Poolreiziger Byrd warmde zijn vliegtuigmotoren al op

Zuidpool

Dat reizigers op Antarctica zo geïsoleerd zijn, komt doordat vliegtuigen bij extreme kou niet kunnen opstijgen. De Amerikaanse poolonderzoeker Richard Byrd had daarvoor in 1928 al een oplossing.

Onderzoekers van het zuidpoolstation Concordia op het dak van hun station kort na terugkeer van de zon. Foto ESA, IPEV, PNRA

Over de laatste AW-aflevering, die de duisternis, de kou en de vreselijke eenzaamheid op Antarctica besprak, is op de redactie een onprettige discussie ontstaan. Overwinteraars van het Frans-Italiaanse zuidpoolstation Concordia (op 75 graden zuiderbreedte) vertelden dat ze ’s winters vier maanden in het stikkedonker zaten en dat dat niet meeviel. Of liever gezegd: lui van ruimtevaartorganisatie ESA die de overwinteraars onderzoeken vertelden dat. De ESA speelt dat Concordia Mars is.

Bij Concordia komt de zon vier maanden niet boven de horizon, zei de ESA. Erg! Maar de AW-redactie kent haar klassiekers en herinnerde zich dat de zon bij het Behouden Huys op Nova Zembla in 1597 alweer op 24 januari te zien was. Zij kwam maar twee maanden niet boven de horizon. Het Behouden Huys lag op 76 graden noorderbreedte. De ESA loog of Willem Barentsz was de draad kwijt.

Daar ging de discussie over. Uiteindelijk vonden partijen elkaar in het vermoeden dat de wisselende baansnelheid van de aarde de zaak verklaren kon. Begin januari staat de aarde in het ‘perihelium’ dicht bij de zon en dan is haar baansnelheid relatief hoog. Dat verkort de noordelijke poolnacht.

Het blijkt anders te zitten. Kosmografische programma’s (pveducation.org bijvoorbeeld) berekenen dat de zon bij Concordia van 1 mei tot 12 augustus onder de horizon staat. Daar waar Het Behouden Huys stond is dat van 30 oktober tot 10 februari. Op beide plaatsen dus ongeveer 104 dagen, de invloed van de wisselende baansnelheid is maar heel klein. Dat de zon destijds op Nova Zembla toch al op 24 januari te zien was kwam door ongewone lichtbuiging. Zie vooral Het Nova Zembla verschijnsel van Siebren van der Werf (2011).

De mens is een kachel. Bedenk hoe snel het warm wordt onder de dekens, ook zonder viespeukerij.

Voor de aardigheid is nog eens nagekeken wat de Amerikaanse poolonderzoeker Richard Byrd in 1928-1930 deed om zijn drie vliegtuigen, de Fairchild, de Fokker en de Ford Trimotor, tegen zuidpoolkou te beschermen. Het Antarctisch gevoel van isolatie komt vooral van het besef dat vliegtuigen bij extreme kou niet kunnen opstijgen. Byrd had al de oplossing. Hij verwarmde de motoren voor met behulp van een kap van zeildoek die via een trechter uitkwam op een petroleumkachel. Ook werden ‘windfakkels’ gebruikt, maar hoe blijft in Klein Amerika (1931) onduidelijk. Olie ging heet de tank in en werd na de tocht snel afgetapt.

Dit brengt ons bij het calorimetrische proefje van 14 januari. Met een waxinepotje is de energie-inhoud van olijfolie onderzocht. Maatgevend was de opwarming van een blikje water. Er was reden om aan te nemen dat het verwarmingsrendement ongeveer 50 procent zou zijn en dat leverde een redelijk getal voor de calorische waarde van olijfolie.

Het lage rendement is toegeschreven aan al te vrije afvoer van verbrandingsgassen èn aan onvolledige verbranding. De amateur maakt daartussen niet makkelijk onderscheid. Lezer Ger Koper, hoofddocent TU Delft, wijst erop dat een gele vlamkleur (zoals die van paraffine en olijfolie) kenmerkend is voor onvolledige verbranding en suggereert zonder kwantitatief te worden dat het de slechte verbranding is die het rendement drukt,

Wij van AW houden onze twijfel. Spiritus verbrandt ook heel onvolledig maar straalt geen licht uit. Campinggaz (propaan/butaan) brandt heel schoon maar heeft evengoed een laag rendement. Eigenlijk blijven kooktoestellen altijd rond de 50 procent hangen, tenzij er een nuttige toepassing is voor de half afgekoelde maar nog warme verbrandingsgassen. Fridtjof Nansen smolt er in een zelf ontworpen contraptie sneeuw mee: Nansen-kooktoestel.

Binnen het lichaam verbrandt olijfolie dankzij de inzet van enzymen wèl altijd volledig, noteert Koper. En: „Eventuele arbeid die we verrichten stelt energetisch weinig voor.”

Die toevoeging is aanvechtbaar. Hij lijkt op een vreemde opmerking in het – overigens zo aantrekkelijke – handboek Animal Physiology: Adaptation and environment van Knut Schmidt-Nielsen (1995). Deze oppert in het hoofdstuk over ‘energy metabolism’ dat de arbeid die mensen verrichten in een calorimeter lang niet altijd als warmte wordt waargenomen. Hij geeft het voorbeeld van een proefpersoon die binnen zo’n calorimeter een ton stenen van de vloer op een tafel tilt. Pas als de stenen weer op de grond vallen komt er warmte vrij.

Hoe nu? Wie 286 betonklinkers van 3,5 kilo van de vloer op een tafel van 1 meter hoog tilt heeft daarvoor 10.000 Nm energie nodig. Dat is 10 kJ (kilojoule). Het rendement van spierarbeid is ruwweg 25 procent. Er zal dus ongeveer 40 kJ warmte vrijkomen. Als we aannemen dat het karwei 10 minuten duurt is een vermogen geleverd van bijna 70 watt. (Want één watt is een joule per seconde.) Dat is aardig wat, want een mens in rust is een kachel van ongeveer 115 watt. Bedenk hoe snel het warm wordt onder de dekens, ook zonder viespeukerij.

Het is toch niet voor niets dat we stampvoeten bij felle kou? (Vreemd trouwens dat mensen zich tegenwoordig niet meer warm ‘slaan’. ‘Hij sloeg zich warm, gelijk wijlen de aapjeskoetsier dat deed’, schreef Het Vaderland in 1928. Toen was het al ouderwets.)

Een laatste warmtewoord. Op 24 september is het vermoeden uitgesproken dat de West-Europese kamertemperatuur vroeger op 15 graden Celsius lag. „Kijk eens op oude maatkolven en maatcilinders bij welke temperatuur die waren geijkt,” adviseerde lezer Wim Scholten. Gekeken. De catalogus van P.J. Kipp&Zonen uit 1930 schrijft: 15°C.