Naburige duinen houden altijd afstand

Geofysica Naast elkaar gelegen duinen wisselen zand uit, maar stoten elkaar waarschijnlijk ook af, laat onderzoek in een waterbak zien.

Door getij en stroming zijn bijzondere patronen ontstaan in zand (en zeewier) bij de Bahama’s. De breedte van het gebied op deze satellietfoto is ruim honderd kilometer.
Door getij en stroming zijn bijzondere patronen ontstaan in zand (en zeewier) bij de Bahama’s. De breedte van het gebied op deze satellietfoto is ruim honderd kilometer. Foto NASA

Met hun zachte glooiingen en scherpe schaduwen lijken zandduinen in een woestijn wel een stilleven. Maar die heuvels staan niet stil, ze wisselen zand met elkaar uit en migreren onder invloed van de wind. Studies hiernaar zijn nodig om bijvoorbeeld te begrijpen hoe woestijngebieden zich uitbreiden. Onderzoekers van de Universiteit van Cambridge hebben nu de interactie van twee naastgelegen duinen laten zien: ze geven elkaar de ruimte. Het experiment, waarvoor zij een ronddraaiende waterbak gebruikten, stond vorige week beschreven in Physical Review Letters.

Zandduinen bestaan uit hopen zandkorrels (los sediment), die zijn gevormd door wind- of waterstromen. Ze komen zowel op het land voor als onder water – op de bodem van de zee of rivieren – en variëren in hoogte van enkele tot wel tientallen meters. Het gaat hier om duinen zonder begroeiing, waardoor de zandkorrels door de wind of de waterstroming kunnen worden opgepikt en verplaatst. Voor Nederlandse duinen aan zee is het bijvoorbeeld juist van belang dat er planten op groeien zodat het zand niet wegwaait.

Grotere exemplaren

Kleine zandduinen migreren sneller dan grote. Bij de grotere exemplaren kan het zelfs jaren duren voordat de achterkant van de duin op de plek van de voorkant is aangekomen (de allergrootste migreren bijna niet). En doordat langdurige observaties nog vaak ontbreken, is de dynamiek van zo’n migrerend duinenveld, waarbij ze botsen en zand uitwisselen, nog niet goed in kaart gebracht. Zo vragen onderzoekers zich af waarom meerdere duinen nooit samensmelten tot één megaduin. Volgens de auteurs ontbreekt het aan inzicht in de turbulente lucht- of waterstromen waarmee de duinen elkaar beïnvloeden wanneer ze aan de wandel gaan.

De onderzoekers maakten een proefopstelling om de fysische processen versneld te kunnen bestuderen. In een smal kanaal aan de buitenwand van een ronde tank (doorsnee 2 meter) met water legden zij twee hoopjes zand van elk 2,25 kilogram, een achtste van de omtrek van elkaar verwijderd. De onderkant van de bak draaide met de wijzers van de klok mee waardoor er een stroming ontstond. De bovenkant van de tank draaide de andere kant op en bevatte kleine schotjes. Deze tegenstroming minimaliseert draaikrachten op de zandkorrels naar buiten, waardoor de situatie lijkt op die van natuurlijke zandduinen op zeebodems of rivierbeddingen.

De proefopstelling van de onderzoekers.

Een onderzoeker met zijn gezicht naar de bak, ziet eerst de ‘stroomopwaartse’ duin voorbijkomen, daarna de ‘stroomafwaartse’. En wat bleek: ook al waren de duinen even groot, de stroomafwaartse verplaatste zich sneller dan de andere, waardoor de duinen zich van elkaar verwijderden.

Dat heeft alles te maken met fluctuaties in de waterstromen die zich over de zandhopen bewegen, legt Nathalie Vriend, die het onderzoek leidde, over de telefoon uit. „De stroming over de eerste duin is heel rustig en constant. De zanddeeltjes worden daardoor heel regelmatig verplaatst. Maar door die eerste duin ontstaan er wervelingen, de stroming over de tweede duin is daarom turbulenter. Op de video’s zijn hier ook meer uitspattingen te zien. Door dat extra zandtransport beweegt de tweede duin sneller.”

Elkaar afstoten

Het effect ebt langzaam weg naarmate de duinen verder van elkaar af bewegen. Na 80 minuten (en op een halve cirkel) is de snelle duin zo afgeremd dat hij dezelfde snelheid heeft als de duin stroomopwaarts. Ze beïnvloeden elkaar even sterk en de afstand blijft dan gelijk. Kleinere duinen zullen volgens dit principe al eerder een punt bereiken waarop ze elkaar niet meer beïnvloeden en even snel bewegen.

Hoe sterk die beïnvloeding van duinen op het land precies is, kunnen de auteurs met dit experiment niet zeggen. Maar dát duinen niet alleen zand uitwisselen maar elkaar ook afstoten is zeer waarschijnlijk, zo blijkt ook uit eerdere studies.

Video van de duin die stroomafwaarts is gelegen.

Begrip van deze fysische processen is voor boven én onder water van belang. Vriend: „Op de bodem van de zeestraat Golden Gate in San Francisco zie je bijvoorbeeld grote duinen. Die hebben een grote invloed op de vaargeul. „En door klimaatverandering zie je in de buurt van woestijnen de verdroging toenemen, waardoor er meer los sediment ontstaat en duinenvelden ontwikkelen. Zo ligt de hoofdstad van Mauritanië aan het einde van een duinveld. Op foto’s zie je hoe sommige wijken langzaam worden opgeslokt door het zand. Maar ook veel kleine dorpen lopen hierdoor gevaar.”