Op basis van een recent onderzoek komt bij mij de vraag naar boven of een van de vele oorzaken die deze droogte veroorzaakt (we hebben immers te maken van een complex systeem met veel op veel relaties - zie voor meer info hierover deze blogpost) mogelijk ook de afname van het aantal insecten kan zijn. Deze blogpost gaat op zoek hoe insecten het weer beinvloeden. Hiervoor is het echter nodig om eerst een zijstap te nemen naar de statische elektriciteit.
Statische elektriciteit
Elektriciteit is het bewegen van elektronen; elektronen die van atoom (bestaande uit de protonen en de neutronen) naar atoom kunnen overspringen. Elektronen zijn negatief geladen, maar de elektronen zijn relatief los gebonden aan een atoom. En elektronen bewegen van een negatief geladen (overschot van elektronen) naar een positief geladen object (tekort aan elektronen). Ook kunnen bepaalde soorten atomen onder invloed van wrijving elektronen afstaan. Atomen die op een bepaald moment meer elektronen hebben dan protonen, zijn negatief geladen en atomen die op een bepaald moment minder elektronen hebben dan protonen, zijn positief geladen. De elektronen veroorzaken dus het ladingsverschil, de protonen bewegen niet. Door beweging is er contact tussen het bewegende object en de omgeving, of tussen 2 langs elkaar bewegende materialen. Doordat hierbij elektronen kunnen worden uitgewisseld, ontstaat er een ladingsverschil: een niet bewegende stilstaande (statische) lading. Als het object geisoleerd is, kan de lading niet verdwijnen en blijft het object dus geladen met de statische lading.
Dit ladingsverschil kan zorgen voor aantrekking tussen 2 objecten, als de ene positief en de andere negatief geladen is. Of het zorgt juist voor afstoting als de objecten dezelfde lading hebben (recht opstaande statisch geladen haren stoten elkaar af).
Als echter het object met iets in aanraking komt wat de tegenovergestelde lading heeft, wordt de lading geneutraliseerd en ontstaat er statische elektriciteit, bijvoorbeeld de schok die je voelt als je de hele dag in synthetische kleding hebt gelopen en rubberen zolen droeg en dan iemand anders aanraakt.
Als het ladingsverschil heel groot is, kan bliksem ontstaan, waarbij de lading door de (niet heel goed geleidende) lucht schiet.
Statische elektriciteit in de wolken
Wolkenvorming vindt plaats, doordat de gasvormige watermoleculen condenseren tot waterdruppels of zelfs sublimeren tot ijskristallen. Doordat het hoog in de lucht hard waait, worden al deze verschillende deeltjes langs elkaar gewreven en bij die wrijving ontstaan ladingsverschillen in wolken (de bovenkant van de wolk is vaak positief en de onderkant negatief geladen). Het oppervlak van de aarde is positief geladen.
|
| Bron: https://www.miniphysics.com/lightning-as-potential-electrostatic.html |
De ontlading die bij bliksem plaatsvindt is zeer sterk, tot wel 1 miljard Volt. Bepalend voor of er ontlading plaatsvindt is het lokale ladingsverschil in volt/m, dus de gradient tussen twee locaties. Tussen de ionosfeer (vanaf ongeveer 50 tot 80 km hoogte) en het aardoppervlak is een totaal ladingsverschil van 150.000 tot 600.000 V, dus een gemiddeld ladingsverschil van ongeveer 2 tot 10 V/m. Echter, dit ladingsverschil is groter dichterbij het oppervlak van de aarde en kleiner op grotere afstand van de aarde. Dichterbij het aardoppervlak kunnen waarden daardoor oplopen tot 100 V/m (bron).
Hierbij geldt verder dat vooral bij een lage relatieve luchtvochtigheid statische elektriciteit beter kan worden opgebouwd.
Insecten beinvloeden het statische veld in de lucht
Een onderzoek verschenen in oktober 2022 beschrijft een zeer bijzonder, maar bij toeval ontdekt fenomeen: zoals gezegd ontstaat door wrijving statische elektriciteit in wolken, bij zwermen vliegende insecten gebeurt hetzelfde: door het grote contact oppervlak tussen de lucht en de insecten wordt in de lucht negatieve statische elektriciteit opgebouwd terwijl de insecten positieve statische elektriciteit opbouwen.Deze positieve lading gebruiken de insecten om vervolgens pollen aan te trekken (deze zijn negatief geladen). Deze lading is heel klein, enkele picocoulomb tot nanocoulomb per individu (1 coulomb = 1 ampere * seconde = 1 volt * farad). Farad is de eenheid van de capaciteit van bijvoorbeeld een condensor. Aangezien de meeste condensatoren (en insecten) een relatief kleine capaciteit hebben ten opzichte van de vastgelegde waarde van 1 farad (volgens het SI-eenheden stelsel), wordt voor condensatoren vaak de eenheid picofarad, nanofarad of microfarad gebruikt. Gevolg is dat een lading van enkele picocoulomb of nanocoulomb nog steeds een redelijke spanning in volt kan opleveren.
De lading die insecten in de lucht kunnen aanbrengen is sterk gerelateerd aan de het type insect, maar ook aan de hoeveelheid insecten. Hoe groter de dichtheid van de groep insecten, hoe meer wrijving door bewegende lijven en vleugels, dus hoe meer lading. Onderstaande figuur laat zien wat de bijdrage aan de lading is van bijen, sprinkhanen en vlinders en motten ten opzichte van de lading in verschillende typen wolken. Duidelijk wordt dat alleen grote zwermen van bepaalde typen insecten een bijdrage kunnen leveren aan de lading van de lucht.
|
| Bron: https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)01513-9 |
Het voorbijvliegen van een zwerm honingbijen leverde een verdrievoudiging op van het lokale ladingsverschil (figuur C in onderstaande afbeelding). Figuur E laat hierbij zien dat de dichtheid van groot belang is om een wezenlijke toename te bereiken van het ladingsverschil. Figuur F laat zien dat deze zelfs nog verder kan toenemen.
|
| Bron: https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)01513-9 |
De verandering van de lading van de lucht door vliegende insecten en mogelijk ook vogels kan allerlei invloeden op de atmosfeer hebben. Een hogere lading van de lucht kan leiden tot een betere beweging en aggregatie van luchtdeeltjes. Deze beweging kan mogelijk zelfs bijdragen tot transport van bepaalde deeltjes in de lucht over grotere afstanden. Door zowel een bijdrage aan transport als aan verandering van de lading van het veld, kunnen ze invloed hebben op het lokale wolkenvorming en daarmee het lokale weer.
Conclusies
Onze wereld waarin we leven zit zodanig complex in elkaar, dat we steeds weer fascinerende nieuwe dingen tegenkomen. Zo blijken zwermen insecten de lokale elektrische lading van de lucht significant te kunnen veranderen. Hoewel we het niet (goed) zien, doet die elektrische lading van alles. Beweging, aggregatie en daarmee mogelijk ook het transport van allerlei luchtdeeltjes wordt mede bepaald door deze lading. Mogelijk kan het zelfs invloed hebben op de lokale wolkenvorming en daarmee het weer.Omgekeerd zou dan ook kunnen, heeft de afname van insecten en van vogels ook geleid tot een verandering van het weer? Dit laat maar weer zien dat er nog genoeg te ontdekken is!
Bronnen
- https://www.nrc.nl/nieuws/2022/11/03/de-elektrische-lading-van-de-lucht-verandert-als-er-een-zwerm-bijen-voorbijvliegt-a4147184- https://www.cell.com/iscience/fulltext/S2589-0042(22)01513-9
- https://www.kijkmagazine.nl/nieuws/insectenzwerm-draagt-bij-aan-elektriciteit-in-de-lucht/
- https://www.slideserve.com/armelle/electricity-1-static-electricity
- https://www.athene-noctua.nl/publicaties/statische-elektriciteit-in-gebouwen/4-invloed-weer-en-relatieve-luchtvochtigheid/
- https://www.nasa.gov/vision/earth/environment/30oct_lightning.html
- https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/atmospheric-electricity
- https://www.miniphysics.com/lightning-as-potential-electrostatic.html
Geen opmerkingen:
Een reactie posten