Stof, zonneglinstering en bloedregen
Kees Floor, Zenit september 2013. Reacties: 1

Op satellietbeelden kan het transport van Saharazand goed worden gevolgd. Het zand legt soms grote afstanden af en bereikt af en toe Scandinavië, het Caribisch Gebied of zelfs het Amazonegebied. De tint van het zand wordt op beelden in natuurlijke kleuren boven zeewater soms ook beïnvloed door reflecties van zonlicht in het water.
Uiteindelijk valt het zand weer terug naar het aardoppervlak of het wordt ingevangen door regen en zo uit de dampkring verwijderd. Het zand geeft de regen in een uitzonderlijke gevallen een rode tint. In vroeger tijden zag men dergelijke bloedregen als een onheilspellend voorteken.

De atmosfeer is meer dan een verzameling gassen. Hij bevat talrijke vaste deeltjes, zoals zand, stof en rook. In de meteorologie noemt men de verzameling van dergelijke deeltjes, die overal in grote concentraties in lucht aanwezig zijn, het atmosferisch aerosol. Metingen geven aan dat woestijnen en andere droge gebieden, die gezamenlijk een derde deel van het landoppervlak beslaan, een belangrijke leverancier vormen van aerosoldeeltjes. Het gebied van de Sahara en de Sahel is van al die streken de grootste stofbron; andere bronnen zijn bijvoorbeeld Midden-Azië, het Arabisch Schiereiland, Australië en het zuidwesten van de Verenigde Staten.

1. Saharastof boven het oostelijk deel van de Middellandse Zee, 29 mei 2013. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. (Bron: NASA).

4. Saharastof in de atmosfeer en zonneglinstering op het water van de Ionische Zee. De donkere plekken tussen Korfoe en Lefkas duiden op een spiegelglad zeeoppervlak en windstil weer. Detail uit figuur 1.

Stofstormen
Het stof wordt tijdens stofstormen van het aardoppervlak losgemaakt door de wind; vooral in delen van de woestijn waar het zand vrij kan stuiven (figuur 2) verdwijnt er dan veel zand. Stofstormen komen ieder jaar voor en in ieder jaargetijde. De minimaal vereiste windsnelheid voor het losmaken van het stof van het aardoppervlak hangt onder andere af van de samenstelling, de structuur en de vochtigheid van de bodem; de orde van grootte waaraan gedacht kan worden is windkracht vier op de standaardhoogte voor windwaarnemingen, tien meter boven het aardoppervlak. De diameter van de deeltjes die worden meegevoerd, loopt sterk uiteen: van 0.1 tot 0.0001 millimeter. Het aantal stofdeeltjes kan in de buurt van de brongebieden oplopen tot enkele duizenden per kubieke centimeter.

Een recent geval
Eind mei en begin juni van dit jaar was het Saharazand op satellietbeelden in natuurlijke kleuren duidelijk zichtbaar boven onder andere het oostelijk gedeelte van de Middellandse Zee. Op het beeld van 29 mei 2013 (figuur 1), gebaseerd op meetgegevens van de Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) aan boord van de Amerikaanse satelliet Terra, zien we dat zuidenwinden vanuit de Libische en de Westelijke Woestijn in Egypte zand en stof doen uitwaaieren over het overigens donker getinte zeewater. Behalve boven de Egeïsche Zee, zweeft er ook stof boven de Ionische Zee, de Adriatische Zee en aanliggende gebieden.
Boven zee is het zand doorgaans beter te volgen dan boven land; het contrast met de ondergrond is er groter.
Er is echter nog een ander effect dat de tint van zeewater en de atmosfeer daarboven lichter kan maken dan normaal, namelijk zonneglinstering. Zien we op het satellietbeeld van 29 mei 2013 uitsluitend stof, of draagt in dit geval ook zonneglinstering bij aan de kleur van zee en stof?

2. Gebieden waar het woestijnzand kan stuiven, zoals hier in de omgeving van Erfoud, Marokko, vormen de belangrijkste bron van stof en zand in de dampkring. (Foto: Kees Floor).

3. Zonneglinstering op het water van de Libische Zee en de wateren rond Griekenland. De donkere plekken ten zuiden van Kreta duiden op een spiegelglad zeeoppervlak en windstil weer. Datum: 27 mei 2013. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. (Bron: NASA).

Zonneglinstering
Weerspiegelingen van zonlicht op zeewater nemen op satellietbeelden bij rustig, maar niet geheel windstil weer de vorm aan van een brede, lichtgetinte band. Het satellietbeeld van 27 mei 2013 (figuur 3) toont zo'n band, die loopt van de kust van Libië en Egypte tot aan de wateren rond Griekenland. De golfoppervlakken aan het lichtgolvend wateroppervlak vertonen allerlei oriëntaties; meestal zijn er voldoende delen waarvan de oriëntatie geschikt is om het zonlicht te weerkaatsen in de richting van de sensor op de satelliet. Als de wind wegvalt is dat niet langer het geval; het zeeoppervlak is dan zo glad als een spiegel. Windstil weer doet zich bijvoorbeeld voor in de kern of langs de as van een hogedrukgebied. Soms weerkaatst het gladde zeeoppervlak het zonlicht, waarbij een heldere vlek ontstaat op het water (niet afgebeeld). Meestal bevinden zon en satelliet zich echter in posities die reflecties van zonlicht uitsluiten; de zee heeft dan zijn gebruikelijke, donkere tint. Gebieden met een glad zeeoppervlak leveren dan donkere vlekken op in de lichtgetinte zonneglinsteringsband. Dergelijke donkere vlekken zijn op het satellietbeeld van 27 mei 2013 zichtbaar op de Libische Zee ten zuiden van Kreta.
Nu we weten waar we op moeten letten, herkennen we ook in de stofsituatie van twee dagen later (figuur 1) een band van zonneglinstering, die zich in dit geval uitstrekt van de Golf van Sydra bij Benghazi, Libië tot aan de Albanese kust. De donkere vlekken tussen Korfoe en Lefkas (uitvergroot in figuur 4) in de door zonneschittering oplichtende strook vormen een extra aanwijzing voor het optreden van zonneglinstering. Waar de tint van het zeewater in de Ionische Zee lichter is dan de gebruikelijk, wordt dat dus in deze situatie veroorzaakt door zowel zonneglinstering als door saharastof.

Aerosolindex
Satellieten kunnen met hun instrumenten het saharastof ook op andere manieren in beeld brengen. Dat geldt bijvoorbeeld voor de vorig jaar gelanceerde Amerikaanse satelliet Suomi-NPP. De satelliet is vooral bekend van het VIIRS-instrument dat zowel overdag als 's nachts zichtbaarlichtbeelden levert. Daarnaast heeft de Suomi-NPP onder andere ook een Ozone Mapping Profiler Suite (OMPS) aan boord. De OMPS is in eerste instantie bedoeld voor het meten van ozonconcentraties in de atmosfeer, maar uit de stralingsmetingen in verschillende golflengtegebieden kan ook een aerosolindex bepaald worden. Deze index is een maat voor de hoeveelheid saharastof, zand, rook of ander aerosol in de atmosfeer. In figuur 5 zijn de OMPS-data van 29 mei 2013 geplot over een achtergrond met het satellietbeeld van de MODIS op de satelliet Aqua. Het saharastof is in de OMPS-data duidelijk terug te vinden. Figuur 1 blijkt slecht een klein deel te laten zien van wat er in de Sahara allemaal aan de hand is. Er waait niet alleen saharazand vanuit Libië en Egypte naar de naar de Balkan, maar ook vanuit noordwest Afrika naar het westen, de oceaan op. De Canarische Eilanden en Kaapverdië krijgen geregeld met het saharastof te maken en ook de oversteek van de oceaan blijkt voor het zand geen probleem. De voorste begrenzing van het saharastof is op 29 mei reeds gearriveerd bij de Cariben. Overigens komt het stof niet alleen terecht in het Caribisch gebied, maar kan het in andere gevallen zelfs gemakkelijk het Amazonegebied bereiken.
De OMPS-data van 29 mei tonen ook aerosol dat zich zuidelijker boven Afrika bevindt. In dit geval gaat het om rook van al dan niet aangestoken branden van de vegetatie in het desbetreffende gebied.
Het beeld op de achtergrond van figuur 5 is opgebouwd uit brede stroken, gescand tijdens opeenvolgende banen van de satelliet. Vooral op de banden links is weer zonneglinstering te zien.

Bloedregen
Het Saharazand dat grote afstanden aflegt naar Europa (zie kader) of naar Amerika, bevindt zich doorgaans op een hoogte van ongeveer 3 kilometer. De grotere zandkorrels vallen het eerst naar beneden en komen dan terecht in het water, op de grond of op het dek van schepen. Grondlegger van de evolutietheorie Charles Darwin, die in de jaren dertig van de negentiende eeuw zijn reizen naar onder andere de Galapagoseilanden ondernam, meldde reeds in zijn dagboek dat er in de havens van de Canarische Eilanden geregeld rood stof op het dek van zijn schip, de HMS Beagle, te zien was. Hij wist toen overigens nog niet waar het stof vandaan kwam.
Het Saharastof kan ook worden ingevangen door regen en zo het aardoppervlak bereiken. De regendruppels nemen dan de kleur aan van het zand: geel, bruin of rood. Het verschijnsel draagt de onheilspellende naam bloedregen. Meldingen ervan gaan terug tot de klassieke oudheid en de middeleeuwen.
Om bloedregen te kunnen zien, mag het niet te hard regenen; het woestijnzand spoelt dan namelijk meteen weg. Vooral matige regen kan door zand gekleurde tinten verkrijgen.


5. Zand en stof boven de Sahara en de Arabische woestijn, met uitlopers over de Atlantische Oceaan naar het westen, richting de Cariben, en over het oostelijk Middellandse zeegebied richting Balkan op 29 mei 2013. De aerosolindex, gebaseerd op metingen van de OMPS op de Amerikaanse satelliet Suomi-NPP, is geplot op een achtergrond van zichtbaarlichtbeelden van de MODIS op de Aqua. (Bron: NASA).

Tweestromenland
Het meeste Saharazand dat in Europa terecht komt, valt naar beneden of regent uit boven de landen aan de Middellandse Zee. Af en toe reist het saharazand echter verder; dan komen er meldingen binnen uit België, Nederland, Duitsland, de Britse Eilanden, Schotland en zelfs Scandinavië.
Het satellietbeeld in natuurlijke kleuren van 8 april 2011 laat zien hoe een 'rivier van zand' door de wind in de Sahara losgewoeld stof vanuit het zuidoosten verspreidt over onder andere Bretagne, Cornwall en Ierland. Tegelijkertijd toont hetzelfde satellietbeeld in de Noordzee een tweede 'rivier', die in dit geval zand en sediment in noordoostelijke richting transporteert. Het sediment wordt deels door de golven losgewoeld langs de zuidoostkust van Engeland en deels aangevoerd door rivieren als de Thames en de Humber. Het verschijnsel staat bekend als de pluim van Oost-Anglia en is het markantst in de winter en het voorjaar. De troebele pluim valt min of meer samen met de zogeheten 'Engelse rivier', een zeestroming met water met een relatief laag zoutgehalte, afkomstig van de Humber en de Theems. Zo toont het satellietbeeld twee rivieren van sediment of zand: een in de atmosfeer, de andere in zee.

Literatuur
Floor, K., Sediment in de zuidelijke Noordzee, Zenit juli/augustus 2012.

 

Beige saharastof in de lucht boven Ierland en de blauwgroene en beige sedimentpluim van East Anglia in het water van de Noordzee, 8 april 2011. Instrument: MODIS. Satelliet: Terra. (Bron: NASA).
METEOSAT-beeld van dezelfde dag. (Bron: EUMETSAT/Dundee University)).

Reactie

Op 29 mei 2013 staken mijn vrouw en ik in een Klepper vouwkano over van Meganisi naar Kalamos, eilanden ten oosten van Lefkas. We begonnen uit een baai precies onder de zwarte gladde-zee plek in je Fig 4 waar we beschut hadden gekampeerd omdat de dag er voor een zeiler ons had gewaarschuwd voor harde oostenwind 's nachts. 's Morgens begreep ik niets van de enorme heiigheid, dacht aan bosbranden op het vasteland. We zagen onder de 10 km oversteek eerst alleen maar de toppen van Kalamos er vaag boven uitsteken. De foto (figuur 6) is van halverwege. Toen we er waren was van het lage Meganisi achter ons niets te zien.
Pas een paar dagen later hoorde ik van een winkelier op ons volgende eiland (Kastos, dun in fig 4) dat het Saharazand was. Ik had beter moeten weten want in mijn dozijn jaren met de Dutch Open Telescope op La Palma (Utrechtse zonnetelescoop) heb ik daar heel wat Calima's meegemaakt. Bijna altijd wordt La Palma dan tot de top toe snoeiheet door het wegvallen van de passaat en is de seeing door de windstilte ook bijzonder slecht, te veel grondturbulentie omhoog tot bij de spiegel.
Ik herinner me ook de windstilte van die morgen die je zo mooi in Fig 4 ziet. Bij de oversteek hadden we wat meer deinig, met lichte wind, goed te zien op mijn foto en ook kloppend met fig. 4.

Prof. dr. Robert J. Rutten

Figuur 6. Foto: Rob Rutten.

4. Saharastof in de atmosfeer en zonneglinstering op het water van de Ionische Zee. De donkere plekken tussen Korfoe en Lefkas duiden op een spiegelglad zeeoppervlak en windstil weer. Detail uit figuur 1.