Maart 2010 stoffig en rokerig

Kees Floor, Zenit juni 2010

Maart 2010 was een spectaculaire maand voor wat betreft stof- en zandstormen. Daarnaast traden er ook talrijke branden op, vooral in Zuidoost-Azië. Deze gebeurtenissen veroorzaakten hoge concentraties van deeltjes in de atmosfeer. Satellietenbeelden geven een indruk van wat er gaande was.

Bij 'samenstelling van de atmosfeer' denken we in eerste instantie aan de gassen die erin voorkomen, zoals stikstof en zuurstof. In de lucht van de dampkring zweven echter ook talrijke kleine deeltjes. Sommige daarvan zijn zo klein dat ze onzichtbaar zijn. Dat geldt bijvoorbeeld voor de zogeheten condensatiekernen, die een essentiële rol spelen bij de vorming van mist en bewolking. Andere zijn wat groter en zijn wél zichtbaar, vooral als ze optreden in hoge concentraties en aanleiding geven tot vermindering van het zicht. Dat is het geval als grote hoeveelheden rook, roet, zand- of stof in de atmosfeer terecht komen.

Zand en stof
Het stof en zand in de atmosfeer is hoofdzakelijk afkomstig uit de woestijnen. Het gebied van de Sahara en de Sahel vormt de grootste stofbron; andere bronnen zijn bijvoorbeeld Midden-Azië, het Arabisch Schiereiland, Australië en het zuidwesten van de Verenigde Staten. Het zand beperkt zich niet tot de genoemde gebieden, maar kan door de wind over grote afstanden worden meegevoerd. Zo wordt Saharazand niet alleen over de Rode Zee naar het Arabisch Schiereiland getransporteerd, maar steekt het soms ook de Atlantische Oceaan over om neer te dalen in het Caribisch gebied. Zand uit de Chinese woestijnen kan de Grote Oceaan oversteken en aangetroffen worden in het westen van de Verenigde Staten.
Op satellietbeelden in natuurlijke kleuren is het stof en zand vaak zichtbaar als een beige waas. Boven woestijnen is een zandstorm meestal moeilijk te onderscheiden van de ondergrond; boven oerwouden, boven zee en boven andere donker getinte delen van het aardoppervlak, is zo'n waas echter duidelijk herkenbaar.

Rook en roet
Rook en roet komen in de atmosfeer terecht tijdens branden. Deels gaat het om al dan niet opzettelijk aangestoken natuurbranden, zoals die veel voorkomen in onder andere Australië, het Middellandse- Zeegebied en Californië. Verder worden in bewoonde streken vaak bladeren en afval verbrand; ook dat geeft roet en rook. Daarnaast gebruikt men in veel landen vuur in de landbouw voor het verwijderen van restanten van de oogst op bouwland of van oud gras op graslanden. Ook bij het omzetten van bos of oerwoud in bouwland of plantages worden branden vaak toegepast.
De rook heeft op satellietbeelden doorgaans een witte of grijzige tint. Soms is het aardoppervlak erdoorheen te zien, maar in de buurt van de brandhaarden is de grauwsluier meestal dichter en ondoorzichtig. Op sommige satellietbeelden zijn de brandhaarden met rode vlekken of cirkels aangegeven. Branden kunnen bijvoorbeeld worden opgespoord met de Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS), een instrument dat wordt meegevoerd op de Amerikaanse satellieten Terra en Aqua. Het instrument meet straling in 36 golflengtegebieden of banden. Naast de banden waaruit de zichtbaarlichtbeelden in ware kleuren worden samengesteld, is het instrument uitgerust met infraroodbanden, waarmee ondermeer temperaturen bepaald kunnen worden. Als de temperatuur volgens de metingen in twee daarvoor uitgekozen satellietkanalen een vooraf bepaalde drempelwaarde overschrijdt, is brand waarschijnlijk.
De resolutie van de bepaling van de brandhaarden is 1 kilometer; die resolutie is grover dan bij de zichtbaarlichtbeelden, waarvan de resolutie 250 meter bedraagt. De meeste branden worden dan ook gemist; naar schatting wordt slechts een kwart gedetecteerd. Dat zijn dan wel de grootste branden, die gezamenlijk goed zijn voor meer dan 80 procent van de door natuurbranden gegenereerde verbrandingsproducten.

Stoffige maartmaand
Maart 2010 was een spectaculaire maand voor wat betreft stofstormen. Vrijwel onafgebroken woei er Saharazand via de Canarische- en de Kaapverdische Eilanden tot ver over de Atlantische Oceaan. Een Amerikaans waarneemstation op Barbados registreerde de hoogste stofconcentraties in drie jaar.
Het satellietbeeld van figuur 1 toont het noorden van Afrika op 19 maart 2010. Boven land woedt een gigantische stofstorm, die zich uitstrekt van de Rode Zee tot de Atlantische Oceaan. Het beige stof vertroebelt de zuidrand van de Sahara over de volle breedte van het continent. Boven de Atlantische Oceaan is het stof meegevoerd tot voorbij de Kaapverdische Eilanden. Het stoffigste deel van de zandstorm, midden in beeld, ligt boven Tsjaad, Niger, Nigeria en Kameroen. Boven het Arabisch Schiereiland, rechtsboven in figuur 1, is eveneens een stofstorm te zien. Het satellietbeeld is opgebouwd uit MODIS-gegevens die werden verzameld tijdens zeven afzonderlijke overkomsten van de satellieten Terra en Aqua. Het gebied dat in beeld is gebracht, is meer dan 10.000 kilometer breed. Gebieden waar geen van beide satellieten overkwam, zijn grijs gekleurd.
Ook in China waren er zandstormen. Gemiddeld doen zich daar elk jaar in maart vier of vijf zandstormen voor. Dit jaar waren het er zes. Doordat het seizoen er laat begon, kwamen de stormen snel na elkaar, waardoor meer overlast werd ervaren. Figuur 2 toont een satellietbeeld in natuurlijke kleuren van de eerste stofstorm uit de reeks op 12 maart. Er ligt een band van stof en zand over China, de Gele Zee en Korea. De bewolking aan de noordzijde ervan hangt vermoedelijk samen met dezelfde depressie die ook de stofstorm veroorzaakt.
Het stof uit China kan, zoals eerder al werd aangegeven, ver de Grote Oceaan op trekken. Op het satellietbeeld in natuurlijke kleuren van 21 maart (figuur 3) is het stof Japan al gepasseerd. In de luchtstroming achter Japan is in het zand een geribbeld patroon zichtbaar, een gevolg van de wisselwerking tussen de heersende luchtstroming en de Japanse Eilanden. Gewoonlijk zijn dergelijke patronen alleen zichtbaar in bewolking, maar in dit geval kan ook het zand en stof in de atmosfeer als 'tracer' dienen om de effecten zichtbaar te maken.
Naast veel zand en veel stof was er ook veel rook. Vooral in Zuidoost-Azië woedden doorlopend branden. De heiigheid linksonder in het satellietbeeld van figuur 2 wordt vermoedelijk door dergelijke branden veroorzaakt. Maart vormt in die regio het einde van het droge seizoen. Branden worden er al honderden, zo niet duizenden jaren toegepast als hulmiddel in de landbouw. Ze leveren geen direct gevaar op voor de mens, maar drukken desondanks hun stempel op de luchtkwaliteit, de gezondheid van mens en dier, de uitstoot van broeikasgassen, de koolstofkringloop in de atmosfeer en biodiversiteit. Dat het om grote aantallen branden gaat, is te zien op het satellietbeeld in natuurlijke kleuren van figuur 4. In het beeld zijn de grotere brandhaarden rood gemarkeerd. Op bijna alle heuvels en in vrijwel alle valleien van India, Myanmar, Cambodja, Thailand Laos, Vietnam en Zuid-China zijn de branden markant aanwezig.

Deeltjesconcentraties
Alle afzonderlijke stofstormen konden worden gevolgd op satellietbeelden, waarvan er bij dit artikel enkele zijn afgedrukt. Ook werden van dag op dag de verschillende brandhaarden gedetecteerd en als rode vlekken in beeld gebracht (figuur 4). Daarnaast verrichtte de MODIS waar mogelijk metingen van de aerosolconcentraties; aerosol is een verzamelnaam voor stof-, zand-, zout-, rook- en roetdeeltjes in de atmosfeer. Zo kon ook de concentratie van deeltjes gemiddeld over de hele maand maart 2010 bepaald worden. Het resultaat van deze bepaling is weergegeven in de wereldkaart van figuur 5. Hoe donkerder de tint, des te hoger de concentratie van deeltjes in de atmosfeer. Het Saharazand vormt in de figuur vanaf West-Afrika een donkerbruine pluim richting Amerika. Ook delen van China en Zuidoost-Azië gaan schuil onder een donkerbruine wolk, wat - met name in China - ook vaak letterlijk het geval was. Elders in Azië waren vooral branden de bron van de aerosolen die als een grijze deken over het gebied lagen.
De gebieden waarvan geen waarnemingen beschikbaar zijn, zijn ook nu weer grijs gelaten. Het gaat om lichte delen van het aardoppervlak, zoals de Sahara, de Arabische woestijn, de Chinese woestijngebieden en besneeuwde delen van Europa en Noord-Amerika. Ook op plaatsen waar het vrijwel steeds bewolkt was, konden geen aerosolmetingen worden verricht.

Door de vele stofstormen en het groot aantal branden hadden de aerosolen in maart voortdurend de aandacht. In april ging de belangstelling opnieuw uit naar aerosolmetingen en haalden ze zelfs het nieuws. Een van de belangrijkste bronnen van overlast veroorzakende deeltjes in de atmosfeer was die maand de uitbarstende IJslandse vulkaan Eyjafjallajökull. De vrijkomende vulkanische as legde het vliegverkeer in Noordwest-Europa een aantal dagen plat en gooide het elders flink in de war. Zie verder het artikel: 'Vulkaan verlamt vliegverkeer' elders in dit blad.


2. Stof boven China, de Gele Zee en Korea, 12 maart 2010. De heiigheid linksonder hangt samen met talrijke branden in die regio. Instrument: MODIS. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC, MODIS Rapid Response.	3. Stof boven Japan en de Grote Oceaan, 21 maart 2010. Achter Japan is in het stof een ribbelpatroon zichtbaar, een effect dat optreedt door de wisselwerking tussen de heersende luchtstroming en de eilanden van Japan. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. Bron: NASA/GSFC, MODIS Rapid Response.	4. Satellietbeeld in natuurlijke kleuren van Zuidoost-Azië op 5 maart 2010. Er woeden talrijke branden, aangegeven in rood. De rook vertroebelt en verontreinigt de atmosfeer en veroorzaakt een heiige laag, die als een waas boven het gebied ligt. Instrument: MODIS. Satelliet: Aqua. Bron: NASA/GSFC, MODIS Rapid Response.	5. Concentratie van deeltjes (aerosolen) in de atmosfeer in maart 2010. Hoe donkerder de tint, des te hoger de concentratie van deeltjes in de atmosfeer. Vooral bij de Sahara, boven China en boven Zuidoost-Azië zijn de concentraties hoog als gevolg van zandstormen en branden. Instrument: MODIS. Satellieten: Aqua en Terra. Bron: NASA Earth Observations Project.