10 Hoe verwijderen bomen en struiken fijn stof uit de lucht?
Bomen en struiken zorgen op twee manieren voor verwijdering fijn stof uit de lucht:
- via het afvangen van stofdeeltjes uit bewegende lucht (‘impactie’);
- via het in de plant komen van deeltjes (‘diffusie’).
Een derde manier waarop fijn stof uit de lucht wordt verwijderd treedt onafhankelijk van beplanting altijd op: het uitzakken van stofdeeltjes in stilstaande lucht (‘sedimentatie’). Afhankelijk van de weersomstandigheden heeft een van deze drie manieren de overhand. Bij windstille omstandigheden is dat sedimentatie en bij harde wind is dat impactie.
Impactie
Deeltjes worden door de wind meegevoerd, botsen tegen takken, naalden of bladeren en blijven daar liggen of zelfs plakken en worden zo dus ‘afgevangen’. Dat gebeurt vooral met de grotere deeltjes. Als de wind om een blad, naald of tak heen waait, kunnen de grote, zware deeltjes de luchtstroom namelijk moeilijker volgen dan de kleine, lichte fijnstofdeeltjes. Daardoor botsen vooral de grotere deeltjes tegen de obstakels. Naarmate het harder waait, komen ook meer kleinere deeltjes in botsing. De vorm van het botsingsoppervlak heeft invloed op de luchtwervelingen en daardoor op het botsen van de deeltjes. Veel oppervlak in verhouding tot het volume, zoals bij naaldvorige structuren of kleine, lancetvormige bladeren, is gunstig voor het impactieproces. Naaldbomen filteren daardoor fijn stof beter dan loofbomen (zie figuur 5).
Deeltjes worden door de wind meegevoerd, botsen tegen takken, naalden of bladeren en blijven daar liggen of zelfs plakken en worden zo dus ‘afgevangen’. Dat gebeurt vooral met de grotere deeltjes. Als de wind om een blad, naald of tak heen waait, kunnen de grote, zware deeltjes de luchtstroom namelijk moeilijker volgen dan de kleine, lichte fijnstofdeeltjes. Daardoor botsen vooral de grotere deeltjes tegen de obstakels. Naarmate het harder waait, komen ook meer kleinere deeltjes in botsing. De vorm van het botsingsoppervlak heeft invloed op de luchtwervelingen en daardoor op het botsen van de deeltjes. Veel oppervlak in verhouding tot het volume, zoals bij naaldvorige structuren of kleine, lancetvormige bladeren, is gunstig voor het impactieproces. Naaldbomen filteren daardoor fijn stof beter dan loofbomen (zie figuur 5).
[ link ]
Figuur 5. Deeltjes botsen gemakkelijker op naalden dan op brede bladeren
Ook beharing op bladeren veroorzaakt extra wervelingen en vergroot daardoor de kans dat deeltjes botsen. Er zijn zelfs aanwijzingen dat bladeren bezet met schimmeldraden meer fijn stof afvangen [1], doordat het bladoppervlak ruwer en onregelmatiger is geworden door de schimmelaantasting (zie figuur 6).
[ link ]
Figuur 6. Schimmels op bladeren veroorzaken een ruw en bobbelig oppervlak, waardoor fijn stof vermoedelijk beter afgevangen wordt dan bij vlakke en gladde bladeren
Het afvangen van fijn stof is dus een proces dat afhangt van de aanwezigheid van ‘obstakels’ zoals naalden, bladeren of takken en van de kenmerken van deze obstakels, zoals de vorm en de ruwheid. Bomen die jaarrond groen zijn, vangen daardoor meer fijn stof op dan bomen die in de winter hun blad verliezen. Het gedeponeerde fijn stof spoelt van de bladeren af met een regenbui en wordt permanent uit de lucht verwijderd door vastlegging in de grond. Het aanleggen van verharding onder bomen voorkomt vastlegging in de grond. Na verdamping van het water kan het fijn stof dan weer opwaaien. De verwijdering is dan slechts van tijdelijke aard geweest.
Deeltjes die via sedimentatie en impactie op de beplanting terechtkomen, kunnen voor een deel weer van de beplanting losraken en weer in de lucht terechtkomen (‘resuspensie’). Eerder onderzoek heeft laten zien dat dit waarschijnlijk komt doordat naalden en takken bij wind langs elkaar schuren en het aangekoekte fijn stof van het oppervlak schrapen [2]. Dit proces treedt niet altijd op. Zo werd resuspensie niet waargenomen bij naaldbomen met korte, enkele naalden, zoals de Tsuga sp. (zie figuur 7).
[ link ]
Figuur 7. De Tsuga sp. heeft korte, enkele naalden waardoor resuspensie (zie vraag 10) vermoedelijk minder optreedt
Diffusie
Diffusie is het tweede proces waarmee planten fijn stof uit vervuilde lucht kunnen verwijderen. Extreem kleine stofdeeltjes (kleiner dan 0,1 μm, ook wel ‘ultra fijn stof’ genoemd) gedragen zich min of meer als een gas. Een gas streeft naar gelijke concentraties. De ultrakleine stofdeeltjes streven daarom naar gelijke concentraties in het blad en buiten het blad. Dit betekent dat de ultrakleine stofdeeltjes via de huidmondjes de luchtruimtes in het blad zullen binnendringen (diffunderen). Dit gebeurt uiteraard alleen als er in het blad minder deeltjes zitten dan in de lucht eromheen. Er zijn geen onderzoeksresultaten beschikbaar over de diffusie van de ultrakleine deeltjes het blad in.
Diffusie is het tweede proces waarmee planten fijn stof uit vervuilde lucht kunnen verwijderen. Extreem kleine stofdeeltjes (kleiner dan 0,1 μm, ook wel ‘ultra fijn stof’ genoemd) gedragen zich min of meer als een gas. Een gas streeft naar gelijke concentraties. De ultrakleine stofdeeltjes streven daarom naar gelijke concentraties in het blad en buiten het blad. Dit betekent dat de ultrakleine stofdeeltjes via de huidmondjes de luchtruimtes in het blad zullen binnendringen (diffunderen). Dit gebeurt uiteraard alleen als er in het blad minder deeltjes zitten dan in de lucht eromheen. Er zijn geen onderzoeksresultaten beschikbaar over de diffusie van de ultrakleine deeltjes het blad in.
Sedimentatie
Stofdeeltjes vallen naar de aarde toe onder invloed van de zwaartekracht. Ook fijnstofdeeltjes vallen langzaam maar zeker op de aarde. De snelheid waarmee dat gebeurt, is afhankelijk van de massa en in mindere mate van de luchtweerstand van de deeltjes.
Grote en daardoor ‘zware’ fijnstofdeeltjes (PM10: deeltjes kleiner dan 10 μm) vallen sneller dan kleine deeltjes. De mate waarin sedimentatie een bijdrage levert aan een schonere lucht, hangt vooral af van de windsnelheid en nauwelijks van de eigenschappen van de beplanting.
Stofdeeltjes vallen naar de aarde toe onder invloed van de zwaartekracht. Ook fijnstofdeeltjes vallen langzaam maar zeker op de aarde. De snelheid waarmee dat gebeurt, is afhankelijk van de massa en in mindere mate van de luchtweerstand van de deeltjes.
Grote en daardoor ‘zware’ fijnstofdeeltjes (PM10: deeltjes kleiner dan 10 μm) vallen sneller dan kleine deeltjes. De mate waarin sedimentatie een bijdrage levert aan een schonere lucht, hangt vooral af van de windsnelheid en nauwelijks van de eigenschappen van de beplanting.
Het wegvangen van fijnstofdeeltjes treedt op door alle genoemde processen en wel tegelijkertijd. Welk proces voor de meeste afvangst zorgt, is afhankelijk van de omstandigheden (zie vraag 25 voor de betekenis van deze processen voor de luchtkwaliteit). Sedimentatie treedt vooral op in situaties zonder wind, zodat de deeltjes rustig kunnen dalen en niet worden weggeblazen door de wind. Beplanting laat de windsnelheid dalen, zodat de bijdrage van sedimentatie toeneemt ten opzichte van de andere processen. Als in de boomkroon geen wind is, levert sedimentatie de grootste bijdrage aan de afvangst van deeltjes. Echter, er komt dan ook geen nieuw fijn stof in de boomkroon, zodat geen nieuw fijn stof kan worden afgevangen.