Wetenschap
Waarom we moeten heroverwegen wat we weten over stof
U kunt stof misschien zien als een ergernis die moet worden opgezogen en weggegooid, maar eigenlijk is het op grotere schaal veel belangrijker dan de meeste mensen beseffen. Wereldwijd speelt stof een cruciale rol bij het reguleren van ons klimaat, de stralingsbalans, nutriëntencycli, bodemvorming, luchtkwaliteit en zelfs de menselijke gezondheid.
Maar ons begrip ervan wordt belemmerd door beperkingen in de huidige wiskundige modellen. Deze modellen, gebaseerd op methoden die tientallen jaren geleden zijn ontwikkeld, hebben moeite om de eigenschappen en hoeveelheden stof nauwkeurig te simuleren.
Het laatste onderzoek van mijn collega's en ik werpt licht op deze beperkingen en suggereert een genuanceerder beeld van stof. Onze bevindingen laten zien dat de stofemissies niet constant zijn, maar per seizoen en tussen halfronden verschuiven, over woestijnen en struikgewas. Dit daagt het al lang bestaande idee uit dat Noord-Afrika en het Midden-Oosten de dominante bronnen van mondiaal stof zijn.
Met behulp van twee soorten satellietgegevens suggereert ons onderzoek dat stofemissies tijdens stofstormen zeldzaam en lokaal zijn, net als blikseminslagen, en plaatsvinden op voortdurend wisselende locaties.
De complexiteit van stof
De cyclus van stofemissie, transport en depositie heeft positieve en negatieve effecten op ons milieu. Voedingsstoffen in afgezet stof bemesten onze oceanen en regenwouden. Maar stof uit geërodeerd sediment kan ook planten en bomen beschadigen en de fotosynthese verstoren, terwijl stof dat op ijs wordt afgezet de snelheid verhoogt waarmee het smelt.
Variaties in de stofsamenstelling, zoals mineraaltype en kleur, creëren een complexe cocktail van deeltjes die in de atmosfeer worden geïnjecteerd. Dit heeft op zijn beurt een wisselwerking met wolken om te beïnvloeden hoe zonlicht wordt gereflecteerd of geabsorbeerd, waardoor uiteindelijk de temperatuur op aarde wordt gereguleerd.
Het is dus van cruciaal belang dat we een nauwkeurig inzicht hebben in waar stofemissies vandaan komen, in welke hoeveelheden, hoe stof over de planeet wordt getransporteerd en waar het terechtkomt.
Stofemissiemodellen werden bijna dertig jaar geleden ontwikkeld, toen er nog veel minder gegevens beschikbaar waren. Bijgevolg maakten de nu klassieke stofcyclusmodellen enkele aannames. Een belangrijke veronderstelling was dat het landoppervlak van de aarde gelijkmatig bedekt was met voortdurend los en droog materiaal, dat altijd beschikbaar was en stofuitstoot veroorzaakte.
We weten nu echter uit veldmetingen dat de bodem vaak bedekt is met korsten of bedekt is met verschillende soorten grind. Er werd ook aangenomen dat de drempel waarbinnen de wind de grond zou optillen en vrijgeven in de atmosfeer, in de loop van de tijd vast en onveranderlijk zou zijn.
We weten nu ook dat sediment zich door het landschap beweegt en mogelijk niet altijd beschikbaar is. Vegetatie die de bodem bedekt, vermindert de snelheid van de wind bij het bereiken van het bodemoppervlak, waardoor de stofemissie wordt verminderd. Stofmodellen gaan er nog steeds van uit dat "groenheid" de aanwezigheid van vegetatie aangeeft. In droge gebieden waar de meeste stofemissie plaatsvindt, is de vegetatie echter vaak bruin, maar de ruwheid ervan vermindert nog steeds de windsnelheid en beschermt de grond tegen stofemissie.
Bijgevolg hebben klassieke stofcyclusmodellen de hoeveelheid stofemissie overschat. Deze zwakke punten zijn gebleven sinds de modellen werden ontwikkeld. Dit komt vooral omdat modelbouwers ervan uitgaan dat ze, door hun stofcyclusmodellen aan te passen aan de metingen van stof in de atmosfeer, eventuele zwakke punten in de stofemissiemodellering kunnen overwinnen.
Een nieuwe aanpak
Bijna tien jaar geleden hebben we een nieuwe aanpak ontwikkeld waarbij we schaduw gebruiken om te schatten hoeveel van de windsnelheid wordt verminderd door ruwheid, zoals vegetatie, op het aardoppervlak. Deze benadering werd nog steeds beperkt door de eerder beschreven modelaannames.
Tijdens de pandemie werden traditionele veldstudies echter onmogelijk. Daarom kozen we voor een nieuwe aanpak. Met behulp van satellieten hebben we een wereldwijde verzameling van stofemissiepunten geproduceerd. Dit leverde waardevolle gegevens op en maakte de weg vrij voor verder onderzoek.
We ontdekten dat bestaande modellen de rol van Noord-Afrika als de belangrijkste bron van mondiale stofemissies overschatten. Uit ons onderzoek blijkt dat stofemissies per seizoen en tussen de halfronden verschuiven, van woestijnen in Oost-Azië, het Midden-Oosten en Noord-Afrika tot struikgewas in Australië en Noord-Amerika.
De huidige modellen geven slechts een fractie van het verhaal weer, gebaseerd op stof in de atmosfeer boven Noord-Afrika en het Midden-Oosten. Er werd voorspeld dat er op het zuidelijk halfrond weinig stofemissie zou optreden. Maar dit staat in contrast met veldwaarnemingen en de ervaringen van mensen in die regio's.
Deze nieuwe bevindingen zijn cruciaal voor grootschalige modellen omdat de eigenschappen van stof verschillen afhankelijk van waar het vandaan komt. Niet alleen dat, maar stof kan ook veranderen als het binnen een halfrond naar verschillende bestemmingen wordt getransporteerd, waar het zich op het land, in onze oceanen en op de ijskappen nestelt.
Ons nieuwe begrip van de verspreiding van stof, de hoeveelheid en seizoensverschuivingen heeft aanzienlijke implicaties. Het zal herzieningen vereisen van historische reconstructies die klimaatveranderingen uit het verleden verklaren. Onze bevindingen zullen ook toekomstige klimaatprojecties beïnvloeden en hoe de stofcyclus interageert met de koolstof-, energie- en watercycli van de systemen op aarde.