Pas in hoge wind gaat het echt stuiven

De hoogte van de luchtstroom erboven en de combinatie van heersende windrichtingen bepalen de vorm en hoogte van zandduinen.

Margriet van der Heijden

Om een Engelse uitdrukking te gebruiken: the sky is the limit. Voor duinen dan. En heel letterlijk. De dikte van de turbulente luchtlaag direct boven het aardoppervlak begrenst de afmeting van grote zandduinen in woestijnen. Dat concluderen Franse onderzoekers op grond van metingen en van een rekenmodel dat zij vandaag in het wetenschapsblad Nature beschrijven.

De Fransen, onder leiding van Philippe Claudin van het Laboratoire de Physique et Mécanique des Milieux Hétèrogènes in Parijs, illustreren hun artikel met luchtfoto’s van uiteenlopende soorten duinen – vaak honderden meters hoog en breed. De bekendste hebben de vorm van een maansikkel en komen bijvoorbeeld in de Sahara voor.

Zulke maansikkels ontstaan loodrecht op de heersende wind - als er tenminste een geschikt plateau met het juiste zand aanwezig is. Én als de wind de goede sterkte heeft. Een briesje laat alleen de fijnste zandkorrels opdwarrelen. Een storm blaast duinen kapot. Maar wind met sterktes daartussenin laat middelgrote korrels – de overgrote meerderheid – telkens een eindje opspringen, zodat ze zich sprongsgewijs steeds verder verplaatsen.

Als dan een kuil, een steen, een zandricheltje of een ander klein obstakel die korrels vaker dan gemiddeld tot stilstand brengt, ontstaat het begin van een duin. Maar die allereerste berg zand mag pas een echt duin genoemd worden als de aanvankelijk onstabiele hoop aan de leizijde instort. Dat geeft een klif waar nieuwe zandkorrels meteen vanaf rollen. Langzamerhand ontstaat dan ook de maansikkelvorm, doordat aan de loefzijde wél een steeds langere en hogere lichtglooiende helling groeit.

Als de heersende wind tussen twee richtingen kunnen maansikkels aan elkaar vast groeien en zo richels vormen van soms tientallen kilometers lengte.

Bij winden die nog vaker van richting wisselen, ontstaan sterduinen, de hoogste van alle soorten. Maar ook de grootte van deze tot wel 500 meter hoge duinen hangt uiteindelijk gewoon af van de kilometers dikke turbulente luchtlaag direct boven de woestijn, denken de Fransen.

Zij gebruikten temperatuurmetingen uit uiteenlopende woestijnen op aarde om telkens te berekenen hoe dik die zogeheten turbulente grenslaag was. Zo zagen zij dat de grootte van het duin (uitgedrukt in de breedte) voor elke duinsoort recht evenredig is met de dikte van die grenslaag.

In hun artikel werken ze die vondst verder uit in een rekenmodel. In grote lijnen beschrijft dat de vorming van zandduinen in een turbulente luchtlaag net zoals de vorming van rivierduinen in een stromende rivier. In een rivier beïnvloedt het wateroppervlak welke patronen op de bedding ontstaan. In de atmosfeer heeft de toplaag van de turbulente lucht – daar waar stabielere en hogere luchtlagen beginnen – een vergelijkbaar effect op de duinen op de bodem. Bijvoorbeeld doordat voort geblazen lucht samengeperst wordt tussen de duintoppen en die toplaag. Dat leidt tot stromingen die de duinen aftoppen.

Het is een interessante, maar ook een boude veronderstelling, zeggen andere natuurkundigen. Een kanttekening is bijvoorbeeld dat de formatie van grote zandduinen tienduizenden jaren kost. En of de turbulente luchtlaag en de bijbehorende heersende wind zelfs in stabiele woestijnklimaten al die tijd hetzelfde was?

Er is nog wel wat meer empirisch bewijs nodig, zegt op de website van Nature de bekende geomorfoloog Nick Lancaster van het Desert Research Institute in Reno bij de Amerikaanse Nevadawoestijn. Claudin en zijn collega’s zelf zullen daarvoor binnenkort in Algerije en Marokko de woestijn intrekken.