Onderzoek doen aan een maatschappelijk 'hot' item: bij het IMAU kan dat. Alleen heb je dan grote kans om op de koudste plaatsen van de wereld je onderzoek te moeten uitvoeren: op de noordpool, de zuidpool en op gletsjers overal op de wereld. Op dit moment is men heel nieuwsgierig naar mogelijke klimaatveranderingen en door te boren in ijs op zoek naar klimaatinformatie tot meer 100.000 jaar terug denkt men te kunnen verklaren of de huidige klimaatveranderingen nog tot de 'normale' behoren. >
Inleiding
Het lijkt inderdaad tegenstrijdig, de opwarming van de aarde onderzoeken op koude plaatsen. Het is de geschiedenis van de atmosfeer die het onderzoeksdoel is: boren in sneeuw en ijs dat tot 500.000 jaar oud kan zijn en waar informatie in opgesloten zit over de samenstelling van de lucht in het verleden. Inmiddels zijn er uit die boorkernen een aantal conclusies getrokken over koude en warme periodes, over CO2 concentraties en andere deeltjes.
Zo’n onderzoek kan jaren duren en bestaat niet alleen uit het boren zelf. De vervolgonderzoeken zijn minstens zo intensief en duren soms ook meerdere jaren. Dat onderzoek gebeurt wel in een laboratorium en in Utrecht is dat het Buys Ballot Laboratorium op de Uithof in Utrecht. Daar vind je het IMAU, het instituut dat onderzoek doet naar veel aspecten van atmosfeer en oceaansystemen.
Boorkop met een stuk ijskolom, naar boven gehaald op 30 november 2002 op Atarctica, het Dome Concordia Station (EPICA). Dit ijs komt van een diepte van 2873 meter en is ongeveer 491.000 jaar oud. De ijskolom bevat een aaneengesloten weergave van broeikasgassen van de afgelopen 650.000 jaar.
Boren op Antarctica? Koud is het zeker maar men is inmiddels al meer dan 3 km diep!
Wil je meer weten over het EPICA project? Klik dan hier (engels).
Een ijskap wordt opgebouwd in een gebied waar jaarlijks meer sneeuw valt dan er verdwijnt. Als de ruimtelijke verdeling van de neerslag en de temperatuur ieder jaar hetzelfde zou zijn zal er na verloop van tijd een evenwicht ontstaan. De totale hoeveelheid sneeuw zal dan gelijk zijn aan de afvoer van ijsbergen aan de rand van de ijskap. Bij benadering is dit momenteel het geval voor Groenland en Antarctica. Dit betekent dat het hoogteprofiel nauwelijks verandert van jaar tot jaar. De sneeuw die er valt wordt omgevormd tot ijs en zal onder invloed van de zwaartekracht langzaam naar beneden stromen (zie figuur) omdat ijs visceuze eigenschappen heeft. Horizontale snelheden variëren van meters per jaar in het centrale deel tot honderd meter per jaar aan de kust. In het midden is de horizontale snelheid nagenoeg nul en zal de sneeuw vertikaal gecomprimeerd worden tot ijs. Een ijskern uit het centrum van een ijskap vormt daarmee een neerslagarchief. De neerwaartsgerichte beweging in het centrum zal er voor zorgen dat de atmosferische temperatuur naar beneden toe in het ijs geadvecteerd wordt. Aan de onderkant wordt de ijskap opgewarmd door de geotherme warmteflux. De laagste ijstemperaturen worden daarom in het centrale deel van de ijskap nabij het oppervlak gevonden.
[bron: IMAU]
Wat doet het IMAU?
De naam zegt het eigenlijk al: het IMAU doet onderzoek aan oceanen en atmosfeer. Fundamenteel onderzoek want we nemen wel allerlei klimaatveranderingen waar maar weten we ook wat de werkelijke oorzaken zijn? Strekt onze kennis van het klimaatsysteem ver genoeg of zijn we slechts bezig een aantal bekende resultaten steeds opnieuw te onderzoeken, onderzoeksresultaten die nog steeds niet 100% uitsluitsel geven?
Fundamenteel onderzoek is onderzoek waarvan het nut erin bestaat een bijdrage te leveren aan de kennis van de ons omringende werkelijkheid. Fundamenteel onderzoek is zuiver wetenschappelijk onderzoek. De drijfveer is nieuwsgierigheid. Die nieuwsgierigheid is zo oud als de mensheid zelf. Het bedrijfsleven staat daarbuiten.
Onderzoeken doet IMAU op veel deelterreinen en veel in samenwerking met andere instituten, nationaal en internationaal. Daarbij is het IMAU ook een opleidingsinstituut en kunnen studenten daar hun masteropleiding kiezen en afgestudeerden promoveren met hun eigen onderzoek. Het IMAU staat eigenlijk tussen twee Utrechtse studies in: de studie natuur-en sterrenkunde en de studie aardwetenschappen. Om de 2-jarige masteropleidingen bij het IMAU te kunnen volgen moet je je bachelor natuur- en sterrenkunde gehaald hebben.
De onderzoeksgebieden waarin je kunt afstuderen zijn:
- ijs en klimaat
- oceaancirculatie en klimaat
- atmosferische fysica en chemie
- atmosferische dynamica en grenslaagmeteorologie
- fysica van de kustgebieden
Intermezzo: El Niño
El Niño is het verschijnsel waarbij er een opwarming plaatsvindt van het oceaanwater in het oosten van de Stille Oceaan. Op zoek naar de (meteorologische) oorzaak van de terugkerende natuurrampen met periodes van droogte en zware regenval met overstromingen in het westen van vooral Zuid-Amerika, ontdekten onderzoekers een temperatuursysteem in het oceaanwater. Doordat luchtcirculatie boven en watercirculatie in het water invloed op elkaar uitoefenen, elkaar versterken of afzwakken, komt er een systeem op gang dat met een regelmaat van ongeveer 4 jaar een El Niño oplevert. De droogteperiode tussen twee El Niño’s in wordt La Niña genoemd: door een afkoeling van het oceaanwater in het oosten van de Stille Oceaan treedt daarbij juist een periode met minder regenval op, waardoor oogsten mislukken in de kustgebieden.
'Normale' condities voor het Stille Oceaan/Tropische Atmosfeer systeem. De helling tussen het warme en koude water in de Stille Oceaan is de thermokliene. Lucht stijgt op boven warm water en daalt boven koud water. De Passaatwinden zorgen voor een helling in het zeeoppervlak en in de thermokliene en induceren de opwelling nabij de evenaar.
(bron: IMAU)
El Niño condities in het Stille oceaan-atmosfeer systeem. Door de zwakkere Passaatwinden wordt de helling in de themokliene kleiner en de opwelling neemt af. Het gebied van warm oppervlakte water wordt daardoor groter en breidt zich uit naar het oosten.
Organisatie, medewerkers en werkwijze
IMAU is een onderdeel van de faculteit natuur- en sterrenkunde van de universiteit van Utrecht. Dat is ook de faculteit waar de meeste masterstudenten eerst hun bacheloropleiding volgen. Naast de Nederlandse zijn er ook buitenlandse studenten.
Klimaatonderzoek is sowieso een internationale aangelegenheid. Elk onderzoek heeft deelnemers die uit meerdere landen afkomstig zijn. Al die deelnemers nemen hun eigen sponsoren mee in het projekt. Daarnaast is de EU ook een grote geldschieter. Op het ogenblik ligt de onderzoeksfocus vooral bij de stijging van de zeewaterspiegel door het opwarmen van de atmosfeer. Maatschappelijk belangrijk want regeringen willen (en moeten) maatregelen treffen om op de gevolgen voorbereid te zijn.
Bij het IMAU werken zo’n 60 mensen:
• 15 in vaste dienst;
• 35 tijdelijk;
• 5 in ondersteunende functies;
• 11 aio’s (assistent in opleiding, zijn dus al afgestudeerd).
Het IMAU is een onderzoeksinstituut, dat wil zeggen dat ze alleen wetenschappelijk onderzoek doen. Elke professor heeft zijn eigen onderzoeksgebied en begeleid één of meerdere onderzoeken daarin. Daarin doen de aio’s in mee maar ook studenten. Ook zijn er voor elk onderzoek technici bezig want vaak moeten er (nieuwe) meetinstrumenten ontwikkeld worden en ook op de plaats van onderzoek in elkaar gezet en aangepast worden.
Onderzoek doen
Hoe verloopt zo’n onderzoek?
Om te beginnen leeft er een idee voor onderzoek.
- Dat idee is vaak een vervolgvraag op eerder gedaan onderzoek: het kan zijn dat een onderzoek is afgesloten maar dat er naar aanleiding van de meetgegevens meer vragen komen bovendrijven. Onderzoeksuitkomsten worden in diverse landen besproken en dan neemt men het besluit om verder onderzoek te doen.
- Regeringen kunnen opdracht geven tot onderzoek. Bijvoorbeeld het meten van van de luchtsamenstelling boven bepaalde gebieden. Of hoe de slibafzettingen uit rivieren in de zee verlopen.
- Er kunnen maatschappelijke vragen leven die om onderzoek vragen en waarvan de uitkomsten een toekomstverwachting kunnen weergeven. De opwarming van de aarde is daar een voorbeeld van. En als gevolg daarvan de zeespiegelstijging en extreem weer.
Voor een onderzoeksproject wordt dan internationaal gevraagd om mensen met ideeën hoe dat te onderzoeken, die kunnen dan inschrijven voor deelname. Daar wordt een onderzoeksgroep uit samengesteld met de bijbehorende financiering van het project. Het onderzoek in het veld (expeditie) kost al gauw 6-8 miljoen euro. De kosten van de verwerking van de gegevens in de periode daarna, ook enkele miljoenen, is daar nog niet bij inbegrepen.
Voordat er gemeten gaat worden moet er vaak een meetinstrument ontwikkeld en gebouwd worden. De technici die werken bij een onderzoeksinstituut bouwen in samenwerking met de onderzoeker zo’n instrument.
Gemiddeld neemt de uitvoering van een onderzoek 3 maanden in beslag. Sommige meetresultaten kunnen ter plekke worden verwerkt maar het meeste wordt na afloop in het eigen onderzoeksinstituut uitgewerkt.
Geïnteresseerd? Open dan onderstaande intermezzo!
Intermezzo: Zandbanken
Waarom liggen vlak bij het strand vaak zandbanken? En hoe ontstaat het fraaie kronkelpatroon van geulen en zandplaten in de Waddenzee en de Westerschelde? Antwoorden op deze vragen zijn van groot belang voor het kustbeheer. Onderzoekers komen al een heel eind met een voudige natuurkundige principes en een vernuftig stukje wiskundig gereedschap.
Zandbanken zijn de reuzeribbels, die net als de kleine ribbels waarover je op het strand loopt, ontstaan door getouwtrek tussen water en zand. Van de ribbels hebben wij als wandelaars last maar de scheepvaart is geïnterresseerd in de ligging van de zandbanken. En die liggen niet op een vaste plek, ze ‘wandelen’ over de zeebodem met soms wel een snelheid van enige tientallen meters per dag en hebben toppen van soms tien meter hoog. Voorspellen waar ze liggen is dus belangrijk. Wist je bijvoorbeeld dat de noordzeekust na de laatste ijstijd (10.000 jaar geleden) bijna volledig droog lag? Het water lag toen nog grotendeels opgeslagen in de ijskappen die tot halverwege Schotland rijkten.
Tot 6000 jaar geleden liep de Noordzee vol door het smelten van de ijskappen. Rond 5000 jaar geleden ontstond een gesloten, lage duinenrij tot wel 10 km breedte uitstekend in ons bekende Noordzee. En vanaf 2000 jaar geleden sloegen er weer hele stukken weg tot de kust nu. Waar kwam al het zand vandaan dat nu in de kustzone ligt? Men veronderstelt dat het uit zee kwam, omdat de rivieren hun zand hoofdzakelijk verder landinwaarts afzetten. Maar hoe werd het dan getransporteerd? Werd het vooral langs de kust aan- en afgevoerd, of kwam er ook zand dieper uit zee? Ook lijkt het erop dat er regionale verschillen en veranderingen waren in het zandaanbod. Hoe kwam dat? Om deze vragen te kunnen beantwoorden wordt op het IMAU met computersimulaties onderzoek gedaan naar de veranderingen in het getij, windgedreven stroming en windgolven op de Noordzee. Ook wordt in deze simulaties de verplaatsing van zand berekend.
Kusterosie op Vlieland aan de Noordzeekant. De donkere plekken op het strand zijn stukken van een veenpakket dat enkele duizenden jaren geleden achter het eiland is gevormd, en waar het eiland door kustafslag overheen is gewandeld. Een ander teken van kusterosie is de klif-achtige voorkant van de duinen: de begroeiïng loopt niet door tot op het strand. Ook goed te zien zijn de golfribbels in het zand. De donkere streep op de achtergrond is een golfbreker. De foto is genomen bij laagwater. (bron: IMAU)
Nodige kennis en vaardigheden
Bij IMAU werken vooral mensen die (WO) afgestudeerd zijn in natuurkunde, sterrenkunde, wiskunde, geofysica en scheikunde. De onderzoekers worden ondersteund door (HBO) technici. Die ondersteuning kan mechanisch, elektrotechnisch of chemisch zijn. Dit zijn de mensen die de (meet)apparatuur bouwen en aanpassen. Zij gaan ook regelmatig mee naar de plaats van het onderzoek.
(WO) Studenten volgen hier hun tweejarige masteropleiding.
Studies
Wanneer je je masteropleiding bij het IMAU doet ben je één jaar bezig met studie in verschillende vakken. Je krijgt in 2 semesters 8 vakken. Welke dat zijn vind je hier (engels).
Het tweede studiejaar is je afstudeerjaar, daarin moet je zelfstandig een eigen onderzoek doen op de manier waarop ook grote onderzoeken als hierboven beschreven bij 'onderzoek doen'.
Je kunt een masteropleiding gaan doen als je je bachelor hebt gehaald van één van de volgende opleidingen:
- sterrenkunde
- natuurkunde
- wiskunde
- chemie
- of een andere, passende, science studie
Waarom zou je meteorologie, fysische oceanografie en klimaat gaan studeren?
Het betekent onderzoek doen aan onderwerpen die heel dicht bij de belevingswereld van de mensen liggen en daardoor ook goed zichtbaar zijn, denk aan: el niño, ozonlaag, coriolis, zeespiegelstijging, weersystemen, eb en vloed.
Intermezzo: Ozon: onmisbaar en bedreigend
De functie van ozonconcentraties in de atmosfeer (troposfeer 0-12 km, stratosfeer 12-50 km)">Stratosferisch ozon, dat zo'n 90% uitmaakt van alle ozon in de atmosfeer, filtert UV-stralen uit het zonlicht en dient daardoor tot bescherming van het leven. De resterende 10% bevindt zich in de troposfeer, de onderste laag van de atmosfeer met een dikte van ca. 10 km aan de polen tot 16 km in de tropen. Daar speelt het een rol bij de afbraak van stoffen als koolwaterstoffen, stikstof- en zwaveldioxiden. Ozon in de atmosfeer ontstaat onder invloed van binnenkomende zonnestraling (stratosfeer) maar ook door chemische reacties tussen gassen onder invloed van zonlicht. Behalve zonlicht spelen bij deze fotochemische ozonvorming in de troposfeer ook stikstofoxiden (NO en NO2), koolwaterstoffen en koolmonoxide (CO) een rol. Deze gassen zijn sinds de industriële revolutie in verhoogde mate in de troposfeer te vinden. Al die stoffen samen vormen daar een chemische smog waarbij de hoge concentratie ozon gevaarlijk is voor de gezondheid. Bovendien zorgt die smog voor een broeikaswerking: de gassen CO2 , waterdamp en ozon absorberen een deel van de infraroodstraling afkomstig van het aardoppervlak en zenden dat ook weer uit, terug naar de aarde.
Ozon in de stratosfeer heeft een beschermende werking, het absorbeert daar veel energie (UV-straling), afkomstig van de zon.
Het IMAU doet onderzoek en verricht metingen aan dergelijke concentraties en ontwerpt modellen die ontwikkelingen op lange termijn kunnen voorspellen. Door de combinatie van aardobservatie en modelleeronderzoek komen we uiteindelijk tot een betere beschrijving van de veranderende samenstelling van de atmosfeer en een nauwkeurigere schatting van de bijbehorende klimaateffecten.
Intermezzo: Het ozongat
Tegenwoordig worden er in de stratosfeer door toedoen van de mens stoffen aangetroffen (chloorradikalen, zeer reaktief vooral met ozon) die ervoor zorgen dat onder bepaalde condities als lage temperatuur en verminderd zonlicht, ozon versneld wordt afgebroken. Vooral boven de Zuidpool leidt dat tot periodes van zeer lage concentraties ozon. Daardoor kan er ongehinderd UV-straling doordringen tot op het aardoppervak. En die straling verhoogt de kans op huidkanker en afwijkingen in de genen van ander levend materiaal.
Salaris
Bij IMAU word je uitbetaald volgens de salarisschalen die ook bij de universiteiten gelden:
Toekomst
Je toekomst is onderzoeker in het gebied waarin je afgestudeerd bent. Banen zijn er bij de verschillende meteorologische en oceanografische instituten als IMAU, KNMI (lees ook het interview met Dr. G.P. Können), NIOZ, RIKZ, RIVM en TNO.
Er is grote vraag naar afgestudeerden omdat het klimaat een ‘hot’ onderzoeksitem is. Bovendien zijn alle onderzoeken in internationaal verband en zul je daardoor veel contacten over de grens kunnen ontwikkelen.
