Zuurvaten hangen boven ons hoofd

Zure regen valt nog steeds. Het leven van een druppeltje dat op aarde neerkomt heeft zich bijna volledig afgespeeld in een van de zuurste omgevingen op aarde. Twee Utrechtse onderzoekers doken in de chemie van de wolk.

Na onderzoek zal blijken dat het wolkwater ontzettend zuur is. Soms zo zuur als azijn. De mens is daar mede schuldig aan. Door de niet aflatende verbranding van fossiel materiaal belanden gassen in de atmosfeer die met elkaar een chemische reactie aangaan. In een wolk - te zien als een groot vat gevuld met zwevende druppels - lossen die stoffen op in water. Sommige reacties verlopen daardoor nog sneller. Het eindresultaat is de zure regen die we op ons dak krijgen. Wat we de lucht in stoten krijgen we net zo hard weer terug.

Paul de Valk en Geert-Jan Roelofs weten er inmiddels alles van. Zij werken aan het Instituut voor marien en atmosferisch Onderzoek van de Universiteit Utrecht waar ze vier jaar lang 'in de wolken' zaten om te achterhalen welke chemische processen er zich afspelen en hoe die bijdragen aan zure regen.

Dat die bijdrage groot is, staat al jaren vast. Wolken hebben naam gemaakt als de stofzuigers die allerlei smerige stoffen uit de lucht halen. Hoe dat in zijn werk gaat, was nog een groot vraagteken. De twee bootsten de processen na met de computer en promoveerden er afgelopen maandag op.

Van buiten zien wolken er vaak lieflijk en rustgevend uit. Menig dichter heeft zich erdoor laten inspireren tot mooie gedichten. Zoals Martinus Nijhoff, die in 'De Wolken' dicht over een jongetje dat er allerlei figuren in herkent, of Nico Scheepmaker die praat over "Een koepel vol met watten - nee, watten is te makkelijk gezegd - een schaal met witten die niet zijn te vatten, waar Titiaan zijn ziel in heeft gelegd."

Van binnen zijn het echter chemische reactievaten waarin het wervelt van de activiteit. Stel je voor: je bent een beginnend druppeltje onderin een wolk. Je zweeft ongeveer een kilometer boven de aarde. Al snel trekt de luchtstroom je lichte lijf mee naar boven. De weg is bezaaid met zwaveldioxide: het molecuul dat in grote getale aanwezig is door onder andere de verbranding van fossiele brandstoffen en vulkaanuitbarstingen. Zwaveldioxide hecht zich aan je vast. Het lost op en gaat reageren met andere moleculen waarvan de belangrijkste ozon en waterstofperoxide zijn. Het gevolg: je verzuurt!

Onderweg voegen zich steeds meer lotgenoten bij je. Gezamenlijk vormen jullie een langzaam groeiende druppel. Met het eindpunt in zicht - op zo'n drie kilometer hoogte - gaan zelfs de grote druppels met elkaar samenklitten. Je maakt nu deel uit van een log en zwaar gevaarte. Zo zwaar dat het naar beneden stort. Net als vele andere miljoenen druppels. En dan hebben we zure regen.

"Het probleem zure regen is er nog steeds, maar de belangstelling is de laatste jaren duidelijk afgenomen" , zegt De Valk. "Het broeikaseffect en het ozongat hebben nu de aandacht van de maatschappij. En dat bepaalt toch de richting van het onderzoek. De wetenschap 'ijlt mee' met de interesse van de samenleving."

In Nederland is de laatste jaren veel gebeurd om de uitstoot van schadelijke stoffen te beperken. Vooral de maatregelen van de elektriciteitsbedrijven hebben massa's zwaveldioxide uit de lucht gehouden. Maar in Oost-Europa zijn de problemen nog net zo groot als tien jaar geleden. En dat merkt Nederland ook. Wolken werken niet met grenzen.

Vandaar dat de Europese landen bezig zijn met het opstellen van grootschalige modellen om de verspreiding van luchtvervuiling over het werelddeel te kunnen voorspellen. Onderzoekers hebben daarvoor informatie nodig over onder andere temperaturen en luchtstromen, maar ook over wolken.

Aan dat laatste hebben de beide promovendi bijgedragen. De Valk maakte een programma dat bij het beschrijven van de chemie binnen een wolk overweg kan met verschillende druppelgrootten. "Het belangrijkste probleem waarmee ik te maken kreeg, was de beperkte rekentijd van de computer. Je wilt natuurlijk zo nauwkeurig mogelijk werken omdat je voorspellingen dan ook beter kloppen. Maar dat kost de huidige computers nog veel te veel moeite. Het model moest eenvoudig blijven."

Het model van De Valk krijgt om te beginnen allerlei gegevens ingevoerd, onder andere ook de druppelgrootte. Het gaat daarbij uit van twee soorten druppels - groot en klein. Met deze nuance is het model al een verbetering op zijn voorgangers, die slechts een soort vloeistofdeeltje kennen.

De grotere druppel blijkt de doorslag te geven. De Valk: "Grotere druppels zijn een langer leven beschoren in de wolk. Dat geeft de verzuring meer tijd. Vooral de reactie tussen zwaveldioxide en ozon gaat dan een rol spelen. En die levert zure regen op. Oude modellen zien deze reactie over het hoofd."

De Valk controleerde zijn model door wolkwater te bestuderen dat was opgepikt door een vliegtuig. Niet alleen boven Nederland, maar tevens boven Canada, waar de promovendus een half jaar verbleef. Ook in dit dataparadijs - waar volgens De Valk alles groter en mooier is en waar ze over nauwkeurige meetgegevens beschikken - kon zijn geesteskind de test doorstaan. Daaruit concludeerde de promovendus dat de belangrijkste processen in zijn model zitten.

Roelofs ging een stapje verder. Hij nam niet alleen het hele druppelspectrum op in zijn model, maar ook de deeltjes waarop het vocht zich afzet, in de meteorologie aerosolen genaamd. Roelofs: "Aerosolen kunnen ook in grootte varieren. Hoe groter ze zijn, hoe zuurder de druppel uiteindelijk wordt. Het is dus belangrijk om hiermee in een model ook rekening te houden."

Het programma van Roelofs is niet geschikt om in de grotere modellen mee te draaien. Daarvoor is het te gedetailleerd, het kost teveel rekentijd. "Maar het was ook niet bedoeld om deel uit te maken van een groter geheel" , zegt Roelofs. "We wilden de gang van zaken in de wolk wat meer in detail nabootsen. Dat is gelukt. Ik heb tot nu toe geen ander model gezien dat zo nauwkeurig op de materie ingaat."

Het eenvoudiger programma van De Valk past wel in de grotere modellen. Het ligt inmiddels bij TNO in Delft en het RIVM in Bilthoven op tafel. Bij TNO gaat het deel uitmaken van LOTOS, een model dat alle processen wil beschrijven die bijdragen aan verzuring.

Bij het RIVM past het in het Nationaal Verspreidingsmodel dat al werkzaam is maar waarin de wolken nog niet goed waren beschreven. Dat gat is nu opgevuld. De Valk: "Het is de bedoeling om met dat model in te spelen op rampen, om te kunnen voorspellen in welke gebieden gevaarlijke situaties ontstaan. Voor als er eens een tweede Tsjernobil zou komen, of iets kleiners waarbij je wilt weten welke gebieden je wel of niet moet ontruimen."

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden