| |
|
Hoofdstuk 13 - Rook
van bosbranden en
luchtvervuiling |
|
|
| In de vorige hoofdstukken zagen we reeds dat
de lucht in de dampkring allerlei
verontreinigingen bevat. Woestijnen zijn een
bron van stof- en zanddeeltjes in de
atmosfeer (hoofdstuk 11) en vulkanen leveren
as (hoofdstuk 12). In dit hoofdstuk komen
verdere verontreinigings bronnen aan bod. De
belangrijkste daarvan zijn de bos- en
natuurbranden die in lange, hete en droge
zomers herhaaldelijk in het nieuws zijn.
Daarnaast raakt de lucht bij bepaalde
weersituaties verontreinigd door menselijke
activiteiten, zoals industrie en verkeer. |
| |
Bos- en natuurbranden doen zich voor als aan
drie vereisten is voldaan, de zogeheten
vuurdriehoek (figuur a). Dezelfde
voorwaarden gelden
overigens ook voor andere branden.
Allereerst moet
er voldoende brandstof zijn.
Daarnaast is er zuurstof nodig. Tenslotte
moet de temperatuur hoog genoeg zijn om
ontbranding te doen plaatsvinden. Het weer
speelt bij het vervullen van elk van deze
voorwaarden een belangrijke rol.
Een bos
bevat natuurlijk altijd voldoende hout, maar
dat moet wel droog genoeg zijn om te kunnen
branden.
| 1: De vuurdriehoek met de belangrijke ingedienten voor brand |
2: Concentraties van stof- en
roetdeeltjes kleiner dan een honderdste
millimeter in de atmosfeer, 23 maart 2003.
Oranje duidt op hoge
concentraties,
blauw op lage. Beeld 6 is het bijbehorende satellietbeeld. Bron: Universiteit van
Keulen. |
3: Bosbranden in Portugal en Spanje,
waargenomen door de Moderate Resolution
Imaging Spectroradiometer (MODIS) van de
Amerikaanse
satelliet Terra in
de ochtend van 4 augustus 2003. |
Droog hout, met hooguit een of twee
gewichtsprocent water, ontbrandt bijna net
zo makkelijk als benzine; nat hout met
vijftien tot twintig procent vocht wil
nauwelijks branden. Dat komt doordat hout
ontvlamt bij 390 graden,
een temperatuur die
veel hoger ligt dan het kookpunt van water.
Daardoor moet eerst alle water verdampt
zijn, voor de ontbrandingstemperatuur kan
worden bereikt. Vandaar dat tijdens een
langdurige droogteperiode de kans op
bosbranden in de loop van de tijd toeneemt.
Hoe hoger de temperatuur en hoe lager de
vochtigheid van de lucht, des te sneller
vindt de uitdroging van het bos plaats. De
fijne brandstoffen, zoals grassen, blad,
naalden en kleine takjes drogen al in enkele
uren, maar bij het grovere hout duurt dit
dagen of zelfs weken.
De kans op een bosbrand
hangt daardoor mede
af van het weer tot twee of meer weken
terug. Ook bij het vervullen van de tweede
voorwaarde, voldoende zuurstof, is het weer
belangrijk. De lucht die de zuurstof bevat,
wordt namelijk aangevoerd door de wind; hoe
harder het waait, des te meer zuurstof komt
er beschikbaar. De wind kan ook een rol
spelen om aan de derde voorwaarde te
voldoen: hij voert
soms vonken of andere
brandende materialen van een gewone brand,
een barbecue of een kampvuur mee naar
plaatsen waar een bosbrand kan ontstaan. Een
bos kan door blikseminslag eveneens in brand
raken; in Noord-Amerika is dat de
oorzaak van
veertig procent van alle
bosbranden. |
4: Een stevige oostenwind doet de
blauwgrijze rook van bosbranden in Californië, Verenigde Staten, uitwaaieren
over de Stille Oceaan.
De vuurhaarden zijn
rood gemarkeerd. Datum: 12 oktober 2004.
Satelliet Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team. |
5: Natuurbranden, aangestoken door
blikseminslag en door pyromanen, bedreigen
de buitenwijken van Sydney op 25 december
2001.
De
vuurhaarden zijn rood gemarkeerd. Satelliet
Terra. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid
Response Team. |
6: Rook van een bosbrand in Portugal
(rechtsboven in beeld) waaiert uit over de
Atlantische Oceaan. De vuurhaarden zijn rood
gemarkeerd.
Tegelijkertijd bevindt zich boven de Atlantische Oceaan uit de kust van Marocco
bruinachtig saharastof (zie hoofdstuk 11,
Stofstormen).
Midden
links in beeld is door de stofdeken heen
Madeira te zien; linksonder liggen de Canarische Eilanden. Datum: 13 september
2003.
Satelliet Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team. |
De wind is meer dan alleen leverancier van
zuurstof. Hij helpt bij het drogen van de
brandstof en speelt een belangrijke rol bij
de uitbreiding van
het vuur. Zo voert hij de
hete lucht van de plaats
waar de brand woedt
naar het gebied waarheen de brand zich gaat
uitbreiden. Verder doet de
wind de vlammen
naar voren overhellen, zodat ook de
warmtestraling van de vlammen voorwerk kan
verrichten voor een uitbreiding van de
brand.
Dit stralingseffect wordt nog versterkt op
berghellingen, waartegen een bosbrand dan
ook razendsnel kan opkruipen. Tenslotte
voert
de wind,
zoals reeds genoemd, soms vonken en lichte,
brandende materialen uit het brandende bos
naar plaatsen waar nog geen brand is
uitgebroken. |
| |
De wind beïnvloedt de intensiteit van de
brand, bepaalt in welke richting het vuur
zich uitbreidt en speelt ook een rol bij hoe
snel dat zal gebeuren;
de snelheid waarmee een vuur zich uitbreidt,
kan uiteenlopen van bijna nul tot ruim 6½
meter per seconde. Daardoor is het, ook al
voor de veiligheid van de brandbestrijders,
van het grootste belang de wind en de
veranderingen daarin precies te kennen en te
voorspellen. Daarbij moet met allerlei
meteorologische factoren rekening worden
gehouden. Zo werken veranderingen in het
grootschalige luchtdrukpatroon door in
veranderingen in de wind. Bij frontpassages
kan de wind bovendien aanwakkeren, vlageriger worden en vrij plotseling van
richting veranderen. Ook buien gaan vaak
vergezeld van een vlagerige, sterk
veranderlijke wind, zelfs op plaatsen waar
geen regen valt. |
|
|
Daarnaast doen bosbranden zich geregeld voor
in gebieden met lokale winden. Zo treden ze
veelal op in de buurt van de kust; dat was
in de
extreem droge en hete zomer van 2003
bijvoorbeeld
het geval in Zuid Frankrijk,
Portugal (beelden 1 en 4) en Australië
(beeld 3; zie ook beeld 1
bij hoofdstuk 16).
Bij het invallen van de zeewind verandert de
wind plotseling van richting.
Berggebieden
kennen hun eigen windcirculaties,
zoals de
föhn, een soms dagenlang stevig doorstaande
warme en droge wind achter grote bergketens.
Verder waaien hellingwinden overdag
langs de
door
de zon verhitte berghellingen omhoog en
kunnen zo bosbranden eveneens een flinke
impuls geven. |
| |
Tevens is de temperatuuropbouw van de
atmosfeer van belang. In een stabiele
atmosfeer zijn de branden minder hevig dan
in een onstabiele.
Dat komt doordat in een stabiele atmosfeer
stijgende luchtbewegingen worden
tegengewerkt. Daardoor neemt het
luchtaanzuigend, ventilerend vermogen van
het vuur af. Vaak verandert het
temperatuurprofiel van de atmosfeer in de
loop van de ochtend van stabiel naar
onstabiel. Op dat moment trekt de wind aan
en neemt de relatieve vochtigheid af.
Bovendien loopt de temperatuur naarmate de
dag voortschrijdt, verder op,
zodat het vuur
overdag aanwakkert. In de avond en nacht
vindt een overgang van onstabiel naar
stabiel plaats, waarbij de wind weer afneemt
en
het vuur minder kansen krijgt. Doordat in
de loop van de nacht ook de temperatuur
daalt en de vochtigheid toeneemt, is de kans
om een vuur
onder controle te krijgen in de
vroege ochtend het grootst. De bosbranden
tonen dus niet alleen een jaarlijkse gang,
met de meeste branden in het zomerseizoen,
maar ook een dagelijkse gang.Om het vuur te
doven moet ten minste een van de elementen
van de vuurdriehoek onschadelijk worden
gemaakt: de brandstof moet opraken, de
zuurstoftoevoer stagneert of de temperatuur
zakt onder de ontbrandingstemperatuur,
bijvoorbeeld door bluswater. |
| |
7: Verontreinigde lucht boven
Groot-Brittannië, Ierland en het
aansluitende zeegebied. Door de grauwsluier
heen blijft het landoppervlak redelijk
goed zichtbaar. De rode punten in het oosten van Ierland bij Dublin, in het westen
bij Galaway in Wales, ongeveer 60 km ten
zuidwesten van
Liverpool, markeren vuren, waarvan de rook zich
bij de reeds aanwezige luchtverontreinigingen voegt. De
verontreinigde lucht wordt als het
ware de
wervel ingezogen van de depressie voor de westpunt
van Bretagne. Een kaartje met gemeten
concentraties van de
luchtverontreiniging is gegeven als figuur b. Datum: 23 maart 2003.
Satelliet Aqua. Bron: NASA/GSFC MODIS Land Rapid Response Team.
|
8: Een grauwsluier van verontreinigde
lucht bedekt China, waar 's winters steeds
meer kolen en hout worden verstookt. Een
stevige wind blaast
de verontreinigingen ook naar zee en brengt tevens het water van de Gele Zee in
beroering. Opwellend sediment geeft het
zeewater
lichtbruine en turkooise tinten (zie ook hoofdstuk 17,
Kleurrijk oceaanwater). Het sediment, deels
afkomstig uit de Jangtsekiang, kleurt het
kustwater soms zo bruin dat het
nauwelijks nog te onderscheiden is van het
vasteland. Achter Korea en Japan zijn wervelpatronen zichtbaar
(zie hoofdstuk 9, Bewolkingspatronen achter bergachtige
eilanden). Datum: 15 februari 2004.
Satelliet: Seastar.
Bron: NASA/GSFC SeaWiFS
Project. |
9: Ten zuiden van de Alpen ligt in Noord-Italië de Povlakte. Deze is berucht om
de perioden van luchtverontreiniging die
daar geregeld optreden.
De
verontreinigde lucht ligt als een
grijs waas over het gebied. Datum: 9
februari 2005. Satelliet Aqua. Bron:
NASA/GSFC MODIS Land Rapid
Response Team. |
De samenhang tussen weer en bosbranden is
ingewikkeld doordat niet alleen het weer
invloed heeft op de bosbranden, maar de
bosbranden op hun beurt ook het
kleinschalige weer mede bepalen. Dat maakt
de branden extra grillig en hindert de
bestrijding. Dit grillige gedrag resulteert
soms in onverwacht snelle uitbreiding van de
brand. Verder kan de brand zich van het
aardoppervlak verplaatsen naar de
boomkruinen, waar het vuur zich
zeer snel kan voortplanten. Er zijn bij deze
zogeheten kruinbranden vlamlengtes
waargenomen van vijftig meter, terwijl het
vuur zich met een
snelheid van 3½ meter per seconde voorwaarts
verplaatste. Tegen zoveel geweld zijn de
brandgangen in de bossen niet opgewassen.
De kruinbranden verbruiken veel meer
brandstof dan de oppervlaktebranden, zijn
veel heter en brengen de
verbrandingsproducten hoger in de atmosfeer.
In het brandende gebied treden verder soms 'vuurhoosjes'
op, te vergelijken
met de stof- en zandhoosjes die vaak te zien zijn boven heet
en droog zand. Deze vuurhoosjes kunnen
honderden meters hoog zijn en brandend
materiaal ver omhoog voeren, dat vervolgens
op grote afstand neerkomt en nieuwe branden
veroorzaakt. Het deels afgebrande bos toont
soms de sporen van andere opgetreden
luchtcirculaties. Zo komen er lijnvormige
patronen voor met afwisselend verbrande en
niet verbrande delen bos, die grote
gelijkenis vertonen met het patroon van
wolkenstraten
(zie hoofdstuk 6). |
| |
| Branden schering en inslag |
| |
Bos- en natuurbranden zijn een 'normaal'
natuurverschijnsel; ook zonder menselijk
ingrijpen doen ze zich voor. Dit laat
natuurlijk onverlet dat sommige bosbranden
met opzet kunnen zijn aangestoken. De
branden schonen het bos op en maken ruimte
voor nieuwe bomen of struikgewas.
Er zijn zelfs dennensoorten die zich
voortplanten met behulp van bosbranden:
de
hitte maakt de zaden vrij en het nieuwe
zaaigoed heeft alle licht
en ruimte om zich
te ontwikkelen. Bij natuurlijke branden gaat
jaarlijks minstens een miljoen vierkante
kilometer bos verloren. Veel branden laat
men gewoon uitwoeden; er is geen geld om
elke brand ver van de bewoonde wereld te
bestrijden. Zo bedraagt het areaal aan bos
in
Noord-Amerika en
op het Euraziatische continent boven de 48e
breedtegraad naar schatting 14,3 miljoen
vierkante kilometer; het is daarmee
veel te
groot om onafgebroken brandvrij te houden.
In Canada woeden gemiddeld negenduizend
bosbranden per jaar; het is ondoenlijk die
allemaal te bestrijden.
Naast de natuurlijke branden zijn er ook nog
de aangestoken branden. Sinds mensenheugenis
worden ze
gebruikt om bouwland op te schonen
en
er voedingstoffen aan toe te voegen. Verder
dienen ze om bossen te verwijderen voor
ander gebruik dan natuur of bosbouw. Ook
worden branden wel ingezet bij het beheer
van de bossen, bijvoorbeeld om verjonging
mogelijk te maken of om 'brandstof' te
verwijderen en zo oncontroleerbare
bosbranden in de toekomst te voorkomen.
De
schattingen over de hoeveelheid bos- en
grasland die door de mens wordt afgebrand,
lopen uiteen
van 3,4 tot 8,2 miljoen vierkante kilometer
per jaar. |
Niet alleen bosbranden brengen
verontreinigende stoffen in de atmosfeer.
Ook door activiteit van de industrie en door
het verkeer raakt de
atmosfeer
verontreinigd, vooral tijdens langdurige
perioden met zonnig en rustig weer. Deze
hangen vaak samen met krachtige,
standvastige hogedrukgebieden. De
luchtdrukverschillen zijn in de buurt van hogedrukcentra gewoonlijk klein; daardoor
staat er weinig wind en krijgt het weer
zijn
rustige karakter.
Het ontbreken van bewolking is een gevolg
van het optreden van dalende luchtbewegingen
in het gebied waar de hogedruk
zone haar
invloed doet gelden. Dalende lucht warmt op
en droogt daardoor uit, zodat eventueel
aanwezige bewolking op den duur verdwijnt.
Schaduwzijde van het zonnige weer is een
toenemende kans op luchtverontreiniging;
deze treedt op in de onderste honderden
meters van de atmosfeer, de zogeheten
atmosferische grenslaag. De dalende
bewegingen in het hogedrukgebied warmen
uitsluitend de lucht boven de grenslaag op;
in een grenslaag kan zich vooral 's winters
of boven de oceanen dan ook wél bewolking of
mist handhaven. Net boven de grenslaag is
het een paar graden warmer dan
erin; men spreekt in zo'n geval van een
inversie aan de bovenkant van de grenslaag.
Een inversie gaat stijgende luchtbewegingen
tegen en
verhindert daarmee tevens de
uitwisseling tussen de lucht in de grenslaag
en die erboven; ze vormt al het ware een
deksel op de grenslaag. Verontreinigingen
die zich in de grenslaag bevinden, kunnen
daaruit niet naar boven toe ontsnappen,
zodat de concentraties ongewenste stoffen
hoog blijven.
De zwakke wind kan de verontreinigingen niet
snel afvoeren, waardoor verdere ophoping van
verontreinigingen plaatsvindt. Dit proces
gaat door tot de weersomstandigheden
veranderen. Sommige gebieden zijn extra
gevoelig voor zich ophopende
luchtverontreiniging, zoals vlaktes
met veel
industrie die zijn ingesloten door
gebergten.
De Povlakte is een bekend
voorbeeld (beeld 5). |
| |
De meeste luchtverontreiniging is afkomstig
van menselijke bedrijvigheid in de
grenslaag. Vooral de grote steden, met hun
concentraties aan
industrie en hun verstikkende
verkeersstromen, vormen een bron van
verontreinigingen. Vaak gaat het om stoffen
die gezondheidsrisico's met zich meebrengen.
Veelal zijn het gassen die stank
verspreiden, irritaties teweeg brengen aan
huid
en slijmvliezen of zelfs
kankerverwekkend zijn.
Naast gassen worden
ook stof- en roetdeeltjes de dampkring
ingebracht. Vooral dieselmotoren staan in
dit opzicht in een kwade reuk. |
| |
Onder het mooi-weerscenario kunnen
verontreinigingen geruime tijd gevangen
blijven in de grenslaag. Daarbinnen
verplaatsen ze zich wel, vaak
over grote
afstanden, zodat ook het niet-stedelijk
gebied met luchtverontreiniging te kampen
krijgt. De gasvormige verontreinigingen zijn
meestal kleurloos en met het blote oog niet
te zien; ze zijn evenmin waarneembaar op
satellietbeelden. Voor de stof- en
roetdeeltjes ligt dit anders. Ook al zijn ze
heel klein en beperkt men zich bij de
metingen tot deeltjes kleiner dan een
honderdste millimeter, ze zijn toch
zichtbaar doordat ze heiigheid veroorzaken
en het zicht doen afnemen. Vanuit een
satelliet is de met deeltjes vervuilde lucht
waarneembaar (beeld 6). |
| |
|
Bron:
Kees Floor - Het weer op satellietbeelden |
|
|
|
|
