Ozonmodellen

Het waarnemen van de ozonlaag met ballonnen, vliegtuigen en lasers staat op dit moment in de belangstelling. Even belangrijk is vandaag de dag het onderzoek met modellen. Dit werk is echter minder in het oog springend. Daarom is het een goed moment om uit te leggen wat modellen zijn, en hoe ze gebruikt worden voor het onderzoek van de ozonlaag.

Ozon is een sterk reactief gas, dat wil zeggen dat het betrokken is bij tal van chemische reacties in de lucht. Een voorbeeld van zo'n chemische reactie is de vorming van ozon hoog in de atmosfeer: als gevolg van het felle zonlicht valt zuurstof uit elkaar en vormt het ozon. In een laboratorium is gemeten hoe snel de ozon zich vormt, en hoe dat afhangt van de temperatuur, de luchtdruk en de kleur van het zonlicht.

Is dit soort gegevens eenmaal bekend, dan is het mogelijk een eerste model van de ozonlaag te maken. Zo'n model is niet meer dan een wiskundige vergelijking, die zegt: Als er zoveel zuurstof is, en het is zo warm, dan vormt zich met die snelheid ozon. Zo'n model bestaat al sinds 1930. Met dit model kon berekend worden dat de meeste ozon moest voorkomen op grote hoogte boven het aardoppervlak, een laag die wij nu de ozonlaag noemen.

Vergelijking van deze modelresultaten met de (toen nog schaarse) waarnemingen liet zien dat het model niet volledig was: er moesten meer chemische reacties zijn waarbij ozon betrokken is. Als de reacties eenmaal bekend zijn, kunnen ze toegevoegd worden aan het model. Met zo'n model kunnen nu vragen beantwoord worden als: Wat gebeurt er met de ozonlaag als we meer vliegtuiguitlaatgassen in de atmosfeer brengen?

Naarmate er meer gassen gevonden werden die van belang zijn, en ook het aantal chemische reacties groeide, werd het allengs onmogelijk om met de modellen te werken zonder een computer: de modellen werden computermodellen. Dat maakte de modellen niet wezenlijk anders, al veranderde het taalgebruik. We zeggen nu: Het model berekent dit, het model verklaart dat.

Tegenwoordig weten we dat ook luchtstromingen de ozonlaag sterk beïnvloeden. Het toevoegen van luchtstromingen in een model is een kunst op zich. Het KNMI levert een belangrijke bijdrage aan de verbetering van de modellen op dit gebied.

Van groot belang is altijd om te controleren of de uitkomsten van het model ook overeenstemmen met de waarnemingen in de atmosfeer. Met name voor ozon is dat niet zo'n groot probleem: er is een netwerk met meetinstrumenten dat de ozonlaag constant in de gaten houdt.

Voor de andere gassen kan dat wel een probleem zijn. Metingen zijn schaars, en soms helemaal afwezig. Vandaar dat meetcampagnes zoals die dit jaar boven de Noordpool plaatsvinden, erg nuttig zijn voor de toetsing en verdere ontwikkeling van de modellen. Met de nieuwe metingen in de hand kunnen we zien of het model het goed doet, of dat er iets fout is of ontbreekt.

Een goede set waarnemingen van een of andere chemische stof, of nog liever een aantal stofjes tegelijk, kan nog jaren gebruikt worden om te controleren of een nieuw of verbeterd model ook echt goed werkt. Een groot deel van de huidige kennis van de ozonlaag komt uit het onderzoek met modellen. De ozongaten en -gaatjes worden nu goed begrepen. Maar er zijn nog steeds punten waar de modellen tekortschieten. Een meetcampagne zoals die dit jaar gehouden wordt, geeft ons de kans de modellen te verbeteren, en daarmee onze kennis van de ozonlaag te vergroten.

Door M. A. F. Allaart.

Column uit Reformatorsich Dagblad van 25 januari 2000