Hemelrook

Al jaren wordt vanuit de Amsterdamse dependance van het AW-laboratorium uitgekeken op de slanke schoorstenen van de Hemweg-centrale in het westelijk havengebied. Liefhebbers noemen de elektriciteitsfabriek vaak Hemcentrale en in een enkel gedicht verscheen hij als hemelcentrale.

Het was daar lange tijd voornamelijk gas dat in rook op ging om er stroom van te maken. Het leverde een vriendelijke rookpluim die met alle winden meewaaide. Maar een jaar of tien geleden kwam er opeens steenkool als brandstof bij. Er verrees een nieuwe moderne koleneenheid met een extra hoge schoorsteen. Bij het verbranden van steenkool wordt niet veel waterdamp gevormd, weet de scheikundige, maar toch is de pluim aan de kolenschoorsteen witter dan die aan de gaspijp ooit was. Dat komt door het wassen van de afgassen van de kolenketel, de hoofdlaborant heeft daarover eens gebeld met een technicus van de UNA en die wist het meteen.

Hoe dan ook: de schoorsteen trok opeens nog meer de aandacht dan vroeger. Toch heeft het nog enige tijd geduurd voor het besef doorbrak dat aan de pluim meer viel af te lezen dan alleen de windrichting. Het beslissende moment kwam rond 1995 toen het oog viel op bladzijde 64 uit het boek `Atmospheric change - an earth system perspective' (Freeman, 1993) waarin onze eigen Paul Crutzen samen met ene Thomas Graedel zowel de ozonlaag als het broeikaseffect en de zomersmog aanpakt. De bladzijde toont het plaatje dat veel lijkt op het plaatje hiernaast: een afbeelding van allerhande rookpluimen. De verschillen worden – en daar gaat het om – niet toegeschreven aan een verschil in windsterkte, maar aan verschillen in de typische temperatuuropbouw van de atmosfeer.

Het voornemen was hier nu een korte samenvatting te geven van de verschillende soorten temperatuuropbouw die er zoal bestaan en van de effecten die ze hebben op rookpluimen, maar eigenlijk kan de lezer dat ook zelf nalezen in de Journal of applied meteorology die er in september 1962 uitvoerig op inging. Van belang is dat de woeste wervelingen die op het bovenste plaatje staan, en die de leek in eerste instantie toeschrijft aan het effect van keiharde wind, juist alleen optreden bij weinig wind. Ze zijn voor hun bestaan vooral afhankelijk van een temperatuuropbouw waarbij de temperatuur met toenemende hoogte sterker daalt dan gewoonlijk (superadiabatisch, in vaktaal). Dat kan zich alleen overdag voordoen als de zon de aarde zeer sterk verwarmt en de wind zwak blijft.

's Nachts ontwikkelt zich bij weinig wind en een heldere hemel soms een tegenovergesteld temperatuurverloop: de laagste luchttemperatuur aan het aardoppervlak en een geleidelijke stijging naar hogere waarden daarboven. Dat heet een inversie. Bij een flinke inversie wil de rook niet meer omhoog, zoals het alleronderste plaatje toont. Het bestaan en effect van inversies op rook en op industriële uitstoot in het algemeen is tegenwoordig in brede kringen bekend omdat ze een belangrijke en ongunstige rol spelen in de vorming van smog.

Dat neemt niet weg dat bij de AW-redactie enthousiasme ontstond toen deze week, na zoveel jaren, opeens doordrong hoe het vermaarde offer van Kain destijds kon worden afgewezen. Inversie-effect! Maar als de vluchtige internet-verkenning (Google: cain, abel, smoke) niet bedriegt zijn ontelbaar velen al eerder op die gedachte gekomen. Bijbelkenners in AW-omgeving maakten in korte, heldere zinnen duidelijk dat de brandende vraag niet is hoe Kains offer werd geweigerd, maar waarom. Hij had tot aan de rookkwestie nog geen misstap begaan. Op de vraag waarom de rook van al die andere offers die verder in de bijbel ter sprake komen altijd zo mooi recht omhoog naar de hemel steeg (alsof het in het Midden Oosten altijd windstil was, zie het eens stofstormen rond Kabul) wensten de kenners niet in te gaan.

Dat hoefde ook niet want opeens drong weer een ander besef door, het besef dat het au fond verbluffende effect van een inversie op rook uit fabrieksschoorstenen misschien een verklaring kon geven voor een raadsel dat hier vijf jaar geleden werd behandeld maar niet opgelost. Eind september 1996 ging het over sigarenrook die op genoeglijke avonden soms kan blijven hangen als een zacht deinende blauwgrijze sluier, zo'n beetje halverwege vloer en plafond. De gedachte was: zou dat misschien ook ook door een inversie komen.

Is buitenshuis de inversie de afwijking van het normale (meestal neemt de luchttemperatuur immers met toenemende hoogte af), binnenshuis is de inversie de regel. Althans zolang men geen airconditioning of geforceerde luchtcirculatie in gebruik heeft. Altijd is het aan het plafond net een beetje warmer dan bij de vloer en 's winters, als de kachel snort en ramen en gordijnen dicht blijven, kan de gradiënt zeer steil worden. Zou het soms zo zijn dat de deinende sluier alleen optreedt als er een ongewoon sterke binneninversie is?

Gisteren was het een goede dag voor nader onderzoek, want de kachel stònd nog niet aan en de ramen waren nog halfgeopend. Ze werden gesloten en de kamer kreeg de kans te chambreren. Daarna bleek de temperatuur aan het vloeroppervlak 20 graden celsius en bij het plafond, zo'n 3,5 meter hoger, 21 graden. Een inversie dus, maar een heel kleintje. De sigarenrook ondervond er geen hinder van: die steeg van het sigaaruiteinde zonder veel mankeren naar het hoogste punt van de kamer. Voor de anderhalve meter was niet meer dan vier, vijf seconden nodig.

Maar toen. Toen werd de oude gaskachel op vol vermogen gezet en twee uur in die toestand gehouden. Dat bracht de temperatuur aan de vloer op 22 graden en die aan aan het plafond op 31. In de gedoofde sigaar werd opnieuw de brand gestoken en binnen een paar seconden ontstond de sluier die zolang zo raadselachtig was. Het resultaat was volstrekt overtuigend. Mooi detail: de hete, blauwgrijze rook die spontaan uit het brandende uiteinde van de sigaar vrijkwam verzamelde zich net wat hoger in de sluier dan de vuilgele, lauwe rook die uit de mond van de roker lekte.