De maatschappelijke relevantie van het bestuderen van de ozonlaag en de luchtkwaliteit is groter dan ooit. Het is precies dit element dat maakt dat Pieternel Levelt haar werk zo graag uitvoert. Ze realiseerde zich na haar promotie bij natuurkunde aan de Vrije Universiteit Amsterdam dat ze iets wilde doen waar ‘iets meer mensen op zitten te wachten’. Al snel ondervond ze dat haar hart bij metingen in de atmosfeer ligt. Aan de TU/e werkt ze sinds 2007 bij de groep Turbulence and Vortex Dynamics, met specialisatie satellietwaarneming van de atmosfeer.

De langgekoesterde wens van wetenschappers om in een etmaal de hele atmosfeer te kunnen bestuderen, ging in 2004 in vervulling met de lancering van OMI - het instrument waarmee wetenschappelijk onderzoek wordt gedaan naar de ozonlaag, luchtkwaliteit en het klimaat. Het instrument van Nederlands/Finse makelij bevindt zich aan boord van de satelliet EOS-Aura van de Amerikaanse ruimtevaartorganisatie NASA. Levelt en het team van zo’n zeventig Amerikaanse en Europese wetenschappers waaraan ze als principal investigator leiding geeft, stellen onderzoeksvragen op en verzamelen en analyseren de data.

Enthousiast vertelt Levelt over de mogelijkheden. “Je kunt de hele atmosfeer in één dag in kaart brengen door de tweedimensionale detector. Voor de komst van OMI werd er drie tot zes dagen ‘gescand’. OMI maakt dagelijks veertien banen rond de aarde.”

Met een getekend zonnetje, de aarde, een satelliet en pijlen illustreert Levelt op een velletje papier hoe OMI werkt. Het instrument meet het zonlicht, dat in de atmosfeer verstrooid of geabsorbeerd is. Het heeft een bereik van een golflengte van 270 tot 500 nanometer en het meetveld beslaat twintig bij twintig kilometer. Zo kan nauwkeurig worden gemeten in welke mate de lucht is vervuild door onder meer stikstofdioxiden, zwaveldioxiden en fijn stof en hoe dik de ozonlaag is. Deze laag beschermt ons onder meer tegen de ultraviolette straling van de zon. Ze pakt er een diagram bij. “We weten op welke golflengtes bepaalde gassen en stoffen absorberen en verstrooien. De absorptie en de verstrooiing kunnen we meten. Zo is het bijvoorbeeld bij ozon zo dat, simpel gezegd, hoe dieper de absorptiedip, hoe meer ozon er in de lucht zit.” Om onmiddellijk toe te voegen dat je nog met tig andere factoren rekening moet houden om de exacte hoeveelheid ozon te bepalen. Levelt hamert er bovendien op dat een combinatie van satelliet- en grondmeetinstrumenten noodzakelijk is om tot een goed onderzoeksresultaat te komen.

OMI heeft al vaak zijn dienst bewezen. De toepassingen zijn legio. Zo is aangetoond dat de maatregelen die voor de Olympische Spelen in Beijing zijn getroffen wel degelijk effect hadden. De hoeveelheid stikstofdioxide bleek aanzienlijk verminderd. Onlangs kon de aswolk bij de IJslandse vulkaan goed worden gedetecteerd. “We konden boven de wolken de vulkaanstof meten en volgen”, vertelt Levelt. Steeds beter is ook te achterhalen wat de bron is van een bepaalde stof in de atmosfeer. Verbranding van biomassa kan bijvoorbeeld worden onderscheiden van industriële verbranding.

Op de kamer van Levelt hangt een kaart waarop te zien is waar ter wereld de hoeveelheid stikstofdioxide het hoogst is. Niet verwonderlijk zijn de oplichtende plekken in de VS, Europa, China en grote steden. Volgens Levelt kunnen we in de toekomst echter juist de grootste bron van deze vervuiling boven water verwachten, voornamelijk omdat die boven land zal afnemen. Zodra ze internationaal water bereiken en daarmee niet aan regelgeving gehoor hoeven te geven, schakelen sommige schepen volgens haar namelijk over op een goedkopere maar vervuilender type brandstof. Door het vaststellen van de hoeveelheid ozon en andere stoffen wordt ook nagegaan in hoeverre er aan internationale afspraken gehoor wordt gegeven. Zo toetsen Levelt en haar team of het Kyoto- en Montrealprotocol voor ozon het juiste resultaat oplevert.

Doordat het onderzoeksteam van Levelt dertig jaar aan data heeft verzameld, is er ook meer inzicht mogelijk in klimaatsverandering. In de wetenschap worden gewoonlijk de gemiddelden over dertig jaar genomen om van een klimaat te spreken. Voor Levelt staat vast dat luchtvervuilende stoffen wel degelijk van invloed zijn op het klimaat.

Omdat de levensduur van OMI er bijna op zit en het nieuwe project Sentinel 4-5 pas op de rol staat voor 2020, is voor de tussentijd TROPOMI in het leven geroepen. Het grote voordeel van deze opvolger, die eind 2014 in gebruik wordt genomen, is dat er met veel kleinere grondpixels dan bij OMI gemeten gaat worden, kleiner dan tien bij tien kilometer. Erg relevant, omdat wolken nog altijd een grote storende factor zijn in atmosferische metingen. “Hoe kleiner de ruimtelijke resolutie, hoe gemakkelijker je tussen de wolken kunt kijken”, licht Levelt toe. Naast de OMI-gassen worden er ook methaan en koolmonoxide mee gedetecteerd - gassen die respectievelijk als een belangrijk broeikasgas en luchtvervuiler bekendstaan. Een ander belangrijk pluspunt is dat de hoogte en dikte van de wolken exacter kan worden gemeten, nodig voor correctie van gedeeltelijk bewolkte pixels. Het KNMI werkt in dit project op wetenschappelijk gebied samen met European Space Agency en SRON Netherlands Institute for Space Research.

OMI en TROPOMI geven het bestuderen van de ozonlaag een flinke boost, maar gemakkelijk is het nog altijd niet. Niet alleen door storende factoren als wolken. Zo zit er een andere hoeveelheid ozon in de troposfeer die veel lastiger is te bepalen. De ozon kan daar wel eens wat lager of hoger zitten, waardoor moeilijk te bepalen is hoeveel vervuilende ozon in de onderste kilometers zit. Pieternel Levelt hoopt en verwacht met haar team evenwel in de nabije toekomst een steeds beter beeld te kunnen geven van stoffen en gassen in de atmosfeer en vervuiling exacter te lokaliseren. (JvG)/.