Nieuwe techniek voor meten luchtvervuiling
Een unieke, grootschalige meetcampagne vanaf de grond, een onderzoeksschip en twee meetvliegtuigen heeft aangetoond dat de luchtvervuiling uit Azië voor een belangrijk deel veroorzaakt wordt door het verbranden van biomassa. Dit blijkt uit een publicatie in Science van 9 februari. Een deel van de metingen is verricht met een nieuwe techniek ontwikkeld door FOM-onderzoeker dr. Joost de Gouw. Hiermee kunnen binnen enkele seconden hele kleine concentraties (10-11 volume ten opzichte van de lucht) organische gassen worden gemeten.
Het 'Indian Ocean Experiment' had tot doel de verspreiding van de luchtvervuiling vanuit Zuid- en Zuidoost-Azië richting de Indische Oceaan te bepalen. De metingen van de luchtvervuiling werden verricht in februari en maart vorig jaar boven de Indische Oceaan, ten zuidwesten van India. In deze periode wordt de vervuiling boven India naar het zuidwesten getransporteerd door de passaatwinden van de wintermoesson. Door boven de oceaan te meten konden bovendien de samenstelling, het transport, de chemische afbraak en de gevolgen van de luchtvervuiling over een groot gebied bestudeerd worden zonder de storende invloed van lokale bronnen.
De FOM-onderzoekers dr. Carsten Warneke en dr. Joost de Gouw (beiden verbonden aan het IMAU, het Instituut voor Marien en Atmosferisch Onderzoek Utrecht) namen aan het onderzoek deel vanuit het Nederlandse Citation meetvliegtuig (zie foto). Zij beproefden een nieuwe techniek, proton-transfer-reactie massaspectrometrie (PTR-MS), om de concentratie van verschillende 'spoorgassen' te meten. Spoorgassen zijn gassen die in een hele lage concentratie in de lucht aanwezig zijn. Het meten van hun concentraties geeft een gedetailleerd inzicht in de herkomst en de 'chemische geschiedenis' van een luchtmassa.
In de PTR-MS wordt buitenlucht continu door een reactiekamer gepompt waaraan H3O+ ionen worden toegevoegd afkomstig uit een gasontlading. Door een proton-transfer reactie met de H3O+ ionen worden met name de organische spoorgassen in de lucht efficiënt geïoniseerd. Bovendien blijken de geïoniseerde spoorgasmoleculen intact te blijven. Aan het einde van de reactiekamer worden de geproduceerde ionen onttrokken aan de luchtstroom en wordt hun massa bepaald met een massaspectrometer.
Vooral van belang voor de vliegtuigmetingen is de unieke snelheid van PTR-MS. Veranderingen in de spoorgasconcentratie, bijvoorbeeld omdat het vliegtuig van hoogte verandert of een vervuilde luchtmassa binnenvliegt, kunnen binnen enkele seconden gemeten worden. De kleinste mengverhoudingen die gemeten kunnen worden zijn ongeveer 10-11 (volume van het spoorgas ten opzichte van de lucht).
De FOM-onderzoekers voerden onder meer metingen uit van methylcyanide (CH3CN) en aceton (CH3OCH3). Beide verbindingen bleken in tot tien maal hogere concentraties aanwezig te zijn dan in niet-vervuilde lucht.
Aceton en methylcyanide hebben, net als koolmonoxide, als belangrijke bron het verbranden van biomassa. Alledrie de gassen zijn bovendien relatief inert in de lagere atmosfeer. Ze kunnen dus over grote afstanden getransporteerd worden. De concentratie koolmonoxide werd gemeten met behulp van laserabsorptie door een Duitse groep van het Max Planck Instituut voor Chemie in Mainz.
De niveaus van aceton, methylcyanide en koolmonoxide bleken goed samen te hangen (zie grafiek), wat bevestigt dat sprake is van een gemeenschappelijke bron. Verder klopt de verhouding tussen koolmonoxide en aceton zeer goed met metingen aan brandende biomassa in het laboratorium én met berekeningen volgens het atmosferische chemiemodel ECHAM. De chemische samenstelling van de lucht is dus een 'vingerafdruk' voor de bron van de luchtvervuiling, in dit geval: biomassaverbranding.
De luchtvervuiling uit India bleek zeer omvangrijk. Boven de Arabische Zee, de Golf van Bengalen en de noordelijk helft van de Indische Oceaan werden hoge concentraties van spoorgassen en aerosolen (microscopische kleine deeltjes in de atmosfeer) aangetroffen. Vele honderden kilometers uit de kust van India was het zicht vaak minder dan 10 km, vergelijkbaar met ernstig luchtvervuiling in Europa en de VS.
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met dr. Joost de Gouw, telefoon (030) 2533 276.