Lucht uitgelegd:

• Wat is het?
• Wat doet het?
• Wat is het effect van mens op de samenstelling ervan? (Enkele praktische voorbeelden)
  
• Wat betekent dat voor je gezondheid?
  
• En wat doet dat met het klimaat en de natuur?

Door Han van Hulzen

Inleiding

Voor we geboren worden drijven we in vruchtwater dat ons beschermt en voor een optimale omgevingstemperatuur zorgt. Op het moment dat we ter wereld komen, wordt deze vruchtwateromgeving ingewisseld voor lucht, aardatmosfeer. Die zorgt eveneens voor een optimaal milieu waarin we kunnen leven. Lucht, er lijkt oneindig veel van te zijn en nagenoeg onkwetsbaar en altijd stabiel. Die stabiliteit is echter een dynamisch evenwicht tussen allerlei chemische processen. Dat kan zo maar veranderen als je die natuurlijke cycli extreem verstoord, en dat doet de mens nu.

Wat is lucht eigenlijk?

Het is een mengsel van gassen en waterdamp die samen onze aardatmosfeer (dampkring) vormen. Deze ligt als een dunne beschermende laag om de aarde heen en beschermt ons tegen schadelijke straling en zorgt voor een temperatuur waarin het leven op aarde zoals we dat nu kennen mogelijk is.

Meer weten:  https://www.knmi.nl/kennis-en-datacentrum/uitleg/dampkring

Dit homogene mengsel van gassen is al zo’n 500 miljoen jaar stabiel. Het bestaat voor het grootste deel uit stikstof (±78%) en zuurstof (±21%) en het onschadelijke edelgas Argon (±1%).  Binnen dit geheel verandert er dus nauwelijks iets.

Naast dit stabiele geheel zijn er nog zogenaamde sporengassen; een verzameling van gassen die in hele kleine variabele percentages aanwezig zijn, maar waarvan sommigen grote effecten hebben op het klimaat en de natuur zoals CO₂ en reactieve stikstofverbindingen die hieronder nader belicht worden.

Effecten van de mens op de samenstelling van lucht en gevolgen hiervan (2, 4)

De effecten van menselijk handelen uiten zich in het verstoren van cycli van een aantal sporengassen die maar een zeer klein deel uitmaken van het geheel (0,04%). Dit heeft echter wel een heel groot effect, zoals verhoogd kooldioxide (CO₂), methaan (aardgas) (CH₄) en diverse reactieve stikstofverbindingen. Hierdoor hopen zich niet alleen een aantal schadelijke sporengassen op in de atmosfeer maar ook fijnstof en ozon die ontstaan uit chemische reacties met NOx. Dit leidt onder andere tot klimaatopwarming, afname van biodiversiteit en negatieve effecten op onze gezondheid.

CO₂ (kooldioxide of koolzuurgas)

Naast zijn effect als broeikasgas is CO₂ (kooldioxide) de belangrijkste bouwsteen van alle leven op aarde. Het was ooit in veel hogere concentraties aanwezig in de atmosfeer. In deze oer-atmosfeer van stikstof, kooldioxide en waterdamp ontstond het eerste leven in de vorm van microben. Maar zo’n 2.5 miljard jaar geleden veranderde de atmosfeer dramatisch toen het proces fotosynthese ontstond. Het vermogen om de energie van zonlicht vast te leggen in de vorm van suiker uit kooldioxide (CO₂) en water.

Via fotosynthese is een groot deel van de CO₂ uit de atmosfeer verdwenen waarbij de koolstof (C) werd vastgelegd in planten en foto-synthetiserende micro-organismen (algen, plankton ect) planten- en vleeseters. Als alle planten en dieren na hun dood weer omgezet waren in CO₂ en water zou er niets veranderd zijn. Echter, onder zuurstofarme omstandigheden in moerassen en oceanen gebeurt dit zeer langzaam tot helemaal niet. Er ontstonden zo geconcentreerde vormen van koolstofverbindingen uit dit organisch materiaal zoals bijvoorbeeld steenkool, aardgas en aardolie. Daarin zit dus heel veel van het uit de atmosfeer verdwenen koolstof opgesloten!

De mens noemt dit nu fossiele brandstoffen. En dat branden in onze auto’s, vliegtuigen en fabrieken is het omgekeerde proces maar dan razendsnel! Koolstofverbindingen worden met behulp van zuurstof verbrand waardoor weer CO₂ ontstaat. De mens heeft nu een paar honderd jaar tijd een groot deel van het tijdens miljoenen jaren langzaam ontstane fossiele brandstoffen opgebrand waardoor de CO₂ concentratie zeer snel gestegen is.

Wat zijn de gevolgen?

• CO₂ (samen met methaan (aardgas) CH₄, waterdamp en enkele andere broeikasgassen) ligt als een deken om de aarde. Die deken laat zonlicht door en dat warmt de aarde op. Echter, de zo ontstane warmte probeert te ontsnappen, maar wordt in tegenstelling tot zonlicht tegengehouden door diezelfde deken. Dat was ooit een positief effect om een aangename en leefbare temperatuur te hebben op aarde, maar die deken is nu zo dik, dat het nu snel te warm wordt!

• CO₂ is ook voedingsstof voor planten (zie hier boven) en het mooie is dat ze sneller gaan groeien als de concentratie in de atmosfeer toeneemt, maar dat compenseert bij lange na niet de razendsnelle verbranding van tijdens miljoen jaren zeer langzaam ontstane fossiele brandstoffen. Maar vooral meer bossen waarin CO₂ wordt vastgelegd heeft zeker een positief effect.

Stikstof (N) en reactief stikstof (Nr) (2, 3)

Stikstof (N) is een belangrijk bestanddeel van alle leven op aarde. Ongeveer 80 % van de lucht bestaat uit stikstof als N₂. De naam jaagt misschien wat schrik aan, maar het overgrote deel hiervan (> 99%) in onze lucht is echter totaal onschuldig als je het over de kwaliteit van ingeademde lucht hebt. N₂ is namelijk een inerte vorm van N die heel moeilijk chemisch reageert met andere stoffen. Deze inerte N₂ wordt van nature door bliksem en biologisch door micro-organismen omgezet in reactieve stikstof (Nr), en komt zo beschikbaar voor het leven op aarde. Ook het omgekeerde gebeurt, waarbij deze reactieve vorm door microben weer omgezet wordt in N₂. Deze processen waren miljoenen jaren in evenwicht met elkaar zodat reactief N (Nr) zich niet ophoopte in de atmosfeer. Dat gebeurt de afgelopen tientallen jaren in toenemende mate wel door toedoen van de mens. Oorzaken: intensieve landbouw door toepassing van kunstmest (voor een groot deel voedselproductie voor veeteelt), fabrieksmatig geproduceerd uit o.a. N₂, en extreme stimulatie van natuurlijke N₂ omzetting door micro-organismen. Een substantief deel ontstaat bij de verbranding van fossiele brandstoffen (Scheepvaart, luchtvaart, industrie, verkeer en houtverbranding).

Van 1860 tot aan nu, is het door de mens gestimuleerde Nr toegenomen van 15 Tg per jaar tot meer dan 200 Tg/ j, zo ongeveer recht evenredig met de toename van de wereldbevolking. Deze alsmaar stijgende concentratie is dan ook vele malen hoger dan de natuurlijke.

Wat zijn de gevolgen?

• De uitstoot van NOx veroorzaakt het ontstaan van ozon (O₃) en fijnstof die samen met NO₂, alle drie zeer schadelijk zijn voor de luchtwegen en algehele gezondheid.
• De overvloed van reactieve stikstof (Nr) is ook zeer schadelijk voor de natuur. Het leidt tot verlies aan biodiversiteit. Het werkt als een meststof die de groei van enkele plantensoorten sterk bevorderd en daarmee veel andere soorten (planten en dieren) doet uitsterven.
• Ook draagt het bij aan de opwarming van de aarde door stimulering van ozonproductie in lager luchtlagen. Na kooldioxide (CO₂) en methaan (CH₄) is ozon (O₃) het belangrijkste broeikasgas.

Voorbeeld: auto

Fossiele brandstof (benzine, diesel of aardgas) wordt door de motor met behulp van lucht verbrand tot het broeikasgas CO₂ en water, waarbij energie vrijkomt. Vooral diesel geeft een extra uitstoot van fijnstof dat ook ontstaat door bandenslijtage.

Door een lopende automotor wordt ook continu lucht met 80% onschuldig N₂ opgenomen, maar komt er in minder onschuldige vorm weer uit. Door de extreem hoge temperaturen in de motor wordt een deel hiervan namelijk omgezet in stikstofoxiden NO en NO₂, (NOx, voorbeelden van Nr). Er zijn ook secundaire effect. Ozon, dat ons hoog in de lucht beschermt tegen ultraviolette straling is schadelijk voor de gezondheid als het direct wordt ingeademd.  Door reacties van stikstofoxides (NOx) met andere stoffen wordt naast fijnstof ook ozon gevormd in de door ons ingeademde luchtlaag.

Voorbeeld: koken op gas

Tijdens het koken op gas ontstaan net als bij een auto door verbranding van de fossiele brandstof aardgas, water (H₂O) en kooldioxide (CO₂) en net als bij een auto wordt onschuldig N₂ deels omgezet in stikstof-oxides (NO_X). Als de ventilatie en afzuiging niet afdoende zijn hopen deze gassen zich op in huis. Vooral als er iets aanbrandt ontstaat er ook veel fijnstof. Daarnaast komt er tijdens het aansteken methaan (CH₄) vrij, een extreem broeikasgas. Stikstofoxides en fijnstof zijn schadelijk voor de gezondheid. Het in principe voor de gezondheid onschuldige kooldioxide (CO₂) kan zich ophopen in huis, en dan geeft dit ook klachten.

Geciteerde artikelen

(1) Bionieuws 20, 2019 blz. 2

(2) The Nitrogen Cascade Author(s): James N. Galloway, John D. Aber, Jan Willem Erisman, Sybil P. Seitzinger, Robert W. Howarth, Ellis B. Cowling, B. Jack Cosby Source: BioScience, Vol. 53, No. 4 (Apr., 2003), pp. 341-356

(3) https://www.mira.be/artikels/waar-komt-de-stikstof-de-aardatmosfeer-vandaan-0

(4) https://www.sron.nl/vragen-voor-de-toekomst-50-jaar-ruimteonderzoek-2822/v-atmosfeer-en-klimaat