Afgelopen zondag arriveerde een reusachtige stofwolk uit de Sahara bij het eiland Puerto Rico, waar de avondlucht een melkwitte tint aannam. Op maandag en dinsdag werd de lucht boven het eiland steeds stoffiger en laat op de dinsdag checkte Olga Mayol-Bracero, atmosfeerdeskundige en chemica aan de University of Puerto Rico in Rio Piedras, de metingen van het weerstation op de uiterste noordoostpunt van het eiland waarover zij de leiding heeft. De waarden waren hoger dan wat ze ooit had gezien in de zestien jaar dat ze metingen op het station verrichtte.
“Ik kon de lucht en de wolken niet eens zien, alleen maar een grijsachtige laag,” zegt zij. “Dit is zeker iets wat we nooit eerder hebben gezien.”
Het stof boven Puerto Rico vormde het front van een reusachtige wolk die vanuit de Saharawoestijn ruim achtduizend kilometer aan Atlantische Oceaan was overgestoken en zich vervolgens over heel Noord-Amerika en daarbuiten verspreidde.
Deze specifieke stofwolk is tegelijkertijd zeer opmerkelijk en volstrekt normaal. Elk jaar transporteren dit soort wolken vanuit uitgedroogde valleien en vlakten in de Sahara zo’n 180 miljoen ton stof en mineralen over de oceaan. Duizenden kilometers verderop beïnvloedt dit superfijne stof de ecologie op de plekken waar het neerdwarrelt, en ook het klimaat als geheel.
Maar de wolk van dit jaar is opmerkelijk omdat hij de grootste en dichtste lijkt te zijn die sinds het begin van de satellietwaarnemingen is gemeten. De reuzenwolk transporteert enorme hoeveelheden fijnstof naar Noord-Amerika, waar het de longen belast van diegenen die lijden aan chronische luchtwegaandoeningen, een ziektebeeld dat verantwoordelijk is voor de invaliditeit en dood van talloze mensen.
Wat maakt deze wolk anders?
De uitgestrekte woestijngebieden van Noord-Afrika vormen de grootste en meest consistente bronnen voor stofwolken op aarde. Het stof is doorgaans niet afkomstig van de bekende zandduinen in dit gebied, want alleen de hardste wind kan zulke zware korreltjes de lucht in tillen. Maar in valleien en op vlakten die op enig moment in het verleden onder water hebben gestaan, verzamelt zich vaak het zeer fijne stof. Over een jaar gemeten kan de stevige wind die over het oppervlak van deze plekken waait, tonnen aan stof de lucht in blazen.
Onder de juiste omstandigheden, doorgaans tussen het late voorjaar en de vroege herfst, worden grote hoeveelheden stof door winden opgetild tot in de ‘Saharaanse luchtlaag’, een pannenkoek van droge en warme lucht die gewoonlijk op anderhalve kilometer hoogte boven de aarde hangt en ruim drie kilometer dik kan worden.
Gedurende de zomer waait er om de paar dagen een wolk van stof vanaf het continent de zee op. Wanneer het stof eenmaal door koelere luchtmassa’s boven zee hoger de atmosfeer in is gestuwd, kan het dagen- of zelfs wekenlang in de lucht blijven zweven, afhankelijk van de hoogte en droogte van de luchtlaag. Deze stofwolken worden door de heersende noordoostpassaat binnen enkele dagen van oost naar west over de Atlantische Oceaan geblazen, richting het Caribisch gebied en de VS. Terwijl de wolken boven de oceaan worden voortgedreven, dwarrelen er voortdurend stofdeeltjes uit neer.
Normaliter blijven dit soort stofwolken vele honderden meters tot een kilometer boven de aarde zweven, maar de stofwolk van het afgelopen weekend was veel groter en hing ook veel lager dan normaal. Tegen de tijd dat de wolk vorige week in het Caribisch gebied en het zuiden van de VS boven land verscheen, bevond de ‘stofregen’ zich veel dichter boven plekken waar mensen wonen en ademen.
“De waarden die we maten, bereikten hoogten die we nooit eerder hadden gezien, wat betreft de dichtheid aan stofdeeltjes,” zegt Mayol-Bracero. Terwijl de wolk boven Puerto Rico bleef hangen, daalde de luchtkwaliteit op het hele eiland naar een ‘schadelijk’ niveau. Zelfs met gesloten ramen drong het stof de huizen van de Puertoricanen binnen, bedekte oppervlakten met een fijne laag en werd door mensen ingeademd.
Ongezond stof
Het stof in deze Saharaanse wolken bestaat grotendeels uit minuscule stukjes mineralen die ooit deel uitmaakten van gesteenten. Als een stofwolk enkele honderden kilometer voor de Afrikaanse westkust over de Canarische Eilanden trekt, is het meeste stof dat uit de wolk neerdwarrelt, kleiner dan twintig microns in doorsnede, ongeveer half zo groot als een stofdeeltje dat nog met het blote oog is te zien. Tegen de tijd dat het de oceaan is overgestoken en het Caribisch gebied bereikt, is het neerdalende stof nóg fijner – minder dan tien microns in doorsnede – en zijn veel van de resterende deeltjes nog kleiner.
Wetenschappers weten al geruime tijd dat het inademen van fijnstof niet goed is voor de longen. Er bestaan talloze bronnen van dit ongezonde fijnstof, waaronder verstookte fossiele brandstoffen en luchtverontreiniging door de landbouw. Stofwolken met veel fijnstof kunnen op de plekken waar ze neerdalen aanzienlijke schade aan de volksgezondheid aanrichten.
In een onderzoek dat deze week in het vakblad Nature Sustainability verscheen, hebben wetenschappers gekeken naar de invloed van de stofwolken die vanuit de Bodélé-depressie in Tsjaad, een van de grootste en belangrijkste stofkommen ter wereld, naar het westen worden geblazen. Stofdeeltjes uit deze depressie zijn tot op Groenland en in Zuid-Amerika aangetroffen, maar de dichtste en schadelijkste wolken drijven naar West-Afrika en sub-Saharaans Afrika. Daar bevat de lucht soms zó veel stofdeeltjes dat het mensen zwaar valt om te ademen.
De onderzoekers brachten vijftien jaar aan gegevens over de invloed van deze stofwolken op de luchtkwaliteit in benedenwindse gebieden op het Afrikaanse continent in kaart. Ze ontdekten dat er een direct en hartverscheurend verband bestond tussen de stofdichtheid van de lucht en de kans dat een pasgeboren baby ouder dan één jaar zou worden. Als de stofdichtheid van de lucht in West-Afrika met 25 procent toenam, wat betekent dat er tien microgram extra stof per kubieke meter lucht aanwezig was, dan daalden de overlevingskansen van deze baby met achttien procent.
“Normaliter zeg je dat het inademen van stof niet zo gezond is, maar we zagen heel duidelijk welke invloed dit extra fijnstof op heel specifieke plekken had, namelijk daar waar er zuigelingen stierven,” zegt Jen Burney, milieuwetenschapper aan de University of California in San Diego en een van de auteurs van het onderzoek.
Een stofwolk als die van afgelopen weekend is volgens Burney een verdichte transportband van fijnstof dat schade aan de volksgezondheid aanricht. Luchtwegaandoeningen behoren tot de belangrijkste oorzaken van invaliditeit en overlijden in de wereld, ook in het Westen. De gevaren van blootstelling aan lucht van slechte kwaliteit zijn algemeen bekend en wetenschappers brengen de langdurige blootstelling aan fijnstof ook in verband met een hoger overlijdensrisico door COVID-19.
Regen van kunstmest
Gewoonlijk zijn de stofwolken die vanuit Noord-Afrika de oceaan op waaien, niet zo dicht of hangen ze zo laag boven de grond als de stofwolk van afgelopen weekend. Maar elke stofwolk beïnvloedt de biologie en het klimaat van gebieden die duizenden kilometers van de bron van het stof verwijderd zijn.
“Een van de misverstanden die hierover bestaan is de gedachte dat al dat stof uit de Sahara iets apocalyptisch zou zijn!” zegt Geeta Persad, klimaatwetenschappers aan de University of Texas in Austin. “De wolk van afgelopen week was een ongebruikelijke versie omdat hij zo groot was, maar dit gebeurt elk jaar.”
De mineraaldeeltjes waaruit de Saharaanse stofwolken bestaan, zijn vaak rijk aan ijzer en fosfor, kostbare voedingsstoffen die zowel planten op land als in zee ten goede komen. Wanneer het stof vanuit de voortdrijvende wolk op het door de zon verwarmde wateroppervlak van de oceaan valt, fungeert het als kunstmest voor organismen die daar met behulp van fotosynthese leven en die vaak geen toegang hebben tot andere minerale bronnen. In 2014 bleek uit onderzoek dat ruim zeventig procent van het ijzer dat beschikbaar is voor het fytoplankton in de Atlantische Oceaan, afkomstig is uit Saharaans stof.
Het stof doet hetzelfde goede werk in het Amazonegebied. Het tropisch regenwoud is in biologische zin een van de productiefste ecosystemen op aarde, maar de bodem waarin de bomen van dit type woud zijn verankerd, is berucht om zijn gebrek een voedingsstoffen die van vitaal belang zijn voor de plantengroei, met name fosfor. Veel van de grond in het Amazonegebied bevat niet genoeg fosfor om de weelderige plantengroei erboven mogelijk te maken en een van dé kenmerken van dit ecosysteem – de overvloedige regenval – spoelt al het ongebruikte fosfor weg zodra het aanwezig is.
Hoe kan de ongelooflijke soortenrijkdom van het Amazonegebied uit zulke arme bodem zijn ontstaan? Een van de antwoorden op die vraag zou volgens sommige onderzoeksteams gevonden kunnen worden in de minuscule stofdeeltjes die al miljoenen jaren lang vanuit Afrika de Atlantische Oceaan oversteken. De onderzoekers wisten dat dit stof ook veel fosfor bevat. In 2015 berekende een team dat het fosfor in het stof genoeg is om het volledige verschil tussen de fosforbehoefte van het tropisch regenwoud en de schaarse aanwezigheid van het element in de arme bosbodem aan te vullen.
Kalmering van stormen
Stof dat hoog in de atmosfeer over de Atlantische Oceaan drijft, speelt volgens veel wetenschappers nog een andere rol: het kan de vorming en groei van tropische orkanen afzwakken.
De met stof geladen lucht, zoals de lucht waarin de stofwolk van afgelopen weekend werd meegevoerd, is vaak kurkdroog – en kurkdroge lucht is niet goed voor tropische stormen, die het juist moeten hebben van vochtige en warme lucht. Dus als de opstijgende luchtstroom van een orkaan in wording op de ‘Saharaanse luchtlaag’ stuit, draagt de droge lucht bij aan het ‘doven’ van de storm, net zoals een vuur dooft als het niet langer met zuurstof wordt gevoed.
De stofwolken worden op snel stromende winden meegevoerd, vandaar dat ze de oceaan in luttele dagen oversteken. Een storm die bezig is uit te groeien tot een torenhoge orkaan, kan door deze snelle winden worden ‘onthoofd’, waardoor hij zich niet verder kan ontwikkelen.
Dat is voorlopig goed nieuws, aangezien wordt voorspeld dat het orkaanseizoen dit jaar actiever dan gebruikelijk zal zijn. Nooddiensten maken zich grote zorgen over de gevolgen van een orkaan die in Noord-Amerika tijdens het herstel van de COVID-19-pandemie aan land komt. Helaas valt het seizoen waarin de meeste en dichtste Saharaanse stofwolken de oceaan oversteken in de maanden juni en juli, terwijl het hurricane-seizoen in augustus en september op zijn hoogtepunt is. Het kalmerende effect van de stofwolken zal volgens meteorologen dus niet samenvallen met de zwaarste stormen.
De factor klimaatverandering
Maatregelen om de klimaatverandering terug te dringen kunnen van invloed zijn op de vraag of er in de toekomst meer of minder stofwolken zullen voorkomen en of ze dichter of luchtiger zullen zijn.
“Het lijkt erop dat de stofdichtheid gedurende de vorige eeuw is toegenomen,” zegt Natalie Mahowald, klimaatwetenschapper aan de Cornell University. Ongeveer de helft van die toename is volgens haar waarschijnlijk het gevolg van de klimaatverandering, terwijl de andere helft is toe te schrijven aan veranderingen in het bodemgebruik in de Sahara als gevolg van ontwikkelingen in de landbouw en toenemende menselijke activiteiten.
Toch is het nog onduidelijk welke gevolgen een stoffiger toekomst voor het klimaat als geheel zal hebben, aangezien de planeet door het stof kan worden opgewarmd maar ook worden afgekoeld. Wanneer lichtgekleurde stofwolken de oceaan over drijven, weerkaatsen ze warme zonnestraling die anders door het donkere oppervlakte van het zeewater zou worden geabsorbeerd. Maar wanneer stof neerdwarrelt op oppervlakten als sneeuw en ijs, dan gebeurt het tegenovergestelde: het stof kleurt het sneeuwwitte landschap donkerder, waardoor het juist meer zonnestraling absorbeert en begint te smelten.
Stof beïnvloedt ook de vorming van verschillende wolkensoorten. Soms fungeren de stofdeeltjes als condensatiekernen voor reflecterende wolken die zonnewarmte terugkaatsen, maar soms ontstaan rond de stofdeeltjes wolken die de warmte boven het aardoppervlak juist vasthouden.
Er bestaan nog andere, complexere wisselwerkingen tussen stofdeeltjes in de atmosfeer en het klimaat. Het vermogen van het stof om als kunstmest te dienen voor organismen die afhankelijk zijn van fotosynthese is zó enorm dat het stof onder de juiste omstandigheden tot een explosieve algenbloei kan leiden. Daarbij worden enorme hoeveelheden kooldioxide aan de atmosfeer onttrokken. De machtige werking van dit stof als kunstmest is mogelijk verantwoordelijk geweest voor tenminste een kwart van de verandering in het kooldioxidegehalte in de atmosfeer die de aarde in de laatste IJstijd stortte.
”Dit soort verschijnselen zijn zó enorm,” zegt Mahowald. “Ik vind het echt ongelooflijk dat de atmosfeer zoveel stof – aarde eigenlijk – kan transporteren en met zoveel gevolgen op andere plekken kan deponeren.”
Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com
