De wisselwerking tussen het blad aan de boom en de wolk in de lucht

Persbericht

De wisselwerking tussen het blad aan de boom en de wolk in de lucht

Gepubliceerd op
12 april 2017

Een groen blad in de zon beïnvloedt het ontstaan van wolken aan de hemel. Het fundamentele biologisch, chemisch en fysisch proces op kleine schaal is echter een lacune in weer- en klimaatmodellen. In zijn inaugurele rede op 13 april gaat prof.dr. Jordi Vilà-Guerau de Arellano, persoonlijk hoogleraar aan Wageningen University, in op die wisselwerking van de atmosferische grenslaag met het aardse oppervlak.

Als je ademt krijg je lucht binnen uit de onderste laag van de atmosfeer, de grenslaag ofwel de atmospheric boundery layer. Ook de meeste menselijke effecten, zoals de uitstoot van verkeer en industrie, smogvorming, de winning van zonne- en windenergie, maar ook zuurstofproductie door planten vinden plaats in deze dunne laag van de atmosfeer, doceert prof. Vilà. “Die laag varieert in dikte van tweehonderd meter ’s nachts tot wel 1500 meter aan het einde van een zonnige middag. Om het hele proces van weer en klimaat te begrijpen dienen we beter grip te hebben op de details die zich afspelen in die grenslaag.”

Huidmondjes

De huidige weer- en klimaatmodellen ontberen een nauwkeurige koppeling van atmosfeer-land-interacties met een fijnheid van kleiner dan een kilometer of korter dan een minuut. De huidige kleinste schalen van die modellen zijn oppervlakten van 5x5 kilometer, maar fenomenen op nog kleinere schaal in ruimte en tijd, zoals verdamping door planten, turbulentie, wolkenvorming en stofdeeltjes ontbreken.  En dat terwijl de vegetatie op het land lokaal veelal onmiddellijk reageert, binnen een minuut of enkele seconden. Bijvoorbeeld als een wolk over een bladerdek trekt of zelfs als een enkel blad van een boom in de schaduw geraakt. Huidmondjes op het blad, ter grootte van de helft van een haardikte, sluiten of openen zich met miljarden tegelijk en beïnvloeden zo de hoeveelheden warmte en vocht die opstijgen en honderden meters hoger wolken vormen.

wolkenvorming_bossen2-01.png

Fotosynthese

Als voorbeeld voert prof. Vilà in zijn rede: ‘Dialogues with the Atmospheric Boundary Layer – Integrating physiscs, chemistry and biology’ de situatie in het Amazonewoud aan. Planten benutten de energie van de zon voor hun fotosynthese – een proces dat energie kost. De overige zonnestraling warmt de top van de bomen in het bos op. De warme lucht stijgt op en transporteert naast de warmte ook vocht dat via de huidmondjes uit de bladeren is verdampt. Door turbulente opstijgende lucht mengt de atmosfeer (water, warmte en stof) en treedt er op hoogte condensatie op, legt prof. Vilà uit. “Maar dan wordt het complex. De wolk laat zijn schaduw over het bladerdek vallen waardoor de fotosynthese afneemt. En hoewel de wolk de directe zonneschijn tegenhoudt, stijgt de indirecte straling. Dat diffuse licht dringt dieper door in het bos en bereikt het groen tussen de bomen, waardoor huidmondjes zich daar openen, de fotosynthese toeneemt en er meer water verdampt. Warmte en verdamping zijn de sleutelelementen in de vorming en regulering van turbulentie.”

De satellietopname van regenwoud in Amazonegebied toont de relevantie van de kleine schaal. Terwijl het boven de rivieren wolkenvrij is, vormen zich mooi-weer wolkjes boven de bossen waar de vegetatie bijdraagt aan verdamping en het opstijgen van de warme, vochtige lucht - Middag van 19-8-2009 (Bron: NASA image courtesy Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response at NASA GSFC)
De satellietopname van regenwoud in Amazonegebied toont de relevantie van de kleine schaal. Terwijl het boven de rivieren wolkenvrij is, vormen zich mooi-weer wolkjes boven de bossen waar de vegetatie bijdraagt aan verdamping en het opstijgen van de warme, vochtige lucht - Middag van 19-8-2009 (Bron: NASA image courtesy Jeff Schmaltz, MODIS Rapid Response at NASA GSFC)

Aerosolen

Uit de bladeren stijgen via de huidmondjes naast waterdamp ook vluchtige organische stoffen op. Het doel van die stoffen is niet duidelijk, mogelijk zijn het signaalstoffen om bijvoorbeeld natuurlijke vijanden aan te trekken. “Deze stoffen reageren met andere chemische verbindingen en vormen zo kleine deeltjes, aerosolen, die het wolkenvormend proces versnellen, doordat ze dienen als condensatiekernen waaraan het vocht in de atmosfeer vasthecht. Ook dat fenomeen voltrekt zich op zeer kleine schaal en hoort in weer- en klimaatmodellen,” aldus de persoonlijk hoogleraar aan de leerstoelgroep Meteorologie en Luchtkwaliteit.