 | |
Wereldwijde stikstofdioxidekaart (klik voor hoge resolutie map, 1,5mB) |
14 oktober 2004
Menselijke activiteiten hebben grote invloed op de kwaliteit van de lucht. Dat
blijkt uit deze zeer gedetailleerde atmosfeerkaart van de wereld, die
stikstofdioxidevervuiling toont. De kaart is gebaseerd op achttien maanden
observatie van ESA’s aardobservatiesatelliet Envisat. Envisat is met tien
instrumenten aan boord de grootste milieusatelliet ter wereld en werd in
februari 2002 gelanceerd.
Eén van de instrumenten aan boord is de SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption
Spectrometer for Atmospheric Cartography), die het spectrum van het zonlicht
meet dat door de atmosfeer schijnt. Nadat deze informatie grondig gefilterd is,
zijn speciale ‘absorberingsvingerafdrukken’ van gassporen in de lucht te zien.
 | |
NO2 waarden boven Europa
|
Stikstofdioxide (NO2) is een gas dat vooral door de mens
wordt geproduceerd en dat bij overmatige blootstelling longschade en
ademhalingsproblemen kan veroorzaken. Het speelt ook een belangrijke rol in
de atmosferische chemie, omdat het tot de productie van ozon in de
troposfeer leidt. De troposfeer is het laagste deel van de atmosfeer dat
zich tot tussen de acht en zestien kilometer boven de grond uitstrekt.
Stikstofdioxide wordt geproduceerd door uitstoot van
elektriciteitscentrales, zware industrie en wegtransport, net als door
verbranding van biomassa. Stikstofdioxide wordt ook door de natuur gecreëerd
door bliksem in de lucht en door activiteit van microben in de aarde.
Plaatselijke metingen van atmosferische stikstofdioxide worden in veel
westelijke industriële landen uitgevoerd, maar gegevensbronnen op de grond
zijn over het algemeen schaars.
 |
| |
ESA's Envisat environmental satellite
| |
De enige manier om effectieve wereldwijde controle uit te
voeren is vanuit de ruimte. Het GOME (Global Ozone Monitoring Experiment)
demonstreerde voor het eerst dat satellieten troposferische stikstofdioxide
kunnen waarnemen op de ERS-2 van ESA. GOME was echter slechts een voorganger
op kleine schaal van de door Duitsland, Nederland en België gefinancierde
SCIAMACHY die aan boord van Envisat vliegt.
Hoewel beide instrumenten op dezelfde manier functioneren heeft GOME een
beperkte ruimtelijke resolutie van slechts 320 x 40 kilometer, vergeleken
met een kenmerkende 60 x 30 kilometer van SCIAMACHY, die ook de atmosfeer
vanuit twee verschillende oogpunten observeert – naar beneden of ‘nadir’
maar ook ‘limb’ observaties in de vliegrichting – en een aanmerkelijk groter
spectraal gebied heeft dan zijn voorganger.
Teams van de universiteiten van Bremen en Heidelberg in Duitsland, het
Belgisch Instituut voor Ruimte Aëronomie (BIRA-IASB) en het Koninklijk
Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI) hebben gegevens van SCIAMACHY
succesvol verwerkt en zode scherpste kaarten tot nu toe gemaakt van
verticale kolommen van troposferische stikstofdioxide.
“De hogere ruimteresolutie die door SCIAMACHY geleverd
wordt, betekent dat we in deze wereldwijde beelden veel detail zien, waarbij
zelfs individuele bronnen van steden worden verklaard”, zei Steffen Beirle
van het Instituut voor Milieu- en natuurwetenschappen van de Universiteit
van Heidelberg, die verantwoordelijk is voor de hierboven getoonde kaart.
|
|
 | | |
SCIAMACHY neemt veel verschillende gassporen waar
|
“Hoge verticale kolomdistributies van stikstofdioxide
worden met grote steden in Noord-Amerika en Europa geassocieerd, maar ook
met andere plaatsen zoals Mexico City in Centraal Amerika en de
Zuid-Afrikaanse op steenkool werkende energiecentrales die dicht op elkaar
in het oostelijke Highveldplateau van dat land zijn geplaatst.
“Verder
wordt een zeer hoge concentratie boven Noordoost-China gevonden. Ook kan
door heel Zuidoost-Azië en in grote gedeelten van Afrika stikstofdioxide
gezien worden die door verbranding van biomassa is geproduceerd. Op sommige
plaatsen zijn sporen van schepen zichtbaar, kijk maar naar de Rode Zee en de
Indische Oceaan tussen het zuidelijkste punt van India en Indonesië. De
rokende schoorstenen van schepen die deze routes kruisen sturen een grote
hoeveelheid NO2 de troposfeer in.
 |
| |
DOAS maakt de waarneming van zeer zwakke gasspoorsignaturen mogelijk
| |
Deze kaart is het gemiddelde van alle beschikbare gegevens over een
periode van 18 maanden. Dit zorgt ervoor dat seizoensverschillen van het
verbranden van biomassa kleiner worden, net als de verschillen door
menselijke activiteitsveranderingen door het jaar heen.”
Net als GOME werkt SCIAMACHY door het observeren van in de atmosfeer
verspreide ultraviolette, zichtbare en infrarode straling. Het moeilijke
werk begint op aarde, waar onderzoekers proberen heel zwakke
absorptiepatronen van gassporen in het totale spectrum van verstrooid licht
terug te vinden, een prestatie die zich laat vergelijken met het vinden van
een speld in een hooiberg.
|
|
 | | |
Vergelijking van de ruimtelijke resolutie van GOME en SCIAMACHY
|
De methode die zij gebruiken heet DOAS (Differential
Optical Absorption Spectroscopy), wat eigenlijk een complex filterproces is
dat ook wordt gebruikt door luchtbemonsteringsinstrumenten op de grond. DOAS
verwijdert de overheersende spectrale ‘ruis’ van de Rayleigh-verstrooiing
van licht in luchtdeeltjes (hetzelfde fenomeen dat ervoor zorgt dat de lucht
er blauw uitziet) en als de absorptiepatronen van de zuurstof-, stikstof- en
watermoleculen waar het grootste deel van de atmosfeer uit bestaat.
Wat na deze reductie achterblijft is het gewenste ‘signaal’
van kleinere spectrale absorptiepatronen van gassporen die door vergelijking
met dwarsdoorsneden van monsters geïdentificeerd moeten worden. Deze
techniek is, wanneer hij op de resultaten van SCIAMACHY wordt toegepast,
gevoelig genoeg om kolommen terug te vinden met minder dan een paar deeltjes
stikstofdioxide per miljard luchtdeeltjes. Ter vergelijking: boven sterk
vervuilde agglomeraties zoals Londen kan de mengverhouding van NO2 waarden
bereiken van wel honderd deeltjes per miljard. Stikstofdioxidekaarten zoals
degene die hier getoond is, zijn met behulp van nadir-peilingsgegevens
geproduceerd. Hoewel NO2 door de troposfeer heen zeer varieert, is het door
de bovenste laag van de dampkring, de stratosfeer, gelijk verdeeld. Dus
werden stikstofdioxideniveaus die waren gemeten boven de meest afgelegen
delen van de Stille Oceaan gebruikt om een algemene kolom van
stratosferische stikstofdioxide te bepalen, die van de wereldwijde gegevens
kon worden afgetrokken om troposferische verticale kolomwaarden te bepalen.
“Resultaten van deze en andere sensors kunnen gebruikt
worden voor voorspellingen van de scheikundige weer- en luchtkwaliteit in de
toekomst”, voegde Beirle toe. “Op dit moment concentreren we ons op het
kwantificeren van verschillende bronnen van stikstofdioxide die uit de data
van SCIAMACHY naar voren komen. Bijvoorbeeld verbranding van fossiele
brandstoffen, verbranding van biomassa en bliksem. Die laatste zeker,
aangezien de waarde van bliksem nog erg onduidelijk is.”
 |
| |
Optisch samenstel van SCIAMACHY
| |
Over
SCIAMACHY
SCIAMACHY is een
spectrometer die de lucht in een zeer groot golflengtegebied in kaart
brengt. Dat maakt de waarneming van gassporen, ozon en verwante gassen,
wolken en stofdeeltjes door de hele atmosfeer mogelijk. Hij werkt met
metingen van zonlicht dat is overgebracht, gereflecteerd en verspreid door
de atmosfeer of het oppervlak van de aarde in het ultraviolette, zichtbare
en bijna ultraviolette stralingsgolflengtegebied. Met een aftaststrook van
960 km beslaat hij elke zes dagen de hele aarde.
Dit veelzijdige instrument vertegenwoordigt een nationale bijdrage aan de
Envisat-missie van ESA. Het is gefinancierd door de Duitse regering via het
Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR), door de Nederlandse regering via
het Nederlands Instituut voor Vliegtuigontwikkeling en Ruimtevaart (NIVR) en
ook door de Belgische regering via BIRA-IASB.
John Burrows van het Instituut voor Milieu- en natuurwetenschappen aan de
universiteit van Bremen kreeg als eerste het idee van SCIAMACHY. Hij dient
nu als Principal Investigator ervan. SCIAMACHY is onderdeel van een familie
van atmosferische spectrometers waar ook GOME op ERS-2 toe behoort, net als
het verwachte GOME-2 instrument dat volgend jaar met de eerste MetOp missie
gelanceerd wordt.
Niet Nederlandstalige links:
| 
