De vingerafdruk van koolstofdioxide
In het jaar 2000 richtte Harro Meijer, hoogleraar Isotopenfysica aan de Rijksuniversiteit Groningen, het meetstation Lutjewad nabij Hornhuizen op. Daar meet hij met zijn team nu al vijfentwintig jaar lang de samenstelling van de atmosfeer, waaronder de concentraties koolstofdioxide (CO2) in de lucht. Door te kijken naar de verschillende verschijningsvormen van koolstof in de metingen brengen Groningse onderzoekers in kaart wat de herkomst van de CO2 is, en waar die weer wordt opgenomen.
FSE Science Newsroom | Tekst Charlotte Vlek | Beeld Leoni von Ristok
Dit is de eerste aflevering in een reeks over onderzoek naar de koolstofcyclus: de kringloop waarin koolstof wordt uitgewisseld tussen atmosfeer en oceanen, planten en stenen. Die kringloop raakt uit balans als wij mensen te veel CO2 in de lucht brengen. In dit artikel lees je over koolstofmetingen in de atmosfeer.
‘Wist je dat planten tegenwoordig beter groeien door hogere concentraties koolstofdioxide (CO2) in de atmosfeer?’ vertelt Meijer. ‘We zien de CO2-concentraties in de lucht tegenwoordig ook met grotere pieken en dalen fluctueren: in het groeiseizoen nemen de planten wat meer koolstof op, maar aan het einde van het seizoen komt dat weer allemaal terug in de atmosfeer.’
Groningen pionierde met isotopenmetingen
‘In de jaren ‘70, ‘80, ‘90 pionierden we hier in Groningen op het gebied van isotopenmetingen aan CO2 in de atmosfeer,’ vertelt Meijer. ‘Ons onderzoek draait al vanaf het begin om het goed kalibreren van de metingen. Door het goed te ijken, zorg je dat je waardevolle metingen kunt blijven doen met hoge nauwkeurigheid.’
Want wanneer het gaat om verhoudingen tussen koolstof-12 en koolstof-13 in de lucht, dan gaat het om afwijkingen in fracties van een promille, vertelt Meijer. En die afwijkingen moeten gerelateerd worden aan de standaardverhouding in je referentiemateriaal, een brok calciet om precies te zijn, dat opgeslagen ligt bij het International Atomic Energy Agency (IAEA) in Oostenrijk.
‘Elke keer dat je metingen wilt vergelijken met je referentiemateriaal gebruik je er een klein brokstukje van. Dat zouden we dan steeds moeten laten opsturen vanuit Oostenrijk. In plaats daarvan hebben we hier in Groningen ons eigen referentiemateriaal, dat precies is afgestemd op dat van het IAEA. En dan is het nog de kunst om dat nauwkeurig op te lossen tot een gasmengsel waarmee je je atmosferische metingen kunt vergelijken.’
In Meijers metingen is terug te zien hoe de CO2-concentratie in de lucht met de seizoenen mee ‘ademt’. Maar over meerdere jaren heen neemt de totale concentratie ook toe, en dat komt door de CO2-uitstoot die de mens veroorzaakt. Meijer: ‘De jaarlijkse menselijke bijdrage is relatief klein in verhouding tot het grotere geheel. Maar omdat het geen kringloop is telt het steeds verder op.’ Want de koolstof die wij mensen in de lucht brengen door fossiele brandstoffen komt uit diepe aardlagen waar het anders vele duizenden tot miljoenen jaren weggestopt was gebleven.
Niet alle koolstof is gelijk
Meijer wil met zijn onderzoek in kaart brengen hoe koolstof circuleert tussen atmosfeer, planten, oceanen en stenen. Dat doet hij door te kijken naar de drie vormen van het koolstofatoom die in de natuur voorkomen: koolstof-12, koolstof-13 en koolstof-14. Dit zijn de verschillende isotopen van koolstof, en het verschil zit hem in het aantal deeltjes in de atoomkern. Met een neutron meer of minder is het nog steeds koolstof, maar wel een heel klein beetje zwaarder of lichter dan de andere familieleden.
Geen koolstof-14 in fossiele brandstoffen
Meijer kijkt in zijn onderzoek voornamelijk naar de stabiele isotopen koolstof-12 en koolstof-13. Dat zijn de koolstof-varianten die altijd blijven zoals ze zijn. Maar koolstof-14, het instabiele zusje, vervalt met de tijd. Daarom leent het zich zo goed voor koolstof-14 datering: door te kijken hoeveel koolstof-14 in organisch materiaal aanwezig is, kunnen onderzoekers vaststellen hoe oud het is.
‘Fossiele brandstoffen zijn in essentie heel oud plantenmateriaal,’ beschrijft Meijer, ‘dus daar is alle koolstof-14 al uit verdwenen. Voor biobrandstoffen die van nieuw plantmateriaal gemaakt zijn is dat niet het geval, en zo kun je dus ook in de atmosfeer terugzien van welke brandstoffen je CO2-uitstoot afkomstig is. Koolstof-14 meten is trouwens de enige manier om te beproeven of biobrandstoffen en biomaterialen echt "bio" zijn.’
De koolstofvarianten die Meijer in de atmosfeer meet, zijn als een vingerafdruk die tonen welk materiaal de bron is geweest. Zo is bijvoorbeeld duidelijk te herleiden dat de toename van CO2 in de atmosfeer ontstaan is door gebruik van fossiele brandstoffen. Maar Meijer is ook geïnteresseerd in het vervolg van de cyclus, zoals hoeveel van de koolstof uit de atmosfeer in planten en oceanen terecht komt. Ook dat kan hij uit de metingen afleiden.
Het draait allemaal om verhoudingen: koolstof-12 en koolstof-13 komen in principe in een vaste verhouding voor, en wanneer die verhouding anders is dan de standaard betekent dat dat planten er wat van hebben opgenomen. ‘Dat komt doordat planten een voorkeur hebben voor koolstof-12, terwijl oceanen geen voorkeur hebben,’ licht Meijer toe. ‘Daarom bekijken we hoeveel méér koolstof-13 er verhoudingsgewijs in de atmosfeer zit, en dan weet je dat de tegenhanger koolstof-12 door planten moet zijn opgenomen.’
Wat de rode lijn vertelt over de bron en de opname van koolstofdioxide
Deze grafiek toont de totale hoeveelheid CO2 (de zwarte lijn) en het relatieve aandeel koolstof-13 daarin (de rode lijn). Over de jaren heen stijgt de zwarte lijn: er komt meer CO2 in de atmosfeer terecht. De rode lijn stijgt wanneer planten CO2 opnemen: omdat die liever koolstof-12 opnemen, blijft er een relatief groot aandeel koolstof-13 achter. Zo laat de rode lijn dus indirect de opname van CO2 door planten zien.
De rode lijn geeft daarnaast ook inzicht in de bron van CO2. ‘De CO2 die van fossiele brandstoffen afkomstig is, is in feite oeroud plantenmateriaal,' vertelt Meijer, 'en bevat daarom relatief minder koolstof-13.’ Daardoor leidt het verstoken van fossiele brandstoffen tot een toename in de zwarte lijn (totale hoeveelheid CO2) maar niet in de rode lijn (het relatieve aandeel koolstof-13).
Meten aan menselijke effecten
Wanneer er een keer noordenwind is, kunnen we precies de uitstoot van de Rotterdamse industrie zien
Natuurlijk meet Meijer ook ‘gewoon’ CO2-concentraties in de lucht, bijvoorbeeld om te controleren of de daadwerkelijke uitstoot rondom een industriegebied klopt met wat er op papier is vastgelegd. ‘Dan gaan we bijvoorbeeld meten ten zuiden van Rotterdam. We doen een meting van de basisconcentratie CO2 in de lucht, en wanneer er een keer noordenwind is, kunnen we precies zien hoeveel de uitstoot van de Rotterdamse industrie daar nog aan toevoegt.’
En heeft Meijer over de jaren heen ook positieve menselijke effecten kunnen waarnemen? ‘Zeker, je ziet bijvoorbeeld dat herbebossing de concentratie CO2 in de lucht weer omlaag brengt. Maarja, dan komen er weer bosbranden, die soms ook weer het gevolg zijn van menselijk handelen, en dan zien we de concentratie weer toenemen.’
Lees meer:
| Gepubliceerd op: | 09 september 2025 |
De natuurlijke koolstofkringloop van de aarde raakt uit balans als wij mensen extra koolstofdioxide (CO2) in de lucht blijven brengen. In dit overzichtsartikel over de koolstofcyclus lees je hoe de aarde zichzelf doorgaans in balans houdt, en hoe wij mensen die balans in de afgelopen tweehonderd jaar hebben verstoord.
| Laatst gewijzigd: | 09 september 2025 16:34 |
Meer nieuws
-
09 september 2025
De koolstofcyclus als thermostaat van de aarde
De natuurlijke koolstofkringloop van de aarde raakt uit balans als wij mensen extra koolstofdioxide (CO2) in de lucht blijven brengen. In dit overzichtsartikel over de koolstofcyclus lees je hoe de aarde zichzelf doorgaans in balans houdt, en hoe wij...
-
05 september 2025
Kottapalli genomineerd voor de Huibregtsenprijs 2025
Prof. Ajay Kottapalli van de Rijksuniversiteit Groningen is genomineerd voor de prestigieuze Huibregtsenprijs.
-
29 augustus 2025
Top Dutch Solar Racing strandt vlak voor de finish, maar keert trots terug
Dit jaar doet het studententeam Top Dutch Solar Racing van 24 t/m 31 augustus mee aan de Bridgestone World Solar Challenge. Op deze pagina houden we je op de hoogte van hoe het er tijdens en rond de race aan toe gaat.