Leven of overleven?

Brussel (grootstad)

1) Hoe ziet de samenstelling van verontreinigde lucht eruit in stedelijke omgevingen? Buiten een sterk variabele hoeveelheid waterdamp (tussen 0 en 7%) bestaat 99,9% van de lucht, zuiver of verontreinigd, uit stikstof (N2 78,1%), zuurstof (O2 20,9%), argon (Ar 0,93%) en koolstofdioxide (CO2 0,035%). Daarnaast bevat lucht nog minimale hoeveelheden (< 0,002%) andere inerte gassen (neon, helium, krypton, xenon) en methaan (0,0001%). Men spreekt over verontreinigde lucht indien daarnaast ook nog andere gassen (SO2, CO, NO…) of deeltjes (roet, stof) in niet verwaarloosbare hoe-veelheden in de lucht voorkomen. Zelfs in de meest verontreinigde gebieden bedraagt het totaal aan vervuilende bestanddelen zelden meer dan 0,001%. Deze enorm kleine hoeveelheden kunnen echter aanzienlijke schade toebrengen aan de volksgezondheid, de flora en de fauna. De belangrijkste veront-reinigende bestanddelen die men in een stedelijke omgeving aantreft zijn stikstofoxiden (NO + NO2), koolwaterstoffen, koolstofmonoxide (CO), ozon (O3), zwaveldioxide (SO2) en zwevende deeltjes. De-ze stoffen komen ook van nature in de lucht voor, maar hun gezamenlijke concentratie is in het stede-lijke Brussel toch al snel een goede 50 maal hoger dan in verafgelegen gebieden met 'zuivere lucht'. Tijdens alarmsituaties kunnen sommige polluenten in hoeveelheden voorkomen die duizendmaal hoger liggen dan de atmosferische achtergrondconcentratie. Dit heeft natuurlijk gevolgen voor de volksge-zondheid. 2) Waarom is de CO-concentratie in een grootstad in de avondspits groter dan in de ochtendspits? 's Avonds rijden er veel meer wagens in Brussel rond die slechts enkele minuten op de weg zijn en waarvan de motor nog onvoldoende is opgewarmd. Bij deze koude motoren is de verbranding in de motor niet optimaal, met een belangrijke CO-uitstoot tot gevolg. De warme auto's die 's ochtends Brussel binnenrijden, zetten het gevormde CO gemakkelijk verder om tot CO2. Deze CO-avondpiek is bovendien meer uitgesproken in de winter dan in de zomer. Dit is zowel te wijten aan de consumptie van CO in de zomer bij ozonvorming, als aan de winters weeromstandigheden die de verspreiding van de polluenten bemoeilijken.
3) Wat zijn de belangrijkste verschilpunten tussen zomer- en wintersmog? a) Wat is smog? Smog ontstaat tijdens stagnaties in de verticale luchtbeweging. Deze treden regelmatig maar ge-woonlijk kortstondig op, zoals in de vroege ochtend, wanneer de luchtlagen dicht aan het aardopper-vlak kouder zijn dan die erboven. Indien een dergelijk temperatuurverloop in de atmosfeer (inversie) met laaghangend inversieplafond enkele dagen aanhoudt, zoals bij geringe windsnelheid in herfst en winter wel voorkomt, kan cumulatie van verontreinigingen (vorming van smog) optreden met soms ernstige gevolgen. Door de inwerking van zonlicht op stikstofoxiden (NO + NO2) en organische ver-bindingen kunnen bij het aardoppervlak organische peroxiden, zoals peroxiacylnitraat (PAN), en ver-hoogde concentraties aan o.a. ozon ontstaan (fotochemische smog). b) Overzichtstabel zomer- en wintersmog: WintersmogZomersmog
Wanneer maximaal? Tijdens de ochtenduren Tijdens de middaguren
Temperatuur? Laag: 0-10°C Hoog: 25-35°C
Temperatuurinversie? Aanwezig Aanwezig
Vochtigheid? Hoog Laag
Luchtgesteldheid? Bewolkt en mistig Zonnig en helder
Oorzaak? Verbranding zwavelhoudende brandstoffen Autoverkeer
Voornaamste polluenten? SO2 en zwevende deeltjes Nox, koolwaterstoffen en stof
Voornaamste producten? H2SO4, zure mist O3, PAN, organische oxidan-ten
Gezondheidsproblemen? Luchtwegen Luchtwegen en ogen

B) Alpengletsjers:

Welke gassen zijn gekend als broeikasgassen? De voornaamste broeikasgassen zijn H2O (waterdamp), CO2 (koolstofdioxide), O3 (ozon), N2O (dis-tikstofoxide), CH4 (methaan).
b) Hoe veroorzaken zij het broeik aseffect? CO2, en in mindere mate H2O, bezitten de eigenschap om de (kortgolvige) zonnestraling die op aarde valt, door te laten. Beide kunnen echter zeer goed de door de aarde uitgezonden (langgolvige) warm-testraling absorberen. Doordat de atmosfeer op deze wijze een deel van de aardstraling opneemt, warmt hij een beetje extra op. Diezelfde gassen zenden op hun beurt opnieuw infraroodstraling uit naar alle richtingen, dus ook naar het aardoppervlak. Enerzijds wordt het aardoppervlak dus opge-warmd door de directe zonnestraling, anderzijds door de vanuit de atmosfeer opnieuw uitgezonden in-fraroodstraling. Dit extra beetje infraroodstraling noemt men het atmosferische broeikaseffect. Het is net zoals in een serre of broeikas waar het glas het invallende zonlicht doorlaat, maar een deel van de warmte in de serre tegenhoudt. Daarom noemt men de gassen die voor een gelijkaardig effect in de atmosfeer zorgen, broeikasgassen. De aanwezige broeikasgassen werken dus als een soort isolatiede-ken door er voor te zorgen dat een deel van de aardse warmtestraling niet in de ruimte verloren gaat. 1) c) Hebben zij allemaal een even grote bijdrage? Verklaar Waterdamp en koolstofdioxide zijn veruit de belangrijkste broeikasgassen in de atmosfeer. Daarnaast komen er nog enkele andere broeikasgassen in uiterst kleine hoeveelheden (minder dan 0.0003%) voor. Zonder al die gassen zou de gemiddelde temperatuur aan het aardoppervlak lager zijn. De ge-middelde temperatuur aan het aardoppervlak bedraagt dus 15°C in plaats van –18°C. -vergelijkende tabel van de bijdrage van de verschillende broeikasgassen: Broeikasgas Bijdrage tot het broeikaseffect
H2O (waterdamp) 20,5% CO2 (koolstofdioxide) 7,0% O3 (ozon) 2,5% N2O (distikstofoxide) 1,5% CH4 (methaan) 1,0% Andere gassen 0,5% 2) Beschrijf een voorbeeld waaruit de verandering van het wereldklimaat blijkt. De laatste 100 tot 150 jaar hebben wereldwijd veel gebergtegletsjers zich teruggetrokken. Vermits de grote Europese gletsjers zich in gebieden bevinden die reeds honderden jaren bewoond zijn, beschikt men voor sommige gletsjers over lengtemetingen die teruggaan tot de jaren 1600. En ook hier merkt men dat de terugtrekking erg spectaculair is sinds de tweede helft van vorige eeuw. Niet alle gletjsers smelten echter af, sommige groeien ook aan op plaatsen waar bijvoorbeeld heel veel neerslag valt. Toch kunnen we zeggen dat de terugtrekking van de gebergtegletsjers de laatste 150 jaar erg alge-meen en wereldwijd was. Deze terugtrekking is het meest dramatisch bij de alpiene gletsjers, die sinds eind vorige eeuw bijna de helft van hun massa zijn verloren. Deze wereldwijde terugtrekking van de gebergtegletsjers heeft waarschijnlijk eenzelfde wereldwijde oorzaak. De meest vermelde oorzaak is een verandering van het klimaat. Dit is een zeer voor de hand liggende verklaring want het wereldklimaat is wel degelijk veranderd sinds vorige eeuw. Men stelde vast dat sinds het einde van vorige eeuw de gemiddelde luchttemperatuur aan het aardoppervlak wereldwijd met 0,5% gestegen is.

C) Antarctica

1) a) Hoe wordt ozon gevormd? En afgebroken? De vorming van ozon gebeurt in twee stappen. Eerst wordt zuurstof (O2) door ultraviolette (UV) zon-nestraling gesplitst in 2 uiterst reactieve zuurstofatomen (O°). Indien dit zuurstofatoom (O°) zich in een tweede stap verbindt met een ander zuurstofmolecule (O2) krijgt men ozon (O3). Ozon kan op twee verschillende manieren afgebroken worden. Enerzijds kan UV-straling van de zon het ozonmo-lecule (O3) opnieuw splitsten in een zuurstofatoom (O°) en een zuurstofmolecule (O2). Anderzijds kan een zuurstofatoom (O°) een ozonmolecule (O3) aanvallen en zo 2 zuurstofmoleculen (O2) laten ont-staan. Het was de Engelse wetenschapper S. Chapman die in 1930 de eerste fotochemische theorie i.v.m. de stratosferische ozonvorming ontwikkelde. Hij deed dat aan de hand van volgende basisreac-ties: * Vorming: O2 + UV --- O° + O° (golflengte <240nm) O° + O2 --- O3 * Afbraak: O3 + UV --- O2 + O° (golflengte >240nm) O3 + O° --- 2O2
O° is een zuurstofatoom met een oneven aantal elektronen en bezit dus een ongepaard elektron wat het deeltje zeer reactief maakt. Het teken "°" bij O° verwijst naar de aanwezigheid van dit ongepaard elektron. De wetenschappelijke benaming van O° is zuurstofradicaal!
1) b) Welke gassen/deeltjes kunnen deze afbraak bewerkstelligen? - UV (golflengte >240nm) - O° 2) Hoe wordt op aarde de ozonconcentratie gemeten? Om de concentratie van een gas in de hoge atmosfeer te meten, zijn er verschillende methoden voor-handen: grondmetingen, satellietmetingen en ballonmetingen. Vermits ozon de UV-straling van de zon absorbeert, zal de hoeveelheid UV-straling die het aardoppervlak bereikt afhankelijk zijn van de hoeveelheid ozon die zich in de atmosfeer bevindt. Hoe meer ozon in de atmosfeer, des te minder UV-straling aan de grond. Uit de meting van de hoeveelheid UV-straling die het aardoppervlak bereikt, kan men relatief eenvoudig de totale ozonkolom berekenen. Het Dobson- en het geautomatiseerde Bre-werinstrument zijn de meest gebruikte instrumenten. Wereldwijd wordt, binnen een netwerk van grondstations, op meer dan honderd plaatsen de ozonkolom gemeten. Dit laat toe de regionale varia-ties in de ozonlaag waar te nemen. Vermits echter 70% van het aardoppervlak wordt ingenomen door de oceanen, zijn boven die plaatsen zeer weinig gegevens beschikbaar betreffende de ozonkolom. Een satelliet pakt het omgekeerd aan en kijkt van boven naar beneden. Hij meet de ultraviolette zonnestra-ling die door de atmosfeer wordt verstrooid of gereflecteerd. Het grote voordeel van deze satellietme-tingen is dat er zeer frequent (b.v. elke 8 seconden) metingen worden gedaan waardoor een gedetail-leerd beeld wordt verkregen van de gemiddelde verdeling van de dikte van de ozonlaag over het hele aardoppervlak. Het was de NASA die als eerst satellietmetingen uitvoerde. Aanvankelijk bevond er zich een Total Ozone Mapping Spectrometer, afgekort TOMS, aan boord van de Nimbus-7 satelliet die in november 1978 werd gelanceerd. Tot 1992 werkte het TOMS-instrument naar behoren, maar het liet het nadien afweten. Geen nood, want sinds 1991 bevond er zich ook een TOMS-instrument in de Rus-sische Meteor-3 satelliet. Die viel echter ook uit in december 1994. Beide TOMS-instrumenten lever-den samen dagelijkse ozonmetingen van november 1978 tot december 1994. Na een korte onderbre-king van anderhalf jaar bevindt er zich sinds juli 1996 opnieuw een TOMS-instrument in een baan rond de aarde. De Earth Probe TOMS-satelliet bevindt zich op een hoogte van 500 km en levert dage-lijks beelden van de ozonlaag. Ook Europa voert reeds enkele jaren satellietmetingen uit. Op 24 april 1995 werd de ERS-2 satelliet van de ESA (European Space Agency) met aan boord het GOME (Glo-bal Ozone Monitoring Experiment) instrument. Het GOME-instrument, dat zich op 780 km hoogte be-vindt en in anderhalf uur rond de aarde cirkelt, brengt elke drie dagen de wereldwijde ozonverdeling in kaart. GOME is de voorloper van een nog meer geavanceerd meetinstrument. De ESA plant namelijk midden 1999 de lancering van de Envisat-1-satelliet met aan boord het SCIAMA-CHY-instrument dat (hoge resolutie) metingen van de hoge en lage atmosfeer zal uitvoeren. Nu kennen we wel de totale hoeveelheid ozon die boven ons hoofd hangt, maar we hebben er nog steeds geen idee van waar die ozon zich nu precies in de atmosfeer bevindt. We vermelden reeds dat ongeveer 90% van de totale hoeveelheid ozon zich in de stratosfeer bevindt. Wanneer er echter belangrijke variaties in de ozonko-lom optreden, is het belangrijk te onderzoeken waar die verandering zich juist voordoet. De oplossing hiervoor zijn ballonmetingen. Hierbij wordt een ozonsonde aan een ballon gemonteerd en mee opge-laten. De ozonsonde bevat een miniatuurpompje dat lucht uit de atmosfeer aanzuigt, en een ozonsensor die ter plaatse de ozonconcentratie meet. De meetsignalen worden rechtstreeks via een zendertje door-geseind naar het waarnemingsstation op de grond. De ballon doorkruist alle luchtlagen tot op een hoogte van ongeveer 35 km. Daar barst de ballon en duikt opnieuw naar beneden. Ook tijdens de da-ling wordt de ozonconcentratie gemeten. Het Koninklijk Meteorologisch Instituut in Ukkel voert sinds 1969 driemaal per week zo'n ballonmeting uit. De reeks ozonpeilingen die het KMI intussen bezit, is één van de langste en meest complete ter wereld! Ook bepaalde satellietmetingen laten toe de verticale ozonverdeling af te leiden. In de toekomst zullen deze satellietmetingen zeer waarschijnlijk een steeds belangrijkere plaats innemen in de observatie van de ozonlaag. 3) Wat zijn de negatieve gevolgen van de verminderde ozon-concentratie voor de mens? -Toename huidkanker: Het is bekend dat UV-straling op de huid inwerkt. Denk maar aan het bruine tintje dat je krijgt na een dagje zonnebaden. Dit tintje ontstaat doordat de UV-straling de pigmentcellen in de huid aanspoort om melanine, een bruine kleurstof, aan te maken. Bij blanke mensen met een gevoelige huid kan dit wel eens gepaard gaan met een pijnlijke zonnebrand waarbij de huid rood kleurt. Overdaad schaadt, en een langdurige blootstelling aan UV-zonnestraling leidt tot een verharde en snel verouderde huid. In tegen-stelling tot zonnebrand, dat meestal na een pijnlijke nachtje verdwijnt, kan UV-straling ook min of meer onomkeerbaar op de huid inwerken en zo huidkanker veroorzaken. Men onderscheidt twee soor-ten huidcellen (met of zonder pigment) en dus ook twee soorten huidkanker. Het overgrote deel van de huidkankers zijn kankers van de huidcellen die geen pigment bevatten (plaveiselcel en basaalcel). Overmatige hoeveelheden UV-B-straling tasten het DNA van de huidcel aan waarna de beschadigde delen van de cel uitgroeien tot een tumorcel. Vermits ze echter niet kwaadaardig zijn, kunnen ze vaak door het afweermechanisme van het lichaam onschadelijk worden gemaakt of met een weinig belas-tende medische ingreep worden verwijderd. Deze huidcarcinomen komen duidelijk meer voor bij men-sen met een licht huid die leven in zeer zonnige gebieden. Melanomen daarentegen, kankers van de pigmentcellen, zijn veel minder makkelijk te genezen en zijn meestal fataal indien ze niet op tijd wor-den behandeld. Deze melanomen komen opvallend veel voor in Queensland, een noordelijke provincie van Australië. In dit gebied wonen heel veel blanken, nakomelingen van Engelse emigranten uit de 19de-eeuw, met een lichte huid die niet aangepast is aan de normale hoeveelheid UV-straling die op deze breedtegraad het aardoppervlak bereikt. Terwijl het ontstaan van plaveiselcelcarcinomen samen-hangt met de totale hoeveelheid UV-straling die men tijdens het leven opdoet, worden basaalcarcino-men en de kwaadaardige melanomen vooral in verband gebracht met de UV-blootstelling tijdens de jeugd. Zo kan ernstige zonnebrand, opgelopen tijdens de jeugd, het ontstaan van huidkanker op later leeftijd bevorderen. Daarom moet men zich dus heel zijn leven beschermen tegen te hoge hoeveelhe-den UV-straling. -Onderdrukking van het immuunsysteem: Zodra een mens een infectie oploopt, treedt het immuunsysteem van zijn lichaam in werking. Dit is een soort natuurlijk verdedigingssysteem tegen lichaamsvreemde stoffen. Indien dit immuunsysteem om een of andere reden slecht of helemaal niet functioneert, wordt de mens veel ontvankelijker voor een heleboel ziekten. In vele gevallen wordt de huid eerst geïnfecteerd en dus is het immuunsysteem van de huid de eerste verdedigingslinie van het lichaam. Een verhoogde blootstelling aan UV-B-straling kan het immuunsysteem van de huidcellen op non-actief zetten. Hierdoor kan niet meer gepast gereageerd worden op vreemde stoffen in ons lichaam, de zgn. antigenen, en neemt de kans op infec-ties toe. De mens wordt zo ontvankelijker voor allerlei ziekten die een stadium doorlopen waarbij de huid betrokken is. Hiertoe behoren zowel virale ziekten (mazelen, pokken, herpes,…), parasitaire ziekten (malaria,…), bacteriële ziekten (tuberculose,…) als schimmelziekten (lepra,…). Bij muizen en mensen met niet-melanoma huidkanker werd bovendien ook vastgesteld dat UV-B-straling het im-muunsysteem van kankertumoren onderdrukt. -Oogziekten: Het hoornvlies en de ooglens, twee delicate delen van het oog, kunnen ernstig beschadigd worden door overmatige blootstelling aan UV-B-straling. De meest voorkomende stoornissen zijn cataract of grau-we staar, en sneeuwblindheid. Grauwe staar is een verstoring van de ooglens waardoor een vertroebe-ling van het zicht optreedt. Het uiteindelijke resultaat kan blindheid zijn. Hoewel we nog niet helemaal weten cataract juist ontstaat, blijkt er duidelijk verband te bestaan met langdurige blootstelling aan UV-B-zonnestraling. Hoewel een chirurgische ingreep blindheid ten gevolge van grauwe staar kan voorkomen, blijft het toch een belangrijke oorzaak van blindheid zowel in het Westen als in de ont-wikkelingslanden. UV-B-straling kan ook het hoornvlies, het voorste deel van de oogbal, beschadigen. Onvoorzichtige skiërs hebben dit wel eens ondervonden: sneeuwblindheid, een welbekende oogaan-doening (rode ogen en oogleden) die van pijnlijke maar meestal voorbijgaande aard is.

D) Noordzee

1) Waardoor worden onze waterlopen vervuild? - De lozing van stadsriolen en industriële afvalwaters met hun lading uitwerpselen en allerlei chemische bestanddelen. Ongeveer een derde van alle rioolwater dat in de Noordzee terechtkomt, heeft geen en-kele voorafgaande zuivering ondergaan. - Het afstromende regenwater voert het teveel aan pesticiden en meststoffen (natuurlijke of chemische) mee die over de akkers worden gestrooid. - De lozingen uit opslagplaatsen van dierlijk mest afkomstig van de intensieve veeteelt (mesthopen, putten voor aal of mest). 2) Wat is biomagnificatie? Zware metalen (kwik, lood, enz. ) komen slechts in kleine, zelfs geringe, hoeveelheden voor in het zeewater. Maar ze zijn niet biologisch afbreekbaar. De in zee levende organismen hopen deze stoffen op in hun lichaam zolang ze leven. Dit geldt ook voor de grote familie van "gesynthetiseerde organische verbindingen" – producten die door de mens gemaakt worden op basis van koolstof (en vaak ook chloor), zoals pesticiden, PCB's en bepaalde solventen. Deze twee categrieën van polluenten veroorzaken biomagnificatie – dit wil zeggen dat de concentratie ervan in de levende organismen bij elke etage van de mariene voedselpiramide vermeerdert. Vanaf de basis van deze piramide (etage van de algen van het plankton) tot aan de top van de voedselketen (etage van de vogels en de zeezoogdieren) verorbert elk organisme een steeds grotere hoeveelheid voedsel – en dus een steeds grotere heoveelheid schadelijke bestanddelen. Voedselvergiftiging aan de lopende band dus! 3) Bespreek het probleem "eutrofiëring": Eutrofiëring is de overdadige verrijking van water (zowel zoet als zout) met voedingsstoffen voor de algen (nitraat en fosfor onder verschillende chemische vormen, zoals nitraten, ureum, fosfaten…). Hierdoor kan algenbloei veroorzaakt worden. 4) Wat kunnen wij persoonlijk doen om de zeevervuiling tegen te gaan? Geef voorbeelden. Elke burger kan bijdragen tot een vermindering van de zeevervuiling. We moeten ons dagelijks gedrag en vooral allerlei soorten verspillingen grondig herzien. Een uitputtende opsomming geven is hier onmoge-lijk. Maar enkele voorbeelden zullen ongetwijfeld volstaan: - De motor van onze wagen laten draaien terwijl we gedurende langere tijd stilstaan, brengt nodeloos koolwaterstoffen, zware metalen en stikstofoxiden in de atmosfeer, waarvan een deel uiteindelijk in zee terechtkomt… - Het overvloedig gebruik van pesticiden en meststoffen in de tuin, vervuilt de grondwatertafel die een of meerdere waterlopen voedt die uiteindelijk weer in zee terechtkomen… - Ons land beschikt niet over voldoende waterzuiveringsstations. Wanneer we een halfvolle wasmachi-ne of vaatwasser laten werken komen er onnodige detergenten in de rivieren terecht, rivieren die in zee uitmonden…