van bosbranden en stof en sulfaat van vulkaanuitbarstingen, of door menselijke activiteiten, bijvoorbeeld sulfaat en roet afkomstig van industrie en transport.

Vrijwel alle aerosolen die van het aardoppervlak of de oceaan afkomstig zijn, bevinden zich in de onderste 5 km van de troposfeer. In deze onderste laag van de atmosfeer zweven veel druppeltjes en stofdeeltjes met een grote variatie in grootte. Ook aerosol-concentraties vertonen grote verschillen, zowel wat betreft tijdstip op de dag als plaats op aarde. Per cm³ kun je een paar honderd tot zelfs een miljoen aerosol-deeltjes aantreffen. De concentratie kan snel veranderen omdat veel aerosolen maar kort (ongeveer een week) in de atmosfeer verblijven. De omstandigheden in de troposfeer bepalen hoelang. Sterke wind verplaatst vooral de lichtere deeltjes over grote afstanden. Als het hard waait kan een wolk aerosolen snel voorbij waaien. Een hele instabiele troposfeer doet de deeltjes tot grote hoogte opstijgen waardoor hun verblijf in de troposfeer langer is. Ook de bron maakt uit: rond sterk vervuilde bewoonde gebieden zal de concentratie veel hoger zijn dan rond onbewoond gebied. Na een brand kan de hoeveelheid aerosol heel groot zijn en na een regenbui heel klein. 

Aerosolen die door de mens in de troposfeer terechtkomen, hebben daar een verblijf van een paar uur tot hooguit een paar dagen. Deeltjes groter dan 10 μm verdwijnen snel uit de atmosfeer vanwege hun grotere gewicht. De regen zorgt ervoor dat de aerosolen uiteindelijk weer naar het aardoppervlak terugkeren. Het meest effectief worden deeltjes groter dan 7 μm door de regen verwijderd.

Stormen over de woestijn brengen de grootste massa aan aerosol in de atmosfeer. Dat lichte stofdeeltjes lang in de troposfeer kunnen blijven blijkt wel uit het feit dat Saharastof bij een zuidelijke windrichting soms tot in Nederland te vinden is. Auto’s en ramen zitten dan onder een donkergeel of roodgekleurd laagje woestijnstof. Bij een meer oostelijke windrichting kan het Saharastof, dat tot hoogten van 5 km weet door te dringen, de Atlantische oceaan oversteken en Noord-Amerika bereiken.

Bij een vulkaanuitbarsting worden deeltjes van verschillende afmetingen verspreid. De zwaardere deeltjes blijven in de troposfeer achter maar een deel kan doordringen tot de stratosfeer. Als gevolg van de stabiele opbouw van de stratosfeer en de geringe verticale bewegingen hier, kunnen aerosolen die verspreid worden door vulkaanuitbarstingen jarenlang in de stratosfeer blijven hangen.

Uit historische verslagen van vulkaanuitbarstingen blijkt hoezeer de verkoelende werking van aerosolen merkbaar is in grote delen van de wereld. Na de uitbarsting van de Tambora, een vulkaan in Indonesië, in 1915 beleefden de bewoners van de aarde een jaar ‘zonder zomer'. In 1916 mislukten de oogsten in Noord-Amerika. In de zomer van dat jaar werd in grote delen van Noord-Amerika en Europa sneeuwval vastgesteld. Dit werd toegeschreven aan de uitbarsting van de Tambora. In 1883 barstte een andere grote Indonesische vulkaan uit, de Krakatau. Na deze uitbarsting werden op veel plaatsen in de jaren erna lagere temperaturen gemeten. Veel recenter is de uitbarsting van de Pinatubo op de Filippijnen, in 1991. In de twee jaren die volgden op deze uitbarsting werd een wereldwijde daling van de temperatuur vastgesteld van 1,25°C. 

Invloed op het klimaat
Aerosolen hebben een direct en een indirect effect op het klimaat. Sommige dragen bij aan het broeikaseffect, maar andere zorgen juist dat het kouder wordt op aarde.

Aerosolen kunnen de invallende straling van de zon absorberen en verstrooien of weerkaatsen; het directe effect van aerosolen op het klimaat. Aerosolen absorberen niet alleen zichtbaar licht, maar ook infrarode (IR) en ultraviolette (UV) straling. Met name roet absorbeert veel IR en stofdeeltjes absorberen veel UV.

Andere aerosoldeeltjes in de atmosfeer werken weer als condensatiekernen (Condensation Nuclei = CN) voor water waarmee zij de hoeveelheid waterdruppeltjes en dus hoeveelheid bewolking beïnvloeden; het indirecte effect van aerosolen op het klimaat. In vochtige lucht zal op relatief koelere fijne stofdeeltjes water condenseren, wat tot de vorming van wolken, nevel of mist leidt. Zonder fijnstof zwevend in de lucht, zouden er dan ook veel minder wolken zijn. Ook de elektrische lading van de deeltjes heeft een groot effect op het gedrag en het effect van de aerosool en de wolkenvorming.

Als condensatiekernen kunnen allerlei natuurlijke vaste stoffen dienen zoals klei- of zanddeeltjes, organische deeltjes van bijvoorbeeld planten zoals pollen, zoutkristallen die door de wind van de oceanen worden meegevoerd. Daarnaast zijn er condensatiekernen van niet natuurlijke oorsprong zoals vaste deeltjes die ontstaan bij chemische processen, waaronder roet dat vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen. Ook slijtagemateriaal van autobanden en remblokken dragen relatief veel bij aan het aantal kleine vaste deeltjes in de lucht. Tijdens de jaarwisseling ontstaat in dichtbevolkte gebieden, vooral in Nederland, vaak een uitzonderlijk hoge concentratie aan condensatiekernen als gevolg van het grootschalig afsteken van vuurwerk, wat tot zeer dichte mist kan leiden.

De Stralingsbalans
De zon zorgt voor de aanvoer van alle energie die we op aarde gebruiken of nog in voorraad hebben, o.a. via fossiele brandstoffen. Door de kernfusieprocessen in de zon worden er voortdurend grote hoeveelheden energie geproduceerd, die in de vorm van elektromagnetische straling de ruimte ingezonden worden. Een héél klein gedeelte van deze energie bereikt de aarde. De aarde reflecteert een deel van de zonne-energie, en zendt de rest als warmtestraling ook weer uit, de ruimte in.

De stralingsbalans is in evenwicht als de inkomende hoeveelheid energie gelijk is aan de uitgaande hoeveelheid energie.

Om veranderingen in het klimaat goed te begrijpen moeten we de factoren die de balans uit evenwicht kunnen brengen kennen. Hoe verstoren extra broeikasgassen en aerosolen de balans?

De inkomende zonne-energie wordt:
a) voor 30% (6%+20%+4%) door de atmosfeer, aerosolen en wolken direct weer de ruimte ingezonden.

b) voor 19% (16%+3%) door de atmosfeer, aerosolen en wolken geabsorbeerd.

c) voor 51% door de aardbodem en de oceanen geabsorbeerd. De bodem, het water en de vegetatie worden zo verwarmd.

d) voor 70% (19%+51%) moet dus weer uitgestraald worden door atmosfeer, aerosolen, wolken en aardoppervlak om de stralingsbalans te bereiken.

De aardatmosfeer en het aardoppervlak zenden de geabsorbeerde energie weer als infrarode (warmte-)straling de ruimte in. Een klein deel van de warmte verlaat als straling rechtstreeks de aarde, een groter deel belandt in allerlei kringlopen in de atmosfeer. Om ijs en water te verdampen is bijv. veel energie nodig: in de vanuit het aardoppervlak opstijgende waterdamp, waaruit de wolken ontstaan, is deze energie latent (verborgen) aanwezig.

Broeikasgassen als koolstofdioxide (CO2) en methaan (CH4) houden energie ‘vast’ in de atmosfeer, doordat zij de warmtestraling weer ‘terugkaatsen’ richting het aardoppervlak. Een belangrijke oorzaak van de klimaatverandering is dus de toename van de concentratie broeikasgassen in de atmosfeer. Maar ook veel andere gassen én de aerosolen spelen een rol bij de klimaatverandering. Broeikasgassen veroorzaken opwarming; aerosolen veroorzaken echter zowel opwarming als afkoeling. De bijdrage van aerosolen is nog slecht begrepen. Zeker voor wat betreft de indirecte bijdrage van rond vaste aerosolen gecondenseerde wolkenvorming aan het klimaat.

Aerosolen hebben dus zowel een directe als een indirecte invloed op het klimaat. Onder het directe effect van aerosolen worden de reflecterende en absorberende eigenschappen verstaan. Reflecterende deeltjes hebben een verkoelende werking op de atmosfeer omdat ze direct zonlicht reflecteren naar de ruimte. Zonlichtabsorberende aerosolen, bijv. roet, hebben het tegenovergestelde effect. Zij dragen bij aan de opwarming van de atmosfeer omdat ze energie van de zon absorberen.

Een indirect effect van aerosolen op de atmosfeer is de rol bij de vorming van wolken, doordat ze als condensatiekernen fungeren. De mate waarin de temperatuur verandert door wolkenvorming hangt sterk af van de hoeveelheid en het type bewolking. Bij aanwezigheid van veel middelbare en lage bewolking treedt over het algemeen een netto afkoelend effect op omdat deze bewolking veel zonnestraling reflecteert en weinig infrarode straling uitzendt. Wolken met een hoog gehalte aan condensatiekernen waardoor zij uit veel kleinere druppeltjes bestaan hebben een grotere reflectiecapaciteit en een langere uitregentijd waardoor zij zorgen voor een sterkere afkoeling van de atmosfeer.

De aanwezigheid van aerosolen in de atmosfeer veroorzaakt, wanneer de opwarmende en de afkoelende effecten samen beschouwd worden, een daling van de temperatuur op aarde met ongeveer 0,5°C. Het netto effect van de atmosferische opwarming of afkoeling hangt af van de aerosolgrootte, de hoogte waarop de aerosolen zich bevinden, de vorm van de deeltjes, het soort aerosolen en de afstand die ze afgelegd hebben vanaf de bron. Hoe groter de afstand is die aerosolen afleggen, des te langer kunnen zij het klimaat beïnvloeden.

Waterdamp
Waterdamp in de lucht noemen we luchtvochtigheid. De hoeveelheid waterdamp in de atmosfeer is niet altijd en overal hetzelfde. De volgende grootheden geven aan hoeveel waterdamp er in de lucht aanwezig is: de dampspanning (e), de relatieve luchtvochtigheid (U) en de dauwpuntstemperatuur (Td).

De dampspanning of dampdruk (e)
De dampspanning is de kracht die door de waterdampmoleculen in de lucht wordt uitgeoefend op 1 m² van het aardoppervlak. De eenheid waarin de dampspanning wordt uitgedrukt is Pascal (Pa). De dampspanning is veel lager dan de luchtdruk (kracht van de totale luchtkolom op 1 m³ van het aardoppervlak).

Hoeveel waterdamp de lucht kan bevatten is afhankelijk van de temperatuur. De maximale hoeveelheid vocht die de lucht bij een bepaalde temperatuur kan bevatten wordt de verzadigingsdampspanning (es) genoemd. Als deze overschreden wordt gaat het teveel aan waterdamp condenseren en ontstaan er druppeltjes (wolken).

Relatieve luchtvochtigheid (U)
De verhouding tussen de heersende waterdampspanning (e) en de verzadigingsdampspanning (es) voor de heersende temperatuur wordt relatieve luchtvochtigheid (U) genoemd. Deze grootheid wordt uitgedrukt in een percentage: U =  e/es x 100%. Als de verzadigingsdampspanning in een grafiek wordt uitgezet tegen de temperatuur, ontstaat een lijn die tevens weergeeft bij welke waarden de relatieve luchtvochtigheid 100% bedraagt.

Dauwpuntstemperatuur (Td)
Het dauwpunt is de temperatuur waarbij waterdamp begint te condenseren door afkoeling van de lucht zonder dat er vocht wordt toegevoerd of afgevoerd (bij gelijkblijvende luchtdruk). Bij het bereiken van de dauwpuntstemperatuur is de lucht juist verzadigd met waterdamp, de relatieve luchtvochtigheid is dan 100%. Zodra door afkoeling de dauwpuntstemperatuur bereikt of overschreden wordt, gaat de waterdamp condenseren, dat wil zeggen: er ontstaan waterdruppels. De grafiek van es tegen T, die weergeeft hoe de verzadigingsdampspanning toeneemt met de temperatuur, kan ook opgevat worden als de lijn die de dauwpuntstemperaturen weergeeft.

Natteboltemperatuur
Naast het laten afkoelen van de lucht om het verzadigingspunt te bereiken is een andere manier het toevoegen van waterdamp. Om waterdamp te laten ontstaan, dus om vloeibaar water te laten verdampen, is energie nodig. Deze energie wordt in de vorm van warmte aan de lucht onttrokken, waardoor de lucht afkoelt. Door de afkoeling en de toevoer van waterdamp raakt de lucht verzadigd en treedt er condensatie op. De temperatuur waarbij dit gebeurt is de natteboltemperatuur, die altijd hoger is dan de dauwpuntstemperatuur.

Condensatiekernen
Om waterdamp in de lucht te laten condenseren en druppelvorming te krijgen, is het niet voldoende dat de lucht verzadigd is. Er zijn condensatiekernen nodig die het proces van druppelvorming op gang brengen. Zonder dergelijke condensatiekernen is een oververzadiging van maar liefst 400% mogelijk. Condensatiekernen zijn dus nodig voor de vorming van wolken. Aerosolen vormen dergelijke condensatiekernen. Bij een hoge aerosolconcentratie zijn veel condensatiekernen beschikbaar, waardoor er eerder wolken zullen ontstaan dan bij een lage aerosolconcentratie. Daarbij geldt dat de wolken die ontstaan bij een hoge aerosoldichtheid meer kleinere druppeltjes vormen dan wanneer er minder condensatiekernen aanwezig zijn. De kleine druppeltjes voegen zich minder snel samen tot grotere druppels, waardoor het langer duurt voordat ze uitregenen. De wolk blijft zo langer bestaan. Aerosolen beïnvloeden het klimaat doordat ze verantwoordelijk zijn voor méér wolkenvorming én voor een langere levensduur van wolken.

Wolken
Wolken spelen een belangrijke rol in de hydrologische cyclus van de aarde en in de energiebalans van het klimaatsysteem. Zij hebben een groot effect op de stralingsbalans door het reflecteren van zonnestraling naar het heelal. Doordat de druppeldichtheid in een wolk groter wordt naarmate het aantal aerosolen toeneemt, zal het albedo van de wolk ook toenemen. Een vergroting van het gemiddelde albedo van de aardse atmosfeer met 10% als gevolg van toenemende wolkenvorming kan leiden tot een oppervlaktetemperatuur die vergelijkbaar is met de temperatuur tijdens een ijstijd.

Maar wolken kunnen de afkoeling ook weer verminderen. Dit komt doordat zij een deel van de infrarode straling (warmte) absorberen die door het aardoppervlak wordt uitgezonden. Deze warmte stralen ze vervolgens weer naar boven en naar beneden uit (emitteren). Hoeveel warmte ze absorberen hangt af van hun temperatuur. Hoge (koude) wolken absorberen netto meer warmtestraling dan lage wolken, die warmer zijn. In de stralingsbalans in de afbeelding hierboven is te zien hoeveel procent van de ingekomen straling van de zon en de aarde door wolken wordt gereflecteerd, geabsorbeerd en geëmitteerd.

De mate waarin de temperatuur verandert door wolkenvorming is afhankelijk van de hoeveelheid en het type bewolking. Als er veel middelbare en lage bewolking is, ontstaat een netto afkoelend effect omdat deze bewolking veel zonnestraling reflecteert en weinig infrarode straling emitteert. Het toenemen van hoge bewolking heeft een opwarmend effect vanwege de lage temperatuur ervan. Er vindt wolkenvorming plaats als gevolg van de aanwezigheid van aerosolen, maar wat dit betekent voor het klimaat is nog niet zeker.

Rond industriegebieden is de uitstoot van aerosolen door het verbranden van fossiele brandstoffen erg groot. Deze verbranding is een belangrijke bron van sulfaat-aerosolen (zwavelhoudend). Het verschil met de sulfaat-aerosolen die bij een vulkaanuitbarsting vrijkomen is dat deze 'industrie-aerosolen' met minder kracht de atmosfeer in gebracht worden en dat ze dus minder hoog komen. In tegenstelling tot de vulkanische aerosolen, die tot in de stratosfeer doordringen, blijven zij in de troposfeer hangen. Veel van deze deeltjes in de troposfeer gaan als condensatiekernen fungeren, waardoor ze leiden tot toenemende wolkenvorming. Het duurt gemiddeld een week voordat deze aerosolen uitregenen en hun effect verdwijnt. De afkoelende werking door deze aerosolen blijft meestal beperkt tot een gebied rond de bron, op niet al te grote afstand er vandaan.

Wolkensporen
Het optreden van wolkensporen achter schepen is een duidelijk voorbeeld van de rol van condensatiekernen bij wolkenvorming. Op satellietfoto's zijn achter schepen op open zee of op oceanen scheepswolken te zien die 1000 kilometer lang kunnen zijn, en die een breedte hebben van enkele kilometers (dichtbij het schip) tot tientallen kilometers (op enige afstand). Er is door wetenschappers veel onderzoek gedaan naar het ontstaan van deze scheepswolken.

De verbrandingsgassen van scheepsmotoren bevatten veel zwaveldeeltjes. Deze zwaveldeeltjes zijn hygroscopisch, dat wil zeggen: ze trekken waterdamp aan. In contact met waterdamp veranderen zwaveldeeltjes in zwavelzuur (H2SO4). De lucht waarin schepen op de oceaan zich bevinden is relatief schoon, er is weinig luchtvervuiling door de mens. In de rookpluim van een schip bevinden zich dus veel meer condensatiekernen dan in de omgevende lucht. Waterdamp uit de omgevende lucht wordt naar de rookpluim toe getrokken en bindt zich aan de aanwezige condensatiekernen. Zo ontstaat een wolk achter het schip.

Het onderzoek van scheepswolken heeft uitgewezen dat het aantal waterdruppeltjes per cm³ in de scheepswolk het dubbele is van wat daarbuiten in de schone lucht wordt gemeten. De diameter van de druppeltjes is 6% kleiner dan in wolken die in relatief schone lucht ontstaan. Als gevolg van het grotere aantal druppeltjes en de kleinere omvang ervan, is de reflectie van een scheepswolk veel groter dan van bewolking in de omringende lucht. Satellietgegevens laten zien dat scheepswolken rond 13% helderder zijn dan gewone wolken.

Als de lucht rondom het schip wél vervuild is zal er nauwelijks aantrekking van waterdamp plaatsvinden door de gassen die het schip uitstoot, omdat er al veel condensatiekernen in de omringende lucht zitten, die zelf ook waterdamp binden. Boven de Middellandse Zee of de Oostzee worden ook geen scheepswolken waargenomen, omdat de lucht boven deze zeeën vanaf het land komt en daardoor al veel condensatiekernen bevat. Bij Noordwestenwind kunnen op de Noordzee wél scheepswolken geregistreerd worden, omdat er dan schone lucht vanaf de Atlantische oceaan wordt aangevoerd.

Het onderzoek naar scheepswolken op de oceaan maakt heel goed duidelijk dat de mens de wolkenvorming beïnvloedt via aerosolen, omdat op de oceaan geen andere verstorende menselijke invloeden optreden. Door dit onderzoek komt de rol die aerosolen spelen in de klimaatverandering duidelijk naar voren.

Vliegverkeer
Een andere belangrijke oorzaak van wolkenvorming in de atmosfeer is het vliegverkeer. De uitlaatgassen van een vliegtuigmotor zijn warm en hebben een hoog gehalte aan waterdamp. De lucht om het vliegtuig heen is erg koud. Koude lucht kan maar weinig waterdamp bevatten en de extra waterdamp, die door het vliegtuig in de lucht wordt gebracht, leidt daarom direct tot het ontstaan van wolken. Deze wolken hebben de vorm van strepen. Door de lage temperatuur op deze hoogte bestaan de vliegtuigstrepen voor een groot deel uit ijskristallen. De streep begint meestal een eindje achter het vliegtuig, omdat de warmte van de uitlaatgassen wolkenvorming dichtbij de motoren belemmert.

De vliegtuigstrepen worden ook wel contrails genoemd, dit is een samenvoeging van de Engelse woorden condensation en trails (sporen). Als de omgevingslucht vochtig is (maar niet vochtig genoeg om zelf wolken te vormen) kunnen de vliegtuigstrepen lange tijd blijven bestaan en wijd uitwaaieren.

Het driedaagse vliegverbod boven de Verenigde Staten na de aanslagen van 11 september 2001 heeft nieuwe bewijzen opgeleverd voor de effecten van vliegverkeer op het klimaat. De atmosfeer was in deze dagen vrijwel wolkenloos. Cirrusbewolking die gewoonlijk ontstaat uit condensatiesporen achter vliegtuigen, was er niet. De temperatuurmetingen van deze drie dagen in de VS lieten zien dat het verschil tussen de dag- en de nachttemperatuur ruim een graad groter was dan normaal. Dus de aanwezigheid van vliegtuigstrepen blijkt het temperatuurverloop over een etmaal met zeker 1 graad te dempen: overdag blijft het aan de grond koeler, terwijl het 's nachts minder afkoelt. Hieruit blijkt hoe groot de invloed van extra bewolking op de temperatuur is.

Wolkenvorming en klimaat
Bij verbranding van fossiele brandstoffen komt naast koolstofdioxide (CO2) ook zwaveldioxide (SO2) vrij. Dit laatste bevordert de wolkenvorming, verhoogt de reflectiviteit van de bewolking en onderdrukt de neerslag. Zonlicht dat door bewolking wordt teruggekaatst bereikt het aardoppervlak niet en kan dus niet worden vastgehouden door het broeikaseffect. Dit leidt tot een daling van de temperatuur. Helaas weegt dit afkoelende effect niet op tegen het opwarmende effect van de broeikasgassen. CO2 blijft jarenlang in de atmosfeer en verspreidt zich over de gehele aarde. De opwarming door CO2 is mondiaal, terwijl het temperende effect van SO2 slechts lokaal is, want SO2 heeft een korte verblijfstijd in de atmosfeer, omdat het snel uitregent. Overigens heeft dit laatste weer een ander negatief effect omdat deze neerslag een lage pH heeft: ‘zure regen’.

Elektromagnetische straling
Aerosolen kunnen zichtbaar zonlicht, maar bijv. ook infrarode straling weerkaatsen of absorberen. Zichtbaar licht is een vorm van elektromagnetische straling. Dit is echter maar een klein gedeelte van het totale elektromagnetisch spectrum. Ook radiogolven, microgolven, infrarode- en ultraviolette straling, Röntgenstraling en gammastraling horen bij dit spectrum. Alle elektromagnetische straling plant zich als een transversale golf voort. Een transversale golf is een golf waarbij de deeltjes trillen in een richting loodrecht op de voortplantingsrichting van de golf. Verschillende soorten elektromagnetische straling hebben verschillende golflengtes. De golflengte wordt aangeduid met het symbool λ, de Griekse letter labda.

Met ons oog kunnen we de verschillende golflengten in zichtbaar licht onderscheiden. We noemen dit de kleur van het licht. Verschillende kleuren licht zijn dus eigenlijk elektromagnetische golven met verschillende golflengte. Zo onderscheiden we onder andere rood licht (met λ = 675 nm) van geel licht (λ = 565 nm) en van blauw licht (λ = 480 nm). Met een prisma kunnen we wit licht splitsen in de verschillende kleuren.

Licht kun je echter niet uitsluitend als een golfverschijnsel beschouwen. Al vanaf de 17e eeuw zijn er eigenlijk twee lichttheorieën: de golftheorie van de Nederlander Huygens en de deeltjestheorie van de grote natuurkundige Newton. Sommige eigenschappen van licht zijn uitsluitend door het golfkarakter te verklaren, andere juist uitsluitend door het deeltjeskarakter. We vatten licht (en ook alle andere soorten elektromagnetische straling) tegenwoordig op als ‘iets’ met soms een golfkarakter en soms met een deeltjeskarakter. Het lichtdeeltje noemen we een foton.

De energie van elektromagnetische straling
Een lichtgolf/lichtdeeltje heeft een golflengte λ en een frequentie f. Zo’n lichtgolf/lichtdeeltje plant zich voort met de lichtsnelheid (c), en bevat een bepaalde hoeveelheid energie E. Deze energie E kunnen we uitrekenen. Voor rood licht geldt dan E = 2,9∙10-19 J, terwijl voor blauw licht geldt E = 4,1∙10-19 J.

Dit voorbeeld laat zien dat de blauwe lichtgolven/lichtdeeltjes de meeste energie bevatten. Oftewel: blauw licht (korte golflengte) is energetischer dan rood licht (lange golflengte). De energie van de straling is omgekeerd evenredig met de golflengte. Hoe korter de golflengte, des te meer energie bevat de straling. Hierdoor is kortgolvige ultraviolette (UV) straling schadelijk voor je huid, terwijl langgolvige infrarode (IR) straling dat niet is.

Verstrooiing van licht in de atmosfeer: Rayleigh verstrooiing
Als je vraagt welke kleur de lucht normaal gesproken heeft zal iedereen zeggen: "blauw natuurlijk!". Maar waarom is de lucht eigenlijk blauw? En hoe komt het dat een zonsondergang vaak een rode zon te zien geeft? En welke invloed hebben aerosolen op de kleur van licht?
Blauw licht, met de korte golflengte, wordt meer verstrooid door waterdamp en aerosolen dan het rode licht met de lange golflengte. Wanneer ’s avonds het zonlicht een veel langere weg door de aardse atmosfeer aflegt lijkt de lucht oranje/rood. Rood licht wordt het minste verstrooid en zit dus nog volop in de bundel. Deze verstrooiing door moleculen heet Rayleigh verstrooiing. Uit het feit dat de lucht overdag blauw is, kun je concluderen dat Rayleigh verstrooiing veel efficiënter is bij het blauwe licht van korte golflengte dan bij licht met langere golflengte. Als er veel aerosolen in de atmosfeer zitten dan wordt er meer licht geabsorbeerd en verstrooid door de aerosolen, daarom lijkt de lucht bij zware luchtvervuiling vaak wat rood.

Luchtvervuiling en gezondheid
Aerosolen hebben ook grote invloed op de gezondheid van de mens. De World Health Organization (WHO) schrijft in een rapport dat luchtvervuiling kan leiden tot een daling van de levensverwachting met een jaar. Er is ook bewijs dat de kans op kindersterfte toeneemt in zeer vervuilde regio’s. Fijn stof - hieronder verstaan we vaste deeltjes met een diameter kleiner dan 10 μm - dringt diep in de longen door en veroorzaakt ademhalingsproblemen. Mensen die al een luchtwegziekte zoals astma hebben zijn extra gevoelig voor aerosolen. Recente epidemiologische studies geven echter aan dat er ook negatieve gezondheidseffecten kunnen optreden bij veel lagere concentraties van aërosoldeeltjes dan de bestaande luchtkwaliteitsstandaard. Wat precies het effect is van de zogenaamde bio-aërosolen, gevormd door virussen, bacteriën, sporen, plantenresten, enzovoort, en ook textielvezels, producten van waterzuiveraars en dergelijke, moet nog veel onderzoek naar verricht worden.

Zuivere lucht bestaat uit stikstof, zuurstof, edelgassen en koolstofdioxide. De samenstelling van de buitenlucht wordt echter door tal van processen beïnvloed, zodat nergens op aarde de lucht daadwerkelijk deze samenstelling zal hebben. Natuurlijke processen zoals vulkaanuitbarstingen, de bloei van planten e.d. beïnvloeden de samenstelling van de lucht. Ook wordt een groot aantal stoffen in de lucht gebracht door menselijke activiteiten zoals industrie, veehouderij en tal van processen waarbij fossiele brandstoffen worden gebruikt. Schade door luchtverontreiniging kan betrekking hebben op planten, dieren, gebouwen en op de gezondheid van de mens.

Bij het bepalen van de omvang van de gezondheidsrisico's moeten we er rekening mee houden dat luchtverontreiniging als bijzonder kenmerk heeft dat je het niet kunt ontwijken. Een gemiddeld persoon neemt per jaar ongeveer 10 miljoen ademteugen. Giftige deeltjes in de lucht kunnen zo de longen en andere organen bereiken waar ze schadelijke effecten kunnen veroorzaken. Het lichaam heeft een aantal mechanismen om deeltjes uit het lichaam te verwijderen. Grotere deeltjes zullen in het algemeen in de hogere luchtwegen (neus, keel, luchtpijp en bronchiën) worden opgevangen in het slijm van de binnenbekleding. Oplosbare deeltjes lossen op in het slijm, waarna ze in het bloed worden opgenomen en dus schadelijk kunnen zijn voor de organen. Niet oplosbare deeltjes worden met het aanwezige slijm door het trilhaarepitheel omhooggebracht naar de keelholte. Hier kunnen ze worden ingeslikt, waardoor bepaalde verontreinigingen in het spijsverteringskanaal terechtkomen, maar door hoesten, niezen of je neus snuiten kunnen ze het lichaam verlaten. Kleine deeltjes kunnen echter verder doordringen dan luchtpijp en bronchiën; ze kunnen tot in de longblaasjes komen en daar longschade veroorzaken. Door macrofagen (bepaalde witte bloedcellen) in de longblaasjes kan een deel ervan worden opgenomen en afgevoerd naar de bloedvaten of lymfklieren. Lymfklieren zijn organen die tot het afweersysteem behoren. Als deeltjes niet goed uit het ademhalingssysteem worden verwijderd kan dit leiden tot ophoping van deeltjes in de longen. Dit kan zorgen voor verslechtering van de ademhaling, aantasting van de luchtwegen of infecties door micro-organismen zoals bacteriën.

De concentratie van een luchtverontreinigende stof kan gedurende een korte tijd verhoogd zijn (piekconcentratie). Dit kan bijvoorbeeld voorkomen tijdens een smogperiode, waarbij de ozonconcentratie flink verhoogd is. Direct of korte tijd na een periode met verhoogde concentratie kunnen in de bevolking acute gezondheidseffecten optreden, zoals hoesten en benauwdheid, verergering van luchtwegklachten en hart- en vaatziekten, meer astma-aanvallen, ziekenhuisopnames en een hoger medicijngebruik. Ook de longfunctie kan hierdoor afnemen. Omdat het ademhalen meer moeite kost, kunnen klachten bij mensen met hart- en vaatziekten verergeren. De klachten verdwijnen meestal weer zodra de concentratie van de stoffen in de lucht weer daalt. Acute effecten komen vooral voor bij mensen in risico-groepen.

Chronische effecten treden op na jarenlange blootstelling aan relatief lage concentraties luchtverontreiniging. Doordat er geen herstelperiode is (de blootstelling is namelijk constant), zijn de effecten vaak blijvend. Luchtwegklachten, verminderde longfunctie, verergering van luchtwegklachten en vroegtijdige sterfte aan luchtwegklachten en hart- en vaatziekten zijn chronische effecten.

Eerder las je al dat we aerosolen kleiner dan 10 micrometer fijn stof noemen. Deeltjes met een omvang van 2,5 tot 10 micrometer krijgen in de literatuur de stofaanduiding PM10. PM staat voor "Particulate Matter", uit deeltjes bestaande stof. De deeltjes kleiner dan 2,5 micrometer heten PM2,5 en de deeltjes met een omvang kleiner dan 0,1 micrometer worden EC, elementair koolstof, genoemd. Niet alleen de grootte van de fijn stof-deeltjes kan verschillen, maar ook de chemische samenstelling. Sommige stofdeeltjes zijn schadelijker voor de gezondheid dan andere. Zo lijkt fijn stof afkomstig van het verkeer, zoals opwaaiend wegenstof, slijtagedeeltjes uit motoren en remmen, en dieselroet schadelijker dan fijne stofdeeltjes uit de bodem. Er is zelfs voor fijn stof géén veilige ondergrens, d.w.z. geen concentratie waarbij geen effecten worden waargenomen.

Deeltjes kleiner dan 0,1 micrometer veroorzaken waarschijnlijk ook bloedklontering. Dit laatste kan een verklaring zijn voor het grotere aantal hartziekten bij mensen die langs drukke wegen wonen.

Ozon
Het verkeer en de industrie stoten koolwaterstoffen, stikstofoxiden en koolstofoxiden uit. Onder invloed van zonlicht gaan genoemde stoffen chemische reacties aan, waardoor onder andere ozon (O3) ontstaat. Bij mensen en dieren tast ozon het longweefsel aan. Bij planten beschadigt ozon de bladeren en remt het de groei. Ozon is de meest reactieve en giftige component van zomersmog. Smog is vettige mist die onder andere ozon, zwaveldioxide (SO2) en roet bevat. De meest typische klachten van acute blootstelling aan ozon zijn irritatie van de luchtwegen en de ogen. Ook kan men last krijgen van duizeligheid, misselijkheid of hoofdpijn. De klachten nemen toe als de hoeveelheid ozon en de duur van de blootstelling toenemen. Naar schatting is bij meer dan 10% van de kinderen in de leeftijd van 7 tot 12 jaar (ofwel 230.000 kinderen) de longfunctie op tenminste één dag in de zomer tijdelijk verminderd door smog (RIVM, 1997). Daarnaast kan smog het aantal sterfgevallen verhogen. Op dit moment is nog onduidelijk of ozon de longen en de slijmvliezen blijvend kan beschadigen.

Stikstofdioxide
Het grootste deel van de stikstofoxiden (NOx) in de lucht is afkomstig van het verkeer. Stikstofdioxide (NO2) dringt door tot in de kleinste vertakkingen van de luchtwegen. Het kan bij hoge concentraties irritatie veroorzaken aan ogen, neus en keel. Bij blootstelling aan lage concentraties stikstofdioxide wordt een lagere longfunctie waargenomen. Ook een toename van astma-aanvallen en ziekenhuisopnamen en een verhoogde gevoeligheid voor infecties komen voor.
Het is minder waarschijnlijk dat het gevonden verband tussen NO2 en gezondheidseffecten door NO2 zelf wordt veroorzaakt. Aannemelijker is dat de NO2-concentratie model staat voor het mengsel van luchtverontreinigende stoffen. Het effect van langdurige lage concentraties is nog niet bekend. Uit dierproeven komt naar voren dat NO2 de kans op allergieën vergroot en dat het longweefsel geïrriteerd raakt bij zeer hoge concentraties. Bij deze dierproeven zijn echter de concentraties vele malen groter dan in de lucht die je normaal inademt. Dit soort concentraties vind je alleen in slecht geventileerde tunnels tijdens de spits.

Volgens het RIVM zijn de concentraties voor fijn stof het hoogst in de Randstad en het laagst in het noordoosten. Overschrijding van de EU-norm voor stikstofoxiden treedt met name op langs zeer drukke wegen, vooral in de Randstad.

Creative Commons bronnen:
https://nl.wikipedia.org/wiki/Aerosol
http://betavak-nlt.nl/dmedia/media/site-files/01304/fadbc/50160/79a17/de847/Aerosolen_leerlingenbestand_1.4.pdf - Aerosolen en Vuile Lucht (SLO)
https://www.knmi.nl/kennis-en-datacentrum/uitleg/aerosolen

(Andere) bronnen:
 • www.chemischefeitelijkheden.nl/Uploads/Magazines/CF-173-aerosolen.pdf - over meetmethoden en toepassingen
 • https://klimaatverandering.wordpress.com/category/aerosols/


Test je competentie op YaGooBle.com.

Pageviews vandaag: 63.