Je leest:

Milieucriminelen van bovenaf betrapt

Milieucriminelen van bovenaf betrapt

Auteurs: en | 1 november 2001

De Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO) ontwikkelt methoden om lozingen van zware metalen op te sporen vanuit de lucht. Elke verontreiniging laat een eigen ‘signatuur’ achter in de vegetatie. Door daarnaar te kijken, kunnen illegale lozingen en gifdumpingen sneller worden opgemerkt. Verontreinigd afval begraven of toedekken met groen helpt niet meer.

De Vlaamse grond vlakbij Nederland is plaatselijk erg smerig. Dit bleek twee jaar geleden bijvoorbeeld in Bazel, een plaatsje ten zuidwesten van Antwerpen. Een bewoner van de Kerkstraat liet zijn groentetuintje onderzoeken op de aanwezigheid van zware metalen. De resultaten overtroffen de stoutste verwachtingen: de concentraties van lood, cadmium, koper, nikkel en zink lagen vijf keer boven de norm. Later bleken alle tuinen in de straat vol te zitten met zware metalen. Het eten van bladgroenten en worteltjes van deze grond werd sterk afgeraden.

De Antwerpse bioloog Marcel Eems ontdekte datzelfde jaar dat de veren en de eierschalen van kool- en pimpelmezen in dezelfde regio, vlakbij de plaats Hoboken, veertig keer zoveel cadmium en lood bevatten als normaal. “Zulke hoge concentraties waren nog nergens in de wereld aangetroffen.” De vogels hadden door de blootstelling aan deze stoffen minder krachtig sperma, een verstoord afweersysteem en nauwelijks levensvatbare eieren. Een metaalfabriek in Hoboken bleek uiteindelijk de dader, een bedrijf dat eerder ook al als hoofdschuldige was aangewezen bij grote zinkstortingen in Balen. Probleem bij dit soort gevallen is dat verontreinigingen vaak pas jaren na de illegale stortingen boven water komen. Dat maakt het lastiger de schuldigen te vinden. Bovendien krijgt het gif daardoor de tijd om zich in het milieu te verspreiden.

Pakkans verhogen

Afvalbergen. Een opname van de Amerikaanse vliegtuigsensor AVIRIS. Afvalbergen van mijnexploitatie en ertsontginning zijn duidelijk zichtbaar (rood) doordat zij een ander spectrum hebben dan de omgeving. Dankzij een Belgisch idee zijn met dezelfde methode ook ondergrondse verontreinigingen op te sporen.NASA

“De bodem in Vlaanderen is zwaar verontreinigd”, zegt Karina de Beule van het Openbare Vlaamse Afvalstoffenmaatschappij OVAM, die toeziet op het naleven van de milieuwetten. “Er zijn al drieduizend verontreinigde plekken aangetroffen en waarschijnlijk zijn er nog veel meer.” De OVAM wil daarom terugslaan en de pakkans verhogen. Maar met de huidige techniek van boringen glippen milieucriminelen te gemakkelijk door de mazen van de wet. De OVAM weet niet waar ze moet zoeken. Ze kan niet in elk tuintje een meetpaal in de grond steken. Als eerste in Europa gaat de OVAM daarom over op nieuwe opsporingstechnieken vanuit de lucht. Amerikanen bouwden al tien jaar geleden een superscanner, de AVIRIS, waarmee ze vanuit vliegtuigen speuren naar milieuvergrijpen, van bodemverontreiniging tot schadelijke uitstoot. Maar tot voor kort konden zij alleen vervuiling waarnemen aan het oppervlak. Dankzij een Belgisch idee kunnen zij nu ook ondergrondse vervuiling opsporen. Dr Ils Reusen, drs Bart Deronde en dr Walter Debruyn van de Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek (VITO) bedachten hoe ze met een scanner zoals de AVIRIS op een slimme manier aan de lichtreflectie van vegetatie kunnen zien of in de bodem zware metalen zijn verstopt. Zij ontwikkelen nu zelf daarvoor de Airborne Prism EXperimentcamera, kortweg APEX, die vanaf 2003 vanuit een vliegtuig de Belgische industrie en landbouwers in de gaten zal houden. De ESA (European Space Agency) werkt daarnaast aan een satellietversie, de SPECTRA, die in 2004 operationeel wordt. Deze scanners zijn niet alleen nuttig voor het opsporen van milieucriminaliteit. Ze helpen ook bij het opsporen van mineraallagen, bij precisielandbouw en bij het meten van algenbloei. Het voorspellen van vulkanische activiteit, overstromingen en insectenplagen behoort ook tot de mogelijkheden.

Gestresste planten puffen

We treffen de onderzoekers van VITO in een voormalig schoolgebouw vlakbij Mol, vijftig kilometer onder Breda. VITO is ontstaan uit het studiecentrum voor kernenergie, maar vaart tegenwoordig zijn eigen koers. “Met APEX gaan we precies meten waar planten en bomen onder stress staan”, vertelt Debruyn. “Het is voor het blote oog onzichtbaar, maar de bladeren van planten en bomen op vervuilde grond hebben een andere kleurtint.” Gezonde planten en bomen zijn dol op rood licht. Dat licht is de ‘adem’ voor de fotosynthese, het proces waarbij bladgroenkorrels (chlorofyl) in de bladeren suikers aanmaken. Verontreinigingen tasten het vermogen van het bladgroen aan om het rode licht te absorberen. Gestreste planten kunnen daardoor bij fotosynthese minder licht opnemen dan hun gezonde soortgenoten. “Sinds Newton hebben natuurwetenschappers een gigantisch wetenschappelijk databestand opgebouwd over de kenmerkende ‘lichtsignatuur’ van stoffen”, vertelt Debruyn. Vrijwel elk molecuul weerkaatst en absorbeerrt de diverse lichtkleuren (golflengten) anders. Een steen heeft een andere signatuur dan een boom en is daardoor herkenbaar. Dit verschil is zo groot dat de onderzoekers al aan vier kenmerkende golflengtegebieden kunnen zien of de satelliet over een bos of akker vliegt. De APEX kijkt naar driehonderd verschillende golflengten. Eén opname van deze scanner bestaat in zekere zin uit een stapel van driehonderd foto’s van hetzelfde gebied, waarbij elke foto de intensiteit aangeeft van één bepaalde kleur (golflengte). Door deze nauwkeurigheid zijn niet alleen bomen van naakte grond te onderscheiden maar ook gestreste bladeren van gezonde.

Kleurenspectrum

De scanner bevat hiervoor speciale lenzen en prisma’s. APEX maakt vanuit een vliegtuig beelden van de aarde van twee kilometer breed. Dat beeld wordt met lenzen opgedeeld in duizend vierkantjes van twee bij één meter, de zogenoemde pixels. Het licht in elke pixel gaat daarna door een prisma dat de kleuren van elkaar scheidt als bij een regenboog. Dat kleurenspectrum valt op driehonderd piepkleine lichtgevoelige detectoren die een spanning afgeven als er licht opvalt. Al die spanninkjes gaan vervolgens als ruwe bits de computer in. Met die gegevens kan voor elk pixel een spectrum worden samengesteld. “Als we de scanner straks in een vliegtuig schroeven, levert hij ongeveer een á twee terabyte (één terabyte is 1012 byte) nuttige informatie per jaar”, verwacht Deronde.

Een spectrum in vogelvlucht. Een vliegtuig scant een gebied af en maakt voor elke pixel (twee bij één meter) driehonderd foto’s voor driehonderd verschillende golflengtegebieden. Op deze manier is voor elk pixel een spectrum te construeren.

Teken van de milieucrimineel

In die woestijn van bits staan ook de voetsporen van milieucriminelen. “Bij verontreiniging op een stukje naakte grond is het simpel”, zegt Deronde. “Dan kijken we gewoon naar de signatuur van zware metalen, zoals cadmium, zink, lood of koper. Bij ondergrondse vervuiling waarop vegetatie groeit, letten we op de tintverandering van bladeren, dat is een indicatie voor de stress. We gaan als het ware op zoek naar ‘moeilijk ademende’ planten.” Debruyn haalt een karakteristiek spectrum tevoorschijn dat wellicht ooit als belastend bewijsmateriaal kan dienen. Het plaatje laat zien welke kleuren (golflengten) voorkomen in het licht dat groene planten en bomen weerkaatsen. “We zien hierop drie kenmerken: bij groen licht, met een golflengte van 550 nanometer (één nanometer is 10-9 meter), zien we de zogeheten groene piek. Logisch, planten zijn immers groen omdat ze vrijwel al het groene licht weerkaatsen. Bij rood licht zien we de zogeheten bladgroenput. Deze ligt bij 660 nanometer. Dat licht wordt door het bladgroen bijna helemaal geabsorbeerd. Het is het licht dat planten het liefste lusten, de energiebron voor de fotosynthese.” De derde vegetatiesignatuur is de zogeheten rode muur, gaat Debruyn verder: “Bij nog grotere golflengten – op de grens tussen rood en infrarood licht (tussen 670 en 750 nanometer) – stijgt de intensiteit ineens heel snel”. Links van die grens in het spectrum neemt een blad licht op. Rechts ervan, in het infrarode gebied, weerkaatst het bijna alles. “Het teken van milieuverontreiniging is hier te zien”, vertelt Debruyn. “Bij verontreinigingen schuift de ‘muur’ naar links op, de zogeheten blauwverschuiving, omdat de bladeren minder licht opnemen.” De verschuivingen zijn minimaal, van pakweg 710 naar 704 nanometer. “Maar het is genoeg om te zien dat de bodem vervuild is. Uit proefmetingen op de vervuilde terreinen Maatheide in Mol en Blaasveld in Willebroek bleek dat de zo bepaalde plekken van vervuiling precies overeenkomen met die van boormetingen in de grond”, zegt Deronde.

Karakteristiek spectrum van bomen en planten.

Toekomstmuziek

Debruyn wil de techniek nog verder verfijnen. “Voorlopig kijken we alleen naar stress als zodanig. Later willen we precies onderscheid maken tussen stress als gevolg van een gebrek aan water, virusziekten en gifstoffen. Vooralsnog is dat toekomstmuziek.” In het laboratorium worden tal van testen gedaan met planten onder stress. De verschillen in de signatuur tussen gemartelde en gezonde bladeren zijn duidelijk meetbaar. Ondanks de grote verwachtingen blijven grondboringen ook nodig als de APEX-ogen in 2003 operationeel zijn. Dit vraagt de wet ook, vertelt De Beule van OVAM: “Er is namelijk vastgesteld dat alleen boringen en chemische analyses van het bodemmonster als belastend bewijsmateriaal gelden. Als de APEX dus ergens vervuiling aantoont, trekken we er met onze boorapparatuur meteen naar toe.” Beule hoopt zo de overtreders ‘op heterdaad’ te betrappen.

Intermezzo

Groen vanuit de ruimte

Een combinatie van metingen van tien dagen levert een duidelijke afbeelding van de begroeiing van de aarde zonder wolken en andere storingen.

De ‘Vegetation-sensor’ in de Spot-satelliet bekijkt vier golflengtegebieden en mist daarom grote delen van het spectrum. Op 660 nm is wel de ‘bladgroenput’ zichtbaar, één van de karakteristieken van vegetatie. De Amerikaanse AVIRIS en de Vlaamse APEX meten driehonderd verschillende golflengten en genereren dus veel meer informatie over een gebied.

De vegetatie wordt al in de gaten gehouden vanuit de ruimte. De ‘Vegetation-sensor’ aan boord van de satelliet SPOT, maakt opnamen in vier kleurgebieden, kenmerkende frequenties in het spectrum van weerkaatst zonlicht. Zo zijn bijvoorbeeld loofbomen van naaldbomen te onderscheiden, en kan iets gezegd worden over ontbossing. Maar bodemverontreiniging kan hiermee nog niet worden opgespoord. De spot-satelliet komt voort uit een Frans, Belgisch, Zweeds en Italiaans project. Deze sensor maakt elke dag zeer nauwkeurige opnamen van de hele aarde. Het zijn ideale wereldwijde boskaarten. Ze tonen wekelijks hoe het met de ontbossing gesteld is, of dagelijks hoe een akker er bij ligt. Een aantal mooie foto’s staat op de internetsite van het vito (Vlaamse Instelling voor Technologisch Onderzoek). De rest is tegen betaling te bestellen. Verschillende onderdelen van Vegetation zijn in verschillende landen ondergebracht. vito bewerkt de ruwe bits van de spot-satelliet tot kant-en-klare beelden. In Frankrijk bevindt zich de verkoopafdeling van deze plaatjes. De Fransen houden de prijs van de foto’s erg hoog tot teleurstelling van vito. Binnenkort komt de verkoop in Belgische handen en zal de prijs dalen. De verwachting is dat de Vegetation-beelden massaal gebruikt gaan worden, als ze betaalbaar zijn, door overheden, milieuverenigingen, projectontwikkelaars en boeren. Ondanks het internationale karakter doet Nederland niet mee aan dit project. Een beleidsprogramma dat expertise opbouwde voor het verfijnen en interpreteren van dergelijke satellietbeelden, is vorig jaar opgeheven. De Nederlandse regering vindt de techniek te duur. Dezelfde gegevens zijn in een klein land eenvoudiger te verkrijgen.

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 november 2001

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.