Echoscopie voor zieke bomen?

Onderwerp: Elektromagnetisch spectrum
Begrippen: Frequentie

Een opgave van de redactie van Stichting Exaktueel. Op basis van artikelen in de media worden opgaven gemaakt die aansluiten bij het natuurkunde-onderwijs in het voortgezet onderwijs.

Een artikel in De Gelderlander van 8 augustus 2016 wekt de indruk dat bomen ook onder de gezondheidszorg vallen: de gemeente Nijmegen gaat echoscopie inzetten om de gezondheid van bomen te onderzoeken. We kennen echoscopie van de ‘echo’, een opname van embryo’s in de baarmoeder met behulp van geluidsgolven, maar wordt die methode ook gebruikt bij bomen?

Gaat onderzoek naar de  gezondheid van bomen op dezelfde manier als bij embryo’s? We namen contact op met Boomtotaalzorg, de firma die volgens de krant het werk doet.  Men antwoordde dat het onderzoek gedaan wordt met zogenaamde Arbotom-tomografie.

Op internet is informatie over Arbotom te vinden. Rondom de stam worden sensoren in het hout gestoken, met een pinnetje door de bast heen.  Beurtelings zenden de sensoren een geluidspuls uit die door de andere sensoren wordt opgevangen. Voor elke ontvanger wordt de tijd bepaald die de puls nodig heeft tussen vertrek en aankomst. De daarmee berekende geluidssnelheid is een maat voor de kwaliteit van het stuk hout tussen zender en ontvanger: door hard hout gaat het geluid sneller dan door rot hout of door een holte. Alle uitkomsten worden door een computer verwerkt. Zo krijgt men een beeld van de geluidssnelheid op iedere plek in de stam (ter hoogte van de sensoren). Dat wordt zichtbaar gemaakt in een zogenaamd ‘tomogram’, een afbeelding waarin met valse kleuren verschillende geluidssnelheden worden weergeven. En daarmee is het ook een afbeelding van de doorsnede van de stam.

In de figuur zie je een voorbeeld van zo’n tomogram.     

De kleurenbalk geeft aan dat de berekende geluidssnelheden hier lopen van 0,8 km/s (violet) tot 2,1 km/s (groen). De geluidsgolven zijn ultrasoon. Neem in deze opgave als frequentie 120 kHz.

a) Wat wordt bedoeld met ultrasoon?
b) Hoe kun je in dit tomogram zien dat de stam geen holle gedeelten bevat?
c) Zijn er plekken die zó rot zijn dat het hout zich voor het geluid als water gedraagt?
d) Welk deel van de boom bevat hoogstwaarschijnlijk gezond hout?
e) Hoe groot is de geluidssnelheid daar?
f) Bereken de golflengte van het geluid in dit gezonde hout.

Als voordeel van deze methode van onderzoek wordt genoemd dat hij niet-invasief is. 

g) Zoek op wat dit betekent en waarom het een voordeel is.

De kop boven het krantenartikel luidt “Verdachte bomen krijgen echoscopie”. Echoscopie is ook een niet-invasieve methode, maar dan om informatie te krijgen over de gezondheid van een embryo. En ook die methode werkt met ultrasoon geluid.

h) Zoek op wat het belangrijke verschil tussen echoscopie en de hier beschreven vorm van tomografie bij bomen.
i) Vind je dat de koppenmaker van de krant een goede kop gekozen heeft?

Bij echoscopie is de gebruikte geluidsfrequentie veel hoger dan bij dit bomenonderzoek, bijvoorbeeld 4,8 MHz.

j) Wat betekent dat voor de golflengte? En waarom is dat bij de echo van een embryo van belang?

Geluid met een frequentie die hoger is dan mensen kunnen horen, dat wil zeggen f > 20 kHz.