Regen is van cruciaal belang voor al het leven op onze planeet. Regen is de start van de hydrologische cyclus. Regen kan alleen plaatsvinden als er wolken vormen. Wolken vormen zich doordat waterdamp van fase verandert: de waterdamp condenseert tot waterdruppels of desublimeert /rijpt tot ijs. In heel schoon water wat wordt afgekoeld onder de 0 graden C, zullen geen ijskristallen vormen tot ongeveer -40 graden als ineens alles bevriest. Om wel de eerste ijskristallen te laten vormen zijn condensatiekernen (condensatie kernen, Condensation Nuclei, CN) en bevriezingskernen (Ice Nuclei, IN) nodig, waar het ijskristal op kan vormen. Hiervoor moet het water dus een beetje vervuild zijn. Hier zijn heel veel verschillende materialen voor, stof, roet, klei, zoutkristallen, vulkanische as etc.
De natuur blijkt echter ook een bijdrage te leveren en allerlei producten te leveren waarop condensatie dan wel sublimatie kan plaatsvinden. De natuur (planten en bodemleven) beinvloeden in die zin dus ons klimaat in zeer sterke mate (zie ook deze video).
In zes blogs binnen de serie "verbeterde voedselproductie" wordt stilgestaan bij verschillende natuurlijke materialen of producten waarop condensatie kan plaatsvinden en naar wanneer de productie van deze kernen (verhoogd) plaatsvind:
Sinds 2004 weten we dat bomen chemicalien produceren die neerslagkernen kunnen worden. Hoe het nu zit met neerslag vorming, mede ook in relatie tot bomen, daar wordt in deze blog meer naar gekeken.
Uitgebreid onderzoek laat echter zien dat de effectiviteit van ijskernen sterk afhangt van het soort ijskern. Onderstaande figuur laat dat duidelijk zien. Het laat het aantal nucleaties (faseovergangen van gas naar vloeibaar of vaste vorm) zien van verschillende typen ijskernen bij verschillende temperaturen.
In zes blogs binnen de serie "verbeterde voedselproductie" wordt stilgestaan bij verschillende natuurlijke materialen of producten waarop condensatie kan plaatsvinden en naar wanneer de productie van deze kernen (verhoogd) plaatsvind:
- In blog vv 3a (deze blog) wordt uitgelegd hoe bomen stoffen (zogeheten VOC's) produceren die als condensatiekernen kunnen dienen. Bossen kunnen dus hun eigen wolken creeeren (zie daarvoor ook blog vv3b en blog vv3c).
- In blog vv 8a wordt ingezoomd op schimmels: de sporen van schimmels blijken ook condensatiekern te zijn. Mogelijk dat zelfs 25% van alle condensatiekernen sporen van schimmels zijn.
- In blog vv 8b wordt gekeken naar andere natuur producten waarop condensatie kan plaatsvinden: bacterien, pollen en de door plankton en algen geproduceerde stof dimethyl sulfide (DMS) kunnen allemaal als condensatiekern optreden.
- In blog vv 8e wordt gekeken naar welke bijdrage virussen kunnen leveren als condensatiekern.
- In blog vv 8f wordt gekeken naar hoe de neerslagkernen toenemen tijdens regenbuien en wat de invloed van deze extra wolken boven bossen vervolgens is.
- In blog vv 8g wordt gekeken naar de samenhang tussen verdamping, luchttemperatuur, aerosolen en extreme dan wel milde neerslag.
Sinds 2004 weten we dat bomen chemicalien produceren die neerslagkernen kunnen worden. Hoe het nu zit met neerslag vorming, mede ook in relatie tot bomen, daar wordt in deze blog meer naar gekeken.
Rijping / desublimatie
Als er waterdamp in de lucht aanwezig is, de temperatuur laag genoeg is en er ijskernen aanwezig zijn, kan de waterdamp desublimeren rondom deze ijskernen.Uitgebreid onderzoek laat echter zien dat de effectiviteit van ijskernen sterk afhangt van het soort ijskern. Onderstaande figuur laat dat duidelijk zien. Het laat het aantal nucleaties (faseovergangen van gas naar vloeibaar of vaste vorm) zien van verschillende typen ijskernen bij verschillende temperaturen.
 |
| Bron: http://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2012/cs/c2cs35200a |
Desublimatie vind plaats als het vriest. Bij temperaturen beneden de -40 graden C is alle waterdamp gedesublimeert er in er geen waterdamp meer in de lucht aanwezig.
De mate van desublimatie hangt sterk af van het type ijskern. De meest effectieve ijskern zijn INA-proteinen geproduceert door de bacterie Pseudomonas syringae. Andere ijskernen van biologische oorsprong zijn afkomstig van berkenpollen, algen en schimmels.
Ook in de lucht aanwezige stof deeltjes, afkomstig van bijvoorbeeld woestijnen kunnen als ijskern functioneren. Lang is gedacht dat deze stof deeltjes belangrijke condensatie kernen zijn, onderzoek laat echter zien dat de bijdrage van stof in condenstatiekernen beperkter is dan gedacht: minder dan 1 op 1000 stofdeeltjes fungeert als condenstatiekern.
Plantaardige materialen, zoals theeblad resten kunnen ook als ijskern fungeren, ze blijken al desublimatie te kunnen geven bij -5 graden C en kunnen veel hagel tot gevolg hebben. Lokaal Keniaans bos blijkt ijskernen te produceren die kunnen desublimeren rond -8 graden C en Eucaliptus blad afval kan ijskernen produceren die desublimaren rond -11 graden C. Het chemisch zaaien van regen met zilver jodide ijskernen geeft desublimatie tussen -8 en -10 graden C.
Kortom, de mate waarin desublimatie plaatsvindt hangt sterk af van de beschikbare ijskern. Het lijkt dat plantaardige materialen zodanig zijn, dat ze bij relatief hoge temperaturen al tot desublimatie leiden en dus wolkenvorming in minder afgekoelde luchtlagen tot gevolg kunnen hebben.
De mate van desublimatie hangt sterk af van het type ijskern. De meest effectieve ijskern zijn INA-proteinen geproduceert door de bacterie Pseudomonas syringae. Andere ijskernen van biologische oorsprong zijn afkomstig van berkenpollen, algen en schimmels.
Ook in de lucht aanwezige stof deeltjes, afkomstig van bijvoorbeeld woestijnen kunnen als ijskern functioneren. Lang is gedacht dat deze stof deeltjes belangrijke condensatie kernen zijn, onderzoek laat echter zien dat de bijdrage van stof in condenstatiekernen beperkter is dan gedacht: minder dan 1 op 1000 stofdeeltjes fungeert als condenstatiekern.
Plantaardige materialen, zoals theeblad resten kunnen ook als ijskern fungeren, ze blijken al desublimatie te kunnen geven bij -5 graden C en kunnen veel hagel tot gevolg hebben. Lokaal Keniaans bos blijkt ijskernen te produceren die kunnen desublimeren rond -8 graden C en Eucaliptus blad afval kan ijskernen produceren die desublimaren rond -11 graden C. Het chemisch zaaien van regen met zilver jodide ijskernen geeft desublimatie tussen -8 en -10 graden C.
Kortom, de mate waarin desublimatie plaatsvindt hangt sterk af van de beschikbare ijskern. Het lijkt dat plantaardige materialen zodanig zijn, dat ze bij relatief hoge temperaturen al tot desublimatie leiden en dus wolkenvorming in minder afgekoelde luchtlagen tot gevolg kunnen hebben.
Condensatie
Condensatie van waterdamp is een proces wat veel geleidelijker plaatsvind. De regendruppels moeten groeien van 1 water molecuul tot een regendruppel die kan vallen en daar zijn verschillende stappen voor nodig (zie onderstaande figuur). Als het deeltje een bepaalde grootte heeft bereikt kan het echter ook weer kleiner worden doordat er dan bijvoorbeeld water uit kan verdampen. |
| Bron: http://www.dwd.de/EN/research/observing_atmosphere/composition_atmosphere/aerosol/cont_nav/particle_size_distribution.html |
Allerlei verschillende stoffen van verschillende grootte kunnen condensatiekern zijn. SO2 gas dat vanuit vulkanen wordt uitgestoten, zeezout boven de zee en in kustgebieden, roet, kleideeltjes etc.
In 2004 is ontdekt dat planten en bomen ook invloed hebben op wolkenvorming: planten produceren zogeheten VOC's die kunnen oxideren tot condensatiekernen.
In 2004 is ontdekt dat planten en bomen ook invloed hebben op wolkenvorming: planten produceren zogeheten VOC's die kunnen oxideren tot condensatiekernen.
 |
| Bron: http://www.dwd.de/EN/research/observing_atmosphere/composition_atmosphere/trace_gases/cont_nav/voc_node.html |
Maximale isopreen (een VOC) productie is afhankelijk van de temperatuur (hoe hoger de temperatuur hoe groter de productie), met een bepaald optimum per plant (bij temperaturen boven het optimum neemt de productie weer af). In het algemeen geldt, dat hoe meer stress (hoge temperatuur, water tekort, te veel zout etc) de plant ondervind hoe meer VOC's worden geproduceerd.
De universiteit van Lancaster heeft een lijst gepubliceerd met de huidige stand van de kennis omtrent de VOC productie van planten en bomen.
Daarnaast neemt de VOC productie exponentieel toe met de stijging van de temperatuur. Hierdoor kunnen ook exponentieel meer condensatiekernen ontstaan. Volgens Rice Universiteit in Texas geldt, dat hoe meer condensatiekernen aanwezig zijn, hoe meer kleinere druppels worden gevormd. Omdat er echter veel meer kleinere druppels zijn, blijven de wolken langer hangen. Hierdoor kunnen ze ook meer zonlicht weerkaatsten.
De universiteit van Lancaster heeft een lijst gepubliceerd met de huidige stand van de kennis omtrent de VOC productie van planten en bomen.
Impact van VOC productie door bossen
De impact van het feit dat planten en bomen voor hun eigen wolken kunnen zorgen is enorm. Planten en bomen zorgen zelf voor de waterdamp in de lucht. Tegelijkertijd kunnen ze dus ook zorgen dat deze waterdamp condenseert tot wolken. Hiermee kunnen ze dus zorgen dat het water wat verdampt benedenwinds tot regen leidt. Voor regionale water recycling op het vaste land is dit dus een belangrijk iets om rekening mee te houden.Daarnaast neemt de VOC productie exponentieel toe met de stijging van de temperatuur. Hierdoor kunnen ook exponentieel meer condensatiekernen ontstaan. Volgens Rice Universiteit in Texas geldt, dat hoe meer condensatiekernen aanwezig zijn, hoe meer kleinere druppels worden gevormd. Omdat er echter veel meer kleinere druppels zijn, blijven de wolken langer hangen. Hierdoor kunnen ze ook meer zonlicht weerkaatsten.
 | ||
| Bron: http://earth.rice.edu/mtpe/atmo/atmosphere/topics/aerosols/aero_clouds.html |
Geen opmerkingen:
Een reactie posten