Dankzij het Nederlandse meetinstrument SPEXone weten we nu precies waar ter wereld het meeste fijnstof in de lucht hangt. Het brengt vanaf een satelliet kleinere en grotere aerosolen in beeld. De deeltjes hebben invloed op het klimaat, maar ook op de gezondheid van mensen in steden.

Precies een jaar geleden werd-ie gelanceerd: de satelliet PACE van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA, met aan boord het in Nederland ontworpen en gebouwde meetinstrument SPEXone.

Nu de satelliet een jaar door de ruimte zoeft, heeft SRON eerste resultaten bekendgemaakt van de waarnemingen van SPEXone. Die hebben onder meer drie wereldkaarten opgeleverd, die bijvoorbeeld laten zien waar in de lucht zich veel of weinig aerosolen bevinden, en waar vooral grotere of kleinere aerosolen zweven.

Piepkleine deeltjes

Aerosolen zijn deeltjes die klein genoeg zijn om in de lucht te blijven zweven. Daaronder vallen kleine zanddeeltjes, zoutkristallen, roetdeeltjes en vulkaanas. De kleinste aerosolen zijn een paar nanometer in doorsnede, de grootste enkele tientallen micrometers. ‘Worden ze te groter, dan dwarrelen ze naar beneden en zijn het dus geen aerosolen meer’, zegt Otto Hasekamp, hoofdonderzoeker SPEXone bij SRON.

Dat woestijnzand kan zweven, en dus lange afstanden kan afleggen, weet iedereen die een auto bezit. Staat de windrichting lange tijd vanuit het zuiden, dan voeren die winden Saharazand helemaal over de Middellandse Zee naar onze contreien. Regent het dan bij ons, dan heeft dat rood woestijnstof op de auto’s tot gevolg. Maar waarom is de wetenschap geïnteresseerd in aerosolen?

Afkoelen en opwarmen

Omdat ze van invloed zijn op het klimaat, is het korte antwoord. Op het langere antwoord kun je promoveren aan de universiteit, zo ingewikkeld is het. Ietwat versimpeld komt het hierop neer. Sommige aerosolen dragen bij aan de opwarming van de aarde als ze zonlicht absorberen, maar de meeste aerosolen koelen de atmosfeer juist af. De mate van afkoeling hangt af van de grootte en kleur van de deeltjes.

Om meer te begrijpen van de invloed van aerosolen op het klimaat, zetten wetenschappers en ingenieurs in Nederland een paar jaar terug het project SPEXone op. Dat is een publiek-private samenwerking tussen ruimtevaartorganisatie SRON, de Nederlandse vestiging van Airbus en onderzoeksinstelling TNO. Samen ontwikkelden ze een instrument van 10 bij 20 bij 30 centimeter, dat vijftien kilogram weegt: SPEXone. Vanaf de satelliet PACE, van NASA, observeert dit instrument dag in dag uit de aarde met een telescoop die in vijf richtingen naar hetzelfde plekje — een ‘pixel’ van vijf bij vijf kilometer — kijkt en licht dus onder verschillende hoeken opvangt. Door zowel intensiteit, kleur en polarisatie van dat licht te meten, is informatie over de aanwezige aerosolen te berekenen. ‘De grootte en samenstelling van de aerosolen bepalen hoeveel licht in verschillende richtingen wordt verstrooid, en ook hoe dat licht wordt gepolariseerd’, zegt Hasekamp.

Voorbeeld van een honderd kilometer brede baan die SPEXone heeft geobserveerd, in dit geval boven Japan. Verschillende achtergronden zoals zee en land polariseren zonlicht op hun eigen manier, waardoor ze er anders uitzien. Land is bijvoorbeeld vaak blauw, omdat alleen het verstrooide licht in de lucht erboven is gepolariseerd. Foto's: SRON

Model

Met de ruwe data die SPEXone naar aarde stuurt, ben je er nog niet. ‘We stellen een model op van de luchtkolom die we hebben bekeken met een bepaalde grootteverdeling aan aerosolen erin’, legt Hasekamp uit. ‘Het weerkaatste licht dat dat model zou opleveren, vergelijken we met de metingen. Klopt dat niet, dan stellen we het model gericht bij en rekenen we opnieuw. Binnen vijf à zes stappen weten we dan wat voor aerosolen zich in die luchtkolom bevonden.’ Deze procedure gebeurt niet handmatig, maar binnen software die draait op een supercomputer. ‘Dat moet ook wel, want SPEXone observeert bijna een miljoen pixels per dag’, aldus Hasekamp.

PACE beweegt in verticale banen over de beide polen, terwijl de aarde om zijn as draait. Op die manier gaat SPEXone banen af van honderd kilometer breed. Per dag gaat PACE veertien keer om de aarde, maar vanwege de relatief smalle banen heeft de satelliet er een maand voor nodig voordat SPEXone de hele aarde heeft geobserveerd. Dat is ook de reden dat live-gebeurtenissen lastig in beeld te brengen zijn; de nu gepresenteerde wereldkaarten tonen een gemiddelde in de tijd van de dichtheid aan aerosolen.

De kaarten

Zo is op de eerste wereldkaart (boven dit artikel) de hoeveelheid aerosolen te zien. De kaart toont voor iedere plek op aarde de gemiddelde waarde aan aerosolen voor de periode maart tot en met december 2024. Gebieden die daarbij hoog scoren zijn woestijnen (vanwege het zand), en regenwoud en savennen (vanwege branden).

Een tweede kaart, hierboven, toont de hoeveelheid fijne aerosolen ten opzichte van het totale aantal. Dit laat zien dat kleine deeltjes vooral voorkomen boven gebieden met veel verkeer en industrie, zoals India en regio’s met veel branden, zoals Midden-Afrika en Siberië. Aerosolen als woestijnstof en zeezout zijn juist grotere deeltjes, waardoor die gebieden blauw oplichten op deze kaart.

De derde kaart toont de hoeveelheid reflecterende aerosolen ten opzichte van het totale aantal aerosolen op die plek. Reflecterende aerosolen (rood) hebben een afkoelend effect. Absorberende aerosolen (blauw) hebben een opwarmend effect. Rookdeeltjes van bosbranden absorberen zonlicht, wat duidelijk te zien is in Californië, Noord-Siberië en midden-Afrika. De kaart toont voor iedere plek op aarde de gemiddelde waarde voor de periode maart t/m december 2024.

Toekomst

Het SPEXone-meetinstrument is ontworpen om minstens drie jaar mee te gaan, maar de hoop is dat-ie het veel langer blijft doen. ‘Er is brandstof aan boord voor meer dan tien jaar en vaak blijven instrumenten wel langer functioneren dan waarop je ze hebt ontworpen’, zegt Hasekamp.

 

Beeldmateriaal: SRON. De kaarten worden binnenkort gepubliceerd in het vakblad Geophysical Research Letters.