Bestaande modellen hebben de rol van Noord-Afrika als primaire bron van wereldwijde stofemissies bijna 30 jaar lang overschat. GizemG/Shutterstock
Je denkt misschien dat stof een ergernis is die je moet stofzuigen en weggooien, maar in werkelijkheid is het op grotere schaal veel belangrijker dan de meeste mensen beseffen. Wereldwijd speelt stof een cruciale rol in het reguleren van ons klimaat, stralingsbalans, voedingsstoffencycli, bodemvorming, luchtkwaliteit en zelfs de menselijke gezondheid.
Maar ons begrip ervan wordt gehinderd door beperkingen in de huidige wiskundige modellen. Deze modellen, die zijn gebaseerd op methoden die tientallen jaren geleden zijn ontwikkeld, hebben moeite om de eigenschappen en hoeveelheden van stof nauwkeurig te simuleren.
Het nieuwste onderzoek van mijn collega’s en mij werpt licht op deze beperkingen en suggereert een genuanceerder beeld van stof. Onze bevindingen laten zien dat stofemissies niet constant zijn, maar seizoensgebonden en tussen halfronden, door woestijnen en struikgewas heen verschuiven. Dit weerlegt de lang gehuldigde opvatting dat Noord-Afrika en het Midden-Oosten de dominante bronnen van wereldwijd stof zijn.
Met behulp van twee soorten satellietgegevens suggereert ons onderzoek dat stofemissies tijdens stofstormen zeldzaam en gelokaliseerd zijn, net als blikseminslagen, en op steeds wisselende locaties voorkomen.
De complexiteit van stof
De cyclus van stofuitstoot, -transport en -depositie heeft positieve en negatieve effecten op ons milieu. Voedingsstoffen in neergeslagen stof bemesten onze oceanen en regenwouden. Maar stof van geërodeerde sedimenten kan ook planten en bomen beschadigen en de fotosynthese verstoren, terwijl stof dat op ijs neerslaat de snelheid waarmee het smelt verhoogt.
Variaties in de samenstelling van stof, zoals minerale soorten en kleuren, creëren een complexe cocktail van deeltjes die in de atmosfeer worden geïnjecteerd. Dit heeft op zijn beurt weer een wisselwerking met wolken en beïnvloedt hoe zonlicht wordt gereflecteerd of geabsorbeerd, waardoor uiteindelijk de temperatuur van de aarde wordt geregeld.
Het is dus van vitaal belang dat we nauwkeurig begrijpen waar stofemissies vandaan komen, in welke hoeveelheden, hoe stof over de planeet wordt getransporteerd en waar het terechtkomt.
Modellen voor stofemissies werden bijna 30 jaar geleden ontwikkeld toen er veel minder gegevens beschikbaar waren. Bijgevolg maakten die nu klassieke stofcyclusmodellen enkele veronderstellingen. Een belangrijke veronderstelling was dat het landoppervlak van de aarde uniform bedekt was met eeuwig los en droog materiaal, dat altijd beschikbaar was en stofemissies veroorzaakte.
We weten nu echter uit veldmetingen dat bodems vaak korstvormig zijn of bedekt met verschillende soorten grind. Er werd ook aangenomen dat de drempel voor de wind om de grond op te tillen en in de atmosfeer te brengen vast lag en niet veranderde in de tijd.
We weten nu ook dat sediment zich door het landschap verplaatst en niet altijd beschikbaar is. Vegetatie die de bodem bedekt vermindert de windsnelheid bij het bereiken van het bodemoppervlak, wat dan weer de stofuitstoot vermindert. Stofmodellen gaan er nog steeds van uit dat “groenheid” wijst op de aanwezigheid van vegetatie. In droge gebieden, waar het meeste stof wordt uitgestoten, is de vegetatie echter vaak bruin, maar de ruwheid ervan vermindert nog steeds de windsnelheid en beschermt de bodem tegen stofuitstoot.
Bijgevolg hebben klassieke stofkringloopmodellen de hoeveelheid stofemissie overschat. Deze zwakke punten zijn blijven bestaan sinds de modellen werden ontwikkeld. Dat komt vooral omdat modelleurs ervan uitgaan dat ze door hun stofkringloopmodellen aan te passen aan de metingen van stof in de atmosfeer, alle zwakke punten in de stofemissiemodellering wegwerken.
Een nieuwe benadering
Bijna tien jaar geleden ontwikkelden we een nieuwe benadering waarbij schaduw werd gebruikt om te schatten hoeveel van de windsnelheid wordt verminderd door ruwheid, zoals vegetatie, op het aardoppervlak. Deze benadering werd nog steeds beperkt door de eerdere modelaannames die beschreven zijn.
Tijdens de pandemie werden traditionele veldstudies echter onmogelijk. Daarom kozen we voor een nieuwe aanpak. Met behulp van satellieten produceerden we een wereldwijde verzameling van stofemissiepunten. Dit leverde waardevolle gegevens op en maakte de weg vrij voor verder onderzoek.
We ontdekten dat bestaande modellen de rol van Noord-Afrika als primaire bron van wereldwijde stofemissies overschatten. Ons onderzoek toont aan dat stofemissies seizoensgebonden en tussen halfronden verschuiven, van woestijnen in Oost-Azië, het Midden-Oosten en Noord-Afrika tot struikgewassen in Australië en Noord-Amerika.
De huidige modellen geven slechts een fractie van het verhaal op basis van stof in de atmosfeer boven Noord-Afrika en het Midden-Oosten. Er werd weinig stofemissie voorspeld op het zuidelijk halfrond. Maar dit staat in contrast met veldwaarnemingen en de ervaringen van mensen in die regio’s.
Een enorme stofstorm in Australië.
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 wordt getransporteerd naar verschillende bestemmingen waar het neerstrijkt op het land, in onze oceanen en op ijskappen.
Ons nieuwe begrip van stofdistributie, hoeveelheid en seizoensgebonden verschuivingen heeft belangrijke implicaties. Het zal herzieningen vereisen van historische reconstructies die klimaatveranderingen in het verleden verklaren. Onze bevindingen zullen ook invloed hebben op toekomstige klimaatprojecties en op de manier waarop de stofcyclus interageert met de koolstof-, energie- en watercycli van de aardse systemen.
Adrian Chappell ontvangt financiering van de Britse Natural Environmental Research Council (NERC).
