Sahara doet stof opwaaien Als je aan het strand van Florida zand in je ogen krijgt, kan dit zijn aangewaaid uit de Sahara, achtduizend kilometer verderop. Dit woestijnzand stimuleert de bloei van giftige algen, schaadt de gezondheid en lijkt koraal aan te tasten. Verder valt uit die stofbuien overdag meer regne, maar in totaal minder. Kees Floor NASA/ Earth Observatory. 58 Natuurwetenschap & Techniek juli/augustus 2005
Inwoners van Florida en toeristen die in de sunshine state vakantie houden, zullen denken dat het stof dat op hun longen slaat, is opgewaaid aan de eigen, prachtige zandstranden. Ook brengen ze de adembenemende zonsopkomsten en zonsondergangen, hevig onweer en irritante algen waarschijnlijk niet direct in verband met woestijnvorming in de Afrikaanse Sahel. Wetenschappers leggen dat verband wel. Passaatwinden helpen het saharastof de oceaan over te steken en het Caribische gebied te bereiken, zegt Thomas Schlatter, De heiigheid die dat met zich meebrengt, veroorzaakt kleurrijke zonsondergangen.vooral kleine stofdeeltjes slagen erin de vijf tot zeven dagen durende tocht te volbrengen, weet de meteoroloog van NOAA Forecast Systems Laboratory in Boulder, Colorado. Hij schat dat van alle stof in de atmosfeer een derde deel uit de Sahara komt. Stofstormen komen daar het hele jaar voor, maar alleen in de zomermaanden is de wind gunstig voor een oversteek van de Atlantische Oceaan naar Florida.Tegelijkertijd is de woestijn dan op z n heetst. Daardoor kan stof gemakkelijk tot vier of vijf kilometer hoogte opwaaien. Eenmaal boven zee, is de dikke laag stoffige lucht vanuit de ruimte goed te zien als een bruin waas. De laag zweeft doorgaans op enige hoogte. Toch kan het dan op zee ook wazig zijn, legt Schlatter uit. Dat komt door de grotere zanddeeltjes, die veel eerder dan de kleinere deeljes uit de stofsluier naar beneden vallen. Ze maken de lucht soms zo heiig, dat het net is of je onder de rook van een industriegebied zit. Uiteindelijk haalt 96 procent van het stof en zand de overkant niet en verdwijnt in zee. Of het komt terecht op het dek van schepen, zoals de HMS Beagle, waarmee Charles Darwin in de jaren dertig van de negentiende eeuw zijn reizen ondernam. Hij meldt in zijn dagboek dat het rode stof vaak op schepen in de havens van de Canarische Eilanden te zien was, zonder nog te weten waar het vandaan kwam. De geur van AfrikaVier procent van het stof bereikt de overkant dus wél. Ginger Garrisson kan er op haar woonboot op Saint John over meepraten. Soms ruik ik buiten de geur van Afrika. De warme en droge lucht, die je neus prikkelt, ken ik nog van reizen naar Mali, zegt de Amerikaanse marien ecoloog. Haar boot ligt bij een van de Amerikaanse Maagdeneilanden, die als een vooruitgeschoven post aan de rand van de Caribische Zee liggen. Die plek leent zich uitstekend voor het nemen van stofmonsters. De lucht is hier blauw, het zicht onbeperkt, prijst Garrisson de locatie aan. Maar als het stof komt, wordt de hemel grijs en zakt het zicht terug tot enkele kilometers. Korte www.natutech.nl 59
Achtduizend kilometer Een stofwolk steekt in ongeveer acht dagen over van Afrika naar Florida. tijd later loop ik het rode stof van m n boot te vegen. Ook van andere plaatsen in de regio komen berichten over het stof. Alleen al in juli 2000 overbrugde acht miljoen ton saharastof de afstand tot Puerto Rico of vergelijkbare afstanden, zegt Peter Colarco. De NASA-onderzoeker vermoedt dat de hoeveelheid stof over een vol kalenderjaar vijf maal zo hoog ligt. Als die schattingen juist zijn, wordt heel Florida eens per miljoen jaar bedolven onder een laag stof van bijna een meter dik, zegt Colarco, die met een computermodel de verplaatsing van het saharastof wil gaan voorspellen. Hij werkt met gegevens die in 2000 werden verzameld tijdens het Puerto RIco Dust Experiment (PRIDE). Het project was opgezet om te weten te komen hoe stof zonlicht terugkaatst naar de ruimte, hoe het zich verplaatst en hoe het inwerkt op bewolking Onweersbuien Ook Susan van den Heever is gefascineerd door de invloed van saharastof op bewolking en buien. Als het stof in de lucht zit, vallen de aambeelden van de onweersbuien boven Florida kleiner en dikker uit dan normaal, rapporteerde de onderzoekster in januari op de jaarlijkse bijeenkomst van Amerikaanse meteorologen in San Diego, Californië. Dat heeft weer gevolgen voor de hoeveelheid zonne-energie die de grond bereikt en daarmee mogelijk ook voor het klimaat. Het aambeeld van een onweersbui is de karakteristieke vezelachtige of streperige, uitwaaierende bovenkant van de wolk, die hem onderscheidt van nietregenbrengende stapelwolken.van den Heever werkte, samen met een aantal collega s van de Colorado State University in Fort Collins, Colorado, gegevens uit van de CRYSTAL-FACE veldcampagne. Wij willen weten of in een warmer klimaat meer of juist minder ijswolken zullen voorkomen, verwoordt projectleider Eric Jensen het doel van de campagne. Aambeelden van onweersbuien bestaan uit ijs, en doen dus mee in het onderzoek. In juli 2002 stegen dagelijks zes vliegtuigen vol meetapparatuur op om de lucht en de bewolking boven het zuiden van Florida en boven het zeegebied rondom te bemonsteren. Ook deden ze Aambeeld De vezelachtige of streperige, uitwaaierende bovenkant van de wolk is karakteristiek voor een onweersbui. Dit aambeeld ontbreekt bij niet-regenbrengende stapelwolken. Als er saharastof in de lucht zit, zijn de aambeelden van de onweersbuien boven Florida kleiner en dikker dan normaal. meteorologische metingen. De resultaten werden gecombineerd met satellietgegevens, routinematige waarnemingen van weerballonnen, radarwaarnemingen en rekenresultaten van computermodellen van de atmosfeer. Tijdens de meetcampagne bleek er op enkele dagen saharastof in de luchtmonsters te zitten.toen ook satellietbeelden de aanwezigheid daarvan bevestigden, gingen Van den Heever en haar groep aan de slag. Onze berekeningen laten zien dat saharastof ingrijpt in de processen die zich afspelen in stapelwolken en andere bewolking, vat ze de resultaten van haar computersimulaties samen. Dat merk je niet alleen aan die aambeelden. Er waren veel meer opstijgende luchtbewegingen in de bui en die waren heftiger dan anders. In de middag komt er meer regen tegelijk naar beneden.toch valt er, over een hele dag genomen, mínder regen uit die saharastof-buien. Reuzekernen Het saharastof beïnvloedt de vorming van wolkendruppeltjes, ijskristallen en neerslag. Uit waterdamp ontstaan alleen wolkendruppeltjes als er condensatiekernen in de lucht zitten, legt Van den Heever uit. De grotere exemplaren zijn het effectiefst. Ze heten reuzenkernen, al zijn ze maar 0.001 tot 0,002 millimeter groot. Saharastof blijkt reuzenkernen te bevatten. Bij de druppelvorming komt condensatiewarmte vrij. Die levert de energie voor de stijgbewegingen, verklaart ze de grotere activiteit in de bui. Voor ijsvorming is het een vergelijkbaar verhaal.wolkendruppeltjes bevriezen alleen als vrieskernen het bevriezingsproces op gang helpen. Deze vrieskernen zijn in schone lucht relatief schaars. Lucht met saharastof bevat veel meer vrieskernen, wat gunstig is voor de ijsvorming.vandaar dat dikkere aambeeld 60 Natuurwetenschap & Techniek juli/augustus 2005
IJs in wolken kan aangroeien ten koste van wolkendruppeltjes van vloeibaar water, begint Van der Heeven de verklaring van de intensievere neerslag aan het begin van de buien. Alleen op die manier kan een ijskristal de grootte bereiken van een sneeuwvlok, een regendruppel of zelfs een hagelsteen. Zo speelt het saharastof dus ook een rol bij de neerslagvorming. De Amerikaanse onderzoekster was overigens verbaasd dat er aan het eind van een dag minder regen in de neerslagmeters terecht kwam. Dat gaan we verder uitzoeken, belooft ze. Bloedregen Door het stof heeft sahararegen een andere samenstelling en een andere kleur, weet Harry Geurts. Dat merken we ook sporadisch in Nederland en België. Sinds 1900 kwam saharastof hier op ongeveer vijftien dagen uitgebreid voor, bladert de KNMIvoorlichter in zijn archieven. Dat was steeds bij, voor de tijd van het jaar, warm weer. Het stof komt meestal in regendruppels naar beneden en is licht grijs tot rood of bruin van tint. Dat zijn dan ook precies de kleuren die je auto heeft na zo n stofregen, aldus Geurts. Zeelieden in het Caribische gebied maakten in het verleden al meerdere malen melding van gekleurde regen in dezelfde tinten. Europa ligt meestal niet op de route van het zand. De Sahara en de Sahel liggen zuidelijker dan de gordel met westenwinden op onze gematigde breedte.alleen als zuidenwinden, vooral vanuit het noordelijk deel van de Sahara, stof en zand aanvoeren over de Middellandse Zee naar Europa, bereikt het ons soms. Losgewoeld zand en stof worden eerder opgenomen in een oostelijke stroming richting Amerika. Rood tij Het saharastof valt niet alleen op de bodem van Florida, maar ook in Rood tij Satellietbeeld van de westkust van Florida op 21 november 2004. De kleuren geven de chlorofylconcentraties in het zeewater aan. Rood, oranje en geel duiden op hoge concentraties, blauw op lage. Langs de kust zijn deze concentraties meestal hoog, door organisch materiaal uit rivieren. De ovale rode plek aan de westkust van het schiereiland is ongebruikelijk en duidt op algenbloei, in dit geval rood tij. False color beeld van de Orb View2 satelliet, met de groothoek sensor SeaWiFS. de wateren rondom. Dat zeegebied is een hot spot voor visserij, aquacultuur en toerisme, die alle aanzienlijke schade kunnen oplopen tijdens een periode van rood tij, zegt algenonderzoeker Jason Lenes. Hij en zijn collega s van de University of South Florida in St. Petersburg zijn ervan overtuigd dat saharastof de aanzet geeft tot deze vorm van algenbloei. Rood tij is voor ons hier in Florida iets waar we mee moeten leven. De betrokken algen zijn giftig. Dat betekent meestal: gigantische vissterfte, giftige mosselen, dode zeekoeien en ir- ritatie van huid en luchtwegen, aldus Lenes. Samen met collega John Walsh probeert hij grip te krijgen op het verschijnsel rood tij. De algen die rood tij veroorzaken, gebruiken voor het omzetten van zonlicht in voedsel een kleurstof. Die kan water verkleuren tijdens een periode van algenbloei. De kleur is vaak bruin-rood, maar roze, oranje, gele en groene tinten zijn eveneens mogelijk. Rood komt het vaakst voor of valt het meest op; vandaar de naam rood tij. Getijbewegingen spelen overigens geen enkele rol; rood water zou een betere naam zijn geweest. www.natutech.nl 61
Als je wilt weten hoe het rood tij ontstaat, moet je er eerst achter komen hoe algen groeien en wat voor voedsel ze nodig hebben, zegt Walsh. We hebben een organisme ontdekt, Trichedesmium, dat stikstof uit de lucht haalt en chemisch gebonden in het zeewater brengt.vervolgens gebruiken de algen dat weer voor hun groei. Uiteraard is stikstof uit de lucht altijd beschikbaar. Dat roept de vraag op, wat de beperkende factor is die er voor zorgt dat het niet altijd rood tij is. Dat blijkt ijzer te zijn, een stof die algen in kleine hoeveelheden voor hun groei nodig hebben. In onze metingen zagen we dat er drie maanden per jaar flinke concentraties ijzer in het zeewater optreden. Saharastof is daarvoor verantwoordelijk, aldus Walsh. IJzer is een van de meest voorkomende elementen in veel bodems. Een deel van het stof bevat dan ook ijzer. Wij bepaalden voor het eerst ijzerconcentraties van saharastof en legden via Trichedesmium het verband met rood tij, vult Lenes trots aan. Die kennis gaan we in onze computermodellen stoppen, zodat we de verplaatsing van gebieden met rood tij kunnen voorspellen. Dan kunnen de autoriteiten stranden sluiten en mosselen extra controleren. De toeristen zullen hun heil tijdelijk elders moeten zoeken. Meeliften Het saharastof brengt het toerisme mogelijk nog een tweede klap toe.vooral voor snorkelaars rond de koraalriffen van Florida is het gebied binnenkort niet meer zo interessant. Dat komt door de nog steeds verslechte- Stofstormen Bodele in Tsjaad is het belangrijkste stofareaal. Grote droogte in de jaren zeventig en tachtig zorgde dat het Tsjaadmeer (linksonder) flink kromp. rende toestand van het koraal, zegt geoloog Gene Shinn van de Amerikaanse Geologische Dienst. Hij maakt al foto s van het koraal sinds 1959 en heeft dus voldoende vergelijkingsmateriaal. Veel van de ziekteverwekkers die de koraalriffen aantasten, liften mee met saharazand, veronderstelt Shinn. Hij kwam op dat idee nadat hij een grafiek onder ogen kreeg van Joe Prospero van de University of Miami. Deze atmosferisch-chemicus beschikte over metingen van saharastof op Barbados. De meetreeks begon in 1965 en toonde pieken in 1973, 1983 en 1987. Ik wist dat vooral 1983 en 1987 zeer slechte jaren waren voor het koraal; dat zette me aan het denken, herinnert Shinn zich. De luchtmonsters van Ginger Garrisson op Saint John hielpen de theorie verder te onderbouwen. Ze liet die namelijk onderzoeken op de aanwezigheid van bacteriën en schimmels. Normaal gesproken vinden we twee soorten in die luchtmonsters, zegt NASA-microbioloog Dale Griffin, die de analyses uitvoerde. Tijdens stofperiodes zijn dat er wel twintig tot veertig. Sommige van de ziekteverwekkers die ik vond, kunnen problemen opleveren voor kinderen en bejaarden.andere vormen een bedreiging voor gewassen als katoen en rijst. StoffilterVeel van Griffin s collega s achtten het vroeger onwaarschijnlijk dat bacteriën en schimmels een blootstelling aan ultraviolet zonlicht van vijf tot zes dagen konden overleven. Zelf denkt hij wel dat dit mogelijk is: Hoger zwevend stof werkt als filter. Microben onderin de stofwolk krijgen daardoor minder straling te verduren. Dat stelt ze in staat te overleven. Ook zitten ze mogelijk beschut in kieren en spleten van de stofdeeltjes waarop ze meeliften, aldus Griffin. Shinn raakte helemaal overtuigd van de juistheid van zijn veronderstelling door de resultaten van Garriet Smith van de University of South Carolina. De onderzoekster slaagde erin de schimmel op te sporen die een van de koraalziektes veroorzaakt. Deze Aspergillus-schimmel kan zich niet vermenigvuldigen in zeewater. Er moet dus een geregelde aanvoer zijn om het voortduren van de ziekte te verklaren. Menselijke activiteit kan niet de enige oorzaak zijn, want de ziekte treedt ook op rond kleine eilanden ver van de bewoonde wereld.verder manifesteerde de ziekte zich in het Caribische gebied overal tegelijkertijd. Daardoor kwam saharastof meer en meer in beeld. Smith slaagde er later ook nog in de aanwezigheid van de verdachte schimmel op saharastof aan te tonen. Verder lukte het haar, gekweekte koraal met schimmels uit saharastofmonsters ziek te maken. Dat was het beste argument voor mijn aanname dat saharastof belangrijk is, glundert Shinn. Toyota-terreur Stoftransport uit de Sahara heeft altijd al plaatsgevonden: de ijzer- en kleihoudende bodemlagen die op veel eilanden in het Caribische gebied worden aangetroffen, vinden hun oorsprong in Afrika. Mensen zeggen me wel eens: dat geloof ik graag, maar wat is er nu dan zo anders?, meldt Garrisson. Haar antwoord ligt in Noord- Afrika. In de jaren zeventig en tachtig van de vorige eeuw werd de Sahel, juist ten zuiden van de Sahara, getroffen door een ernstige droogteperiode. Het Tsjaadmeer droogde deels uit; vergeleken met 1960 is er nu nog maar vijf procent van 62 Natuurwetenschap & Techniek juli/augustus 2005
over. Andrew Goudie, hoogleraar geografie in Oxford, valt haar bij: Inmiddels vormt Bodélé, tussen het krimpende meer en de Sahara, voor de atmosfeer het grootste stofareaal ter wereld. Er komt nu jaarlijks tienmaal zo veel stof vrij als in 1947, bij het begin van de metingen. En de bodem van de Sahel bevat veel meer bacteriën, schimmels en andere micro-organismen dan die van de Sahara, weet microbioloog Griffin. De meeste daarvan zijn natuurlijk onschadelijk, maar lang niet allemaal. Het gebied kent meer problemen. Overbegrazing en sprinkhanenplagen maakten de zaak alleen maar erger, aldus Garrisson. Meer dan een miljoen mensen kwamen om. De druk van de uitgehongerde overblijvers op het kwetsbare gebied nam toe. Begroeiing werd gekapt als brandstof of om plaats te maken voor landbouw. Daardoor nam de woestijnvorming verder toe met als bijproducten: stof, stof en nog eens stof.. Verder is er natuurlijk detoyotarisatie van het woestijngebied, deelt geograaf Goudie een volgende zwarte piet uit. Kamelen werden vervangen door de alomtegenwoordige Land Cruisers. Ze vernielen de dunne bovenlaag van algen, korstmossen of klei, die de boel vroeger nog een beetje bij elkaar hield, klaagt hij. Zijn oplossing: alle 4-wheel drives de woestijn uit! Astma Terwijl de verdroging voortschrijdt, verandert ook de samenstelling van het stof, blijkt uit Garrisson s monsters. Systemen om afval af te voeren zijn er in die arme regio niet.alles wordt gestort of verbrand.vroeger ging het uitsluitend om organisch materiaal, maar nu zitten daar plastics, geneesmiddelen en elders in de wereld verboden bestrijdingsmiddelen bij. Dat alles komt bovenop het giftige kwik en het radioactieve beryllium-7, stoffen die zich van nature al aan het saharastof hechten.als je het stof inademt, komt al die troep regelrecht in je longen terecht, waarschuwt Garrisson. Die raak je vervolgens nooit meer kwijt. Ook Shinn is bezorgd over de gezondheidseffecten van saharastof, Zuidenwind We hebben in Nederland en België vrijwel nooit last van het Saharazand. Het KNMI telde slechts vijftien stoffige dagen sinds 1900. puur of compleet met meeliftende verontreinigingen en ziekteverwekkende micro-organismen. De percentages astmagevallen van Barbados en Trinidad behoren tot de hoogste ter wereld, weet hij. Geen wonder: in de zomermaanden komt bijna de helft van de deeltjes in de lucht die je daar inademt uit Afrika. Voor het zuiden van Florida geldt hetzelfde.vooral in gebieden met weinig industrie loopt het aantal astma-aanvallen goed in de pas met de concentraties saharastof. Uitstraling Het onderzoek naar de kwalijke gevolgen van saharastof zit nog in de beginfase. Misschien spelen de giftige algen bij het leven in zee wel een positieve rol die we nu nog niet kennen, oppert algenonderzoeker Lenes. Vergelijk het met bosbranden.vroeger vonden we die desastreus, nu denken we dat ze een belangrijke rol spelen bij het gezond houden van de natuur. Zoiets zou bij rood tij ook kunnen spelen, denkt hij. Toch is al duidelijk dat tragedies voor het natuurlijk leefmilieu op de ene plek, zoals de droogte in de Sahel, uitstraling hebben naar gebieden op grote afstand. Misschien moeten de Amerikanen wel uit puur eigenbelang meer energie steken in het verbeteren van de omstandigheden in de Sahel, om zo schade in eigen land te voorkomen of te beperken. Het probleem van het saharastof in Florida bewijst eens te meer dat de Amerikanen de rest van de wereld niet de rug kunnen toekeren in de hoop probleemloos in de eigen vesting te kunnen voortleven, zegt James Gustave Spent, het vroegere hoofd van het UN Development Program. We hebben het leed in de Sahel altijd genegeerd; nu zijn we zelf de klos. Rood tij http://floridaconservation.org/ www.natutech.nl 63