Je leest:

Watertweelingen in atmosfeer aangetoond

Watertweelingen in atmosfeer aangetoond

Auteur: | 4 juli 2003

Milieufysici van de universiteit van Heidelberg hebben de aanwezigheid van waterdimeren in de aardse atmosfeer aangetoond. Deze tweelingmoleculen van water versterken hoogstwaarschijnlijk het effect van waterdamp als natuurlijk broeikasgas. Behalve voor het klimaat zijn de dimeren ook van belang bij de vorming van wolken en in de fotochemische omzetting van luchtverontreinigingen.

De onderzoekers toonden de dimeren aan met een optisch experiment op vier meter hoogte boven de Noordduitse waddenzee. Bij Dagebüll aan de kust plaatsten ze een telescoop met een sterke xenonlamp en richten beiden op een 1 m2 grote ‘retroreflector’ (te vergelijken met een fietsreflector) op het eiland Langeness, 9,17 km verderop.

Het eiland Langeness is hier met een kruisje aangegeven. bron: www.locatienet.nl

Het weerkaatste en met de telescoop waargenomen xenonlicht werd geanalyseerd met zogenaamde Differentiële Optische Absorptie Spectroscopie (DOAS). Het resultaat is een grafiek die er uit ziet als een berglandschap waarin iedere piek karakteristiek is voor een bepaald molecuul in de 18,34 km lange baan van de lichtbundel.

Het probleem in de waarneming van waterdimeren was altijd om de bijbehorende pieken (in het nabije infrarood deel van het lichtspectrum) te kunnen onderscheiden van de pieken van ‘gewone’ watermoleculen. De Duitse onderzoekers hanteerden een speciale methode om dat onderscheid te kunnen maken. Ze zijn daarmee de eersten die de waterdimeren in de aardse atmosfeer kunnen aantonen. Volgens hun berekeningen, onlangs gepubliceeerd in het weekblad Science, is in een verzadigde atmosfeer bij 20 oC één dimeer te vinden op ongeveer duizend watermoleculen.

Schematische weergave van het waterdimeer. De zwakke Van der Waals binding tussen de beide watermoleculen (rood is zuurstof, grijs is waterstof) staat beweging toe. In de figuur zijn de bewegingsmogelijkheden aangegeven. Bron: Ruprechts-Karls-Universität Heidelberg

Waterstofbruggen

Waterdimeren ontstaan als twee watermoleculen via ‘waterstofbruggen’ tussen zuurstof en waterstof aan elkaar koppelen. Deze koppeling is veel zwakker dan de covalente binding tussen de atomen in het molecuul zelf, maar daarom niet minder belangrijk. De naar de Nederlandse fysicus Johannes Van der Waals vernoemde zwakke binding is verantwoordelijk voor de in natuurkundig opzicht bijzondere eigenschappen van water (zoals volumevergroting bij bevriezen).

De detectie van de atmosferische dimeren bevestigt theoretische voorspellingen van Amerikaanse en Nieuwzeelandse wetenschappers over de vorming en de optische eigenschappen van waterdimeren. Ze verhogen de absorptie van zonnewarmte en stimuleren hoogstwaarschijnlijk de condensatie van water. Dimerisatie is de eerste stap in de fasenovergang van gasvormig naar vloeibaar water.

Zure regen

Uit andere modelonderzoek is bekend dat waterdimeren een rol spelen in de uiterst complexe atmosferische chemie rond luchtverontreinigingen. De geconstateerde concentratie zou bijvoorbeeld voldoende kunnen zijn om de omzetting van zwavelhoudende afvalgassen tot zwavelzuur te initiëren. Dit is een van de processen die van belang zijn in de vorming van ‘zure regen’.

In vervolgonderzoek aan de Bretonse kust in Frankrijk en in de tropen hopen de Heidelbergse wetenschappers meer gegevens over de waterdimeren te verwerven. Ze hopen met name inzicht te krijgen in de natuurkundige en chemische eigenschappen van de tweelingmoleculen, om zo hun aandeel in klimatologische en fysisch-chemische processen te kunnen duiden.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 04 juli 2003

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.