Sahara doet stof opwaaien - Kees Floor

NASA/ Earth Observatory.
58
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
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
www.natutech.nl
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
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.
60 Natuurwetenschap & Techniek | juli/augustus 2005
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”

“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-
www.natutech.nl
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.
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. Micro-
62 Natuurwetenschap & Techniek | juli/augustus 2005
ben 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

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.
www.natutech.nl
‘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/
63