Kees Floor, Zenit oktober 2013

In juni bereikte Noord-Amerikaanse rook het Europese vasteland. Aanvankelijk kregen dennekevers in het middenwesten van de Verenigde Staten, waar hevige natuurbranden woedden, de schuld. Later bleek dat vuurhaarden in Canada, waar de kevers minder actief zijn, als veel waarschijnlijker bronnen van de rook moesten worden aangemerkt. Maar ook zonder dat gegeven is het niet eerlijk de kevers alle schuld in de schoenen te schuiven.

Fig. 1: Rook boven de oceaan voor de Ierse kust, boven de Golf van Biskaje, Zuidwest-Frankrijk en Spanje, 26 juni 2013. Waar komt die rook vandaan? Instrument: MODIS, natuurlijke kleuren. Satelliet: Terra. (Bron NASA).	Fig. 2: Rook boven de oceaan voor de Ierse kust, boven de Golf van Biskaje, Engeland, Duitsland, België, Frankrijk en Spanje. Waar komt die rook vandaan? Achtergrondbeeld: MODIS, Aqua, natuurlijke kleuren. Rookdata: OMPS, Suomi-NPP. (Bron NASA).

Op satellietbeelden van 26 juni van dit jaar zag de Golf van Biskaje blauw van de rook (figuur 1). Ook voor de Ierse westkust zweefde rook. Minder duidelijk, door het geringere contrast tussen de rookverontreiniging en het onderliggende vasteland, was op de beelden van die dag en de dag erna te zien dat de rook zich ook uitbreidde over Frankrijk en Spanje. De beelden in natuurlijke kleuren zijn gebaseerd op waarnemingen van de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) op de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua. De aanwezigheid van rook, of in ieder geval van aerosolen - naast rook ook zeezout, woestijnstof of vulkanische as - werd bevestigd door metingen van de Ozone Mapping Profiler Suite (OMPS) op de vorig jaar gelanceerde Amerikaanse weersatelliet Suomi-NPP (figuur 2). Uit OMPS-metingen in het ultraviolet kan een aerosolindex bepaald worden, die een maat is voor de hoeveelheid rook, woestijnstof of ander aerosol in de atmosfeer. In de figuur zien we dan ook niet alleen de rook bij Zuidwest-Europa; boven de Sahara heeft de aerosolindex eveneens hoge waarden, ongetwijfeld door ter plaatse opgewaaid zand en stof. Als ondergrond voor de in figuur 2 geplotte aerosolindex dienen MODIS-beelden van de Aqua van dezelfde dag.

Brandhaarden
De MODIS is onder andere ontworpen om natuurbranden te volgen en in kaart te brengen met een resolutie van 1 kilometer (vergelijk figuur 3). Daartoe meet het instrument niet alleen in de golflengtegebieden waarop de zichtbaarlichtbeelden in natuurlijke kleuren zijn gebaseerd, maar ook in andere kanalen. Daardoor kunnen ondermeer ook temperaturen van het aardoppervlak of de bewolking daarboven bepaald worden. Als de temperatuur volgens de metingen in twee daarvoor uitgekozen golflengtegebieden een vooraf bepaalde drempelwaarde overschrijdt, is brand waarschijnlijk.
De desbetreffende MODIS-data van 26 juni (niet afgebeeld) tonen inderdaad enkele hete plekken in Spanje, Portugal en Zuid-Frankrijk, maar de gesignaleerde branden gaan niet of nauwelijks vergezeld van rookpluimen; ze kunnen de in de dampkring boven Biskaje uitwaaierende rook onmogelijk verklaren. Waar komt die rook dan wél vandaan? En wie krijgt of krijgen de zwarte piet?

Fig. 3: Door MODIS (Terra en Aqua) gedetecteerde brandhaarden, 22 juni 2013. Achtergrondbeeld: MODIS, Terra, natuurlijke kleuren. Op verscheidene stroken is zonneglinstering zichtbaar. De draairichting van de depressiekrullen is op het noordelijk halfrond tegengesteld aan die op het zuidelijk halfrond.

Branden wereldwijd
In de dagen en weken voor de rook Europa bereikte, woedden er in verscheidene gebieden in de wereld natuurbranden. Zo tonen de rode stippen in figuur 3 bijvoorbeeld de door MODIS op 22 juni 2013 waargenomen brandhaarden. Het gaat hierbij om de 20% grootste branden, althans voor zover ze niet door bewolking of rook aan het zicht worden onttrokken.
Het meest in het nieuws waren de bosbranden op Sumatra, die Singapore en delen van Maleisië hulden in een verstikkende rook. Ook elders in Zuidoost-Azië waren er talrijke branden. Verder zien we veel rode vlekken in de zuidelijke helft van Afrika, op Madagaskar en in het Amazonegebied in Zuid-Amerika. Veelal gaat het om branden die zijn aangestoken, bijvoorbeeld voor het in gebruik nemen of houden van landbouwgronden of voor het omzetten van oerwoud naar plantages. Het is overigens niet waarschijnlijk dat rook van deze branden West-Europa bereikt.
Verder van de evenaar waren er eveneens natuurbranden, zoals in Siberië. Daarnaast waren er fikse branden in Noord-Amerika. Grote delen van het continent werden getroffen door een verzengende hitte en extreme droogte. In combinatie met een stevige wind leidde dat in de Verenigde Staten en in Canada tot zeldzaam grote natuurbranden, zoals de West Fork Complex brand in Colorado, USA, en de Eastmain brand in de Canadese provincie Quebec. Ook elders in de Verenigde Staten en in Canada woedden natuurbranden.
De West Fork Complex brand werd onder andere gefotografeerd vanuit het internationaal ruimtestation ISS op 19 juni 2013 (figuur 4). De brand ontstond op 5 juni door blikseminslag in een ruig en steil gebied dat moeilijk toegankelijk was voor de brandweer en andere hulpdiensten. Branden breiden zich langs hellingen bovendien sneller uit dan in vlak terrein. De ruige begroeiing en de dennebossen leverden de voor de branden noodzakelijke brandstof in overvloed.
De Eastmain brand in de provincie Quebec, die op 25 mei door de bliksem werd aangestoken, was volgens het Canadese Staatsbosbeheer zelfs de op een na grootste natuurbrand sinds het begin van de Canadese brandenregistratie in 1959. De Canadezen bestrijden de bosbranden overigens niet, behalve als bewoonde gebieden of waterkrachtcentrales bedreigd worden.

Fig. 4: De West Fork Complex brand (links) en een kleinere brand in Colorado, gefotografeerd op 19 juni 2013 vanuit het internationaal ruimtestation ISS. Door de rook en de hitte ontstaan pluimen van rook en stapelwolken, zogeheten pyrocumuli, waarvan sommige uitgroeien tot een pyrocumulonimbus. (Bron NASA).	Fig. 5: Aerosolindex, 22 juni 2013. Achtergrondbeeld: VIIRS, Suomi-NPP, natuurlijke kleuren. Aerosoldata: OMPS, Suomi-NPP. (Bron NASA).

Rook
Om de rook boven Biskaje te kunnen verklaren, moeten we zoeken naar natuurbranden met rook die grote afstanden kan afleggen door de atmosfeer en daarbij zelfs een oceaan kan oversteken. Er moet dan bij zo'n brand veel rookontwikkeling optreden en er moeten mechanismen werkzaam zijn die de rook zo hoog in de dampkring brengen dat hij door de mondiale luchtstromingen kan worden opgepikt.
Om een indruk te krijgen van de gebieden waar grote hoeveelheden rook in de atmosfeer terecht komen, kunnen we de OMPS-beelden met aerosolindex raadplegen; we zien in dat geval ook eventuele rookbronnen die gekoppeld zijn aan niet door MODIS gedetecteerde brandhaarden. Wel moeten we erop verdacht zijn dat woestijnstof eveneens hoge waarden voor de aerosolindex oplevert, zoals in figuur 5 onder andere het geval is boven de Sahara, de Arabische woestijn en de woestijngebieden in Iran en Irak.
De figuur geeft de situatie van 22 juni 2013, van welke dag we eerder al de op MODIS-data gebaseerde brandhaarden in kaart gebracht zagen in figuur 3. Veel rook werd gedetecteerd boven onder andere Colorado, afkomstig van de eerder genoemde West Fork Complex brand.

Oceaanoversteek
Vermoedelijk is het de rook van branden in Noord-Amerika die de oceaan is overgestoken en na vier dagen Frankrijk en Spanje bereikte. Op MODIS- en OMPS-beelden van de opeenvolgende dagen (figuur 6) zien we de rook zich inderdaad geleidelijk verplaatsen van het Noord-Amerikaanse naar het Europese continent. In eerste instantie werd de West Fork Complex brand, de meest actieve brand van dat moment, als bron aangewezen; dat was althans te lezen op de sites van NASA, KNMI en EUMETSAT. De NASA-onderzoekers stelden hun mening echter bij nadat rekenresultaten van meteorologen van de Canadese Weerdienst beschikbaar waren gekomen. De Canadezen waren met een verspreidingsmodel nagegaan waarheen de rook van bijvoorbeeld een brand in Quebec zich volgens berekeningen van atmosfeermodellen zou moeten verplaatsen. De rekenresultaten laten zien hoe de rook van de rood gemarkeerde brandhaard eerst over Newfoundland trekt, zich vervolgens uitbreidt over de Atlantische Oceaan en later Europa bereikt (figuur 7).

Fig. 7. Verspreiding van rook van een brand in de Canadese provincie Quebec volgens berekeningen van een verspreidingsmodel van de Canadese Weerdienst. De brandhaard is aangegeven met een rode vlek. De berekeningen starten op 22 februari 2013; de rekenresultaten zijn weergegeven voor 23 tot en met 26 juni 1200 UT. De rook trok over Newfoundland, stak de oceaan over en bereikte drie dagen later Europa. (Bron: Environment of Canada).

Pyrocumulonimbus
Om de oversteek over de oceaan te kunnen maken, moet de zich bij het aardoppervlak vormende rook eerst bovenin de troposfeer of zelfs in de stratosfeer terecht komen. Dat kan doordat branden niet alleen vergezeld gaan van rookontwikkeling, maar er zich tegelijkertijd ook stapelwolken ontwikkelen. Deze door de hitte op gang gebrachte stapelwolken dragen de naam pyrocumulus. De pyrocumuli zijn goed te zien op de foto die de astronauten van het internationaal ruimtestation ISS op 19 juni maakten van de West Fork Complex brand (figuur 3). Dit type bewolking kan bij grote branden verder doorgroeien en tot in de stratosfeer reiken, sterke opwaartse luchtbewegingen tonen en vergezeld gaan van onweer, windvlagen en incidenteel zelfs tornado's. In dat geval lijkt de door de brand gegenereerde stapelwolk meer op een regen- of onweersbui en spreekt men wel van pyrocumulonimbus of pyroCb (figuur 8). De pyroCb's van de West Fork Complex brand brachten de rook tot op 13,5 kilometer hoogte.
Heftige, omvangrijke branden kunnen een pyroCb volledig van de benodigde energie voorzien; er is dan geen condensatie nodig, wat wél het geval is bij gewone onweersbuien. Bovendien hinderen de rookdeeltjes het proces van neerslagvorming. Er valt dan ook niet altijd regen uit een pyroCb en droge varianten bevatten soms vrijwel geen wolkendruppeltjes. In andere gevallen zijn er wél wolkendruppeltjes en bovenin ijskristallen; soms valt er zelfs hagel. Verder verplaatsen pyroCb's zich, zolang ze door een groot gebied met intensieve branden gevoed worden, niet standaard met de wind mee, zoals gewone buienwolken, maar wordt hun positie aanvankelijk bepaald door de ligging van de vuurhaarden.

Fig.9: De gezondheid van de naaldbossen in onder andere Colorado heeft te lijden onder een keverplaag. De satellietbeelden geven de toestand van de bossen en andere vegetatie op 11 september 2005 (muis naast beeld) en op 28 september 2011 (muis op beeld). Op het oudste beeld overheerst het groen en tegelijk met de dennekevers rukken de bruine tinten op. Instrument: TM. Satelliet: Landsat 5. (Bron: NASA en USGS).

Kruinbranden
PyroCb's zijn vooral gekoppeld aan kruinbranden. De bosbrand heeft zich in dergelijke gevallen opgewerkt van het aardoppervlak naar de toppen van de bomen en kan zich daar zeer snel uitbreiden. Er zijn bij kruinbranden vlammen waargenomen van 50 meter lang, terwijl het vuur zich voortplantte met een snelheid van 3,5 meter per seconde. De Eastmain brand in Quebec plantte zich af en toe zelfs voort met een snelheid van meer dan 8 meter per seconde. De kruinbranden verbruiken meer brandstof, zijn veel heter en brengen de verbrandingsproducten hoger in de atmosfeer. Met hulp van pyroCb's kan de rook tot in de stratosfeer doordringen.
Pyrocumulonimbi zijn in kringen van brandbestrijders al decennia lang bekend, al gebeuren er toch nog wel eens ongelukken. Het verschijnsel is er gevreesd door het grillige gedrag van de wind, waardoor brandweerlieden soms in benarde situaties terecht komen. Zo kwamen er op 30 juni 2013 bij de door de bliksem aangestoken Yarnell Hill brand in Arizona nog 19 in natuurbranden gespecialiseerde brandweerlieden om het leven; sinds 1933 was het aantal slachtoffers van een natuurbrand in de Verenigde Staten onder brandweerlieden niet meer zo hoog geweest. Vermoedelijk werd een plotselinge winddraaiing die optrad toen de uitstroom van een pyroCb de plek waar de brandweerlieden actief waren, bereikte, de slachtoffers fataal.

Dennekevers
Bij natuurrampen, zoals grote, onbeheersbare bosbranden, gaat men, net als in het geval van andere calamiteiten, tegenwoordig steevast op zoek naar schuldigen. Zo wezen de regeringen van Singapore en Maleisië de Indonesische regering als schuldige aan van de bosbranden op Sumatra, omdat ze het verbod om oerwoud af te branden onvoldoende controleerde of handhaafde. Indonesië vond aanvankelijk dat de buurlanden niet moest zeuren, mede omdat de bedrijven die de branden aanstaken vooral gevestigd waren in Maleisië en Singapore. Pas later bleek men bereid het boetekleed aan te trekken.
De met naam genoemde branden in de Verenigde Staten en in Canada waren alle drie ontstaan door blikseminslag; dat maakt het uitdelen van zwarte pieten wat lastiger. Het beschuldigende vingertje wees vervolgens vooral richting de dennekever. Dit insect had de bossen in staten als Colorado zo ernstig aangetast, dat door de toegenomen hoeveelheid dood hout het risico op natuurbranden sterk was toegenomen.
De aantasting van de bossen is ook te volgen met satellietbeelden. Zo toont figuur 9 tweemaal hetzelfde gebied in Colorado ten westen van Boulder met in het kwadrant rechtsboven onder andere Rockey Mountains National Park. Het linkerbeeld is van 11 september 2005, het rechter van 28 september 2011. Hoe groener de tint van naaldbossen op de satellietbeelden, des te gezonder de bossen. De beelden zijn gebaseerd op stralingsmetingen van de Thematic Mapper (TM) op de Amerikaanse satelliet Landsat 5. Ze laten zien dat de kevers er in een periode van zes jaar in slaagden de tint van valleien en bergruggen om te zetten van groen in bruin. De beestjes groeven hun eigen graf door de omstandigheden voor hun crematie zo gunstig mogelijk te maken, zo was de teneur in talrijke publicaties over de branden.

Klimaatverandering
Overigens blijkt er meer aan de hand dan zo maar een dennekeverplaag. Het bosbeheer en het brandbestrijdingsmanagement spelen ook een rol. Door branden zo snel mogelijk te willen blussen, de strategie die in de Verenigde Staten wordt toegepast, neemt de concurrentiepositie van oudere bomen toe ten opzichte van die van jongere, beter tegen brand bestendige exemplaren. En dan is er natuurlijk de klimaatverandering. Winters die zo koud zijn dat maar weinig kevers het overleven, zijn zeldzamer geworden. In de warmere zomers kunnen de kevers zich tweemaal per jaar voortplanten in plaats van eenmaal per jaar. In de bergen vallen door de hogere temperaturen en de vroegere smelt van sneeuw nu ook bossen op grotere hoogten ten prooi aan de kevers.

Beetlemania
De in de media breed uitgemeten rol van de kevers (Engels: beetles) bij het ontstaan en het aanwakkeren van de natuurbranden wordt overigens sterk overdreven, zo melden onderzoekers van het Biogeography Lab van de University of Colorado in Denver. Het verband tussen keverplagen en het karakter van natuurbranden is niet gebaseerd op degelijk onderzoek. Zo laat het satellietbeeld van 2011 (figuur 9b) geen brandplekken zien, terwijl de kevers er al sinds het begin van deze eeuw actief zijn. Ook is de recente keverplaag niet heftiger dan eerder plagen zoals die van de jaren 70 van de vorige eeuw. Zo er al een verband werd gevonden tussen de activiteiten van de kevers en de branden, dan was dat slechts in één specifiek type bos.
De weersomstandigheden vormen volgens de keversceptici verreweg de belangrijkste factor: de hitte, de droogte en de harde wind. Wetenschappelijk is een verband aangetoond tussen natuurbranden en opwarming van het klimaat: de warmere zomers brengen vaker hitte en droogte, waardoor ook zonder de omstreden rol van de kevers de kans op heftige natuurbranden groter wordt. Onderzoekers van het Canadese Staatsbosbeheer verwachten zelfs dat het bosoppervlak dat jaarlijks afbrandt in het oosten van Canada, tegen het eind van deze eeuw meer dan verdubbeld zal zijn ten opzichte van de referentieperiode 1961-1990. Zo zijn we er toch in geslaagd schuldigen voor de rook boven Europa aan te wijzen: als medeveroorzakers van het opwarmende klimaat zijn we het zelf!