Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
De herkenbare veelhoekpatronen in zoutvlaktes bij Death Valley en andere woestijnen zijn eindelijk verklaard.
Van boven lijkt het alsof je naar een abstract kunstwerk kijkt. In zoutvlaktes zoals Death Valley in Californië, en in woestijnen in Chili, Tunesië, Iran en China vormen vuistdikke richels van zout een netwerk van veelhoekige cellen van gemiddeld zo’n 1,3 meter doorsnee.
“Ik had ze al zo’n tien jaar geleden gezien toen ik in Namibië aan een ander project werkte”, vertelt Lucas Goehring, natuurkundige aan Nottingham Trent University (VK). “Het is echt zo’n puzzel van de natuur: er is duidelijk een goede reden waarom ze ontstaan, maar geen van de voor de hand liggende antwoorden geeft je de goede afmetingen ervan.” Toch denken Goehring en collega’s nu de oplossing gevonden te hebben, en die publiceerden ze in het tijdschrift Physical Review X.
Lees ook:
Cellen hebben altijd dezelfde afmeting
Er bestaan wel meer veelhoekpatronen in de natuur, bijvoorbeeld de barsten in opdrogende modder of stollende lava. “Daarbij is de grootte van de cellen tussen de barsten sterk afhankelijk van de dikte van de laag waarin het uitdrogen plaatsvindt”, zegt Goehring.
Dat is niet het geval bij de zoutvlaktes. Daar zijn de cellen altijd gemiddeld zo’n 1,3 meter groot, terwijl de omstandigheden flink kunnen verschillen: in sommige woestijnen is het zout vooral natriumchloride ofwel zeezout, in andere zijn het sulfaten. Goehring: “Ook zijn de zoutkorsten heel verschillend in dikte, van 2 millimeter tot wel een meter dik.”
Snelle berekeningen
Zoutvlaktes ontstaan in hete, droge plaatsen waar het grondwater zout is. Het zoute water verspreidt zich naar boven door de bodem – dat proces heet diffusie – en verdampt aan de oppervlakte door de felle zonnestraling.
In het nieuwe model van Goehring en collega’s speelt de dichtheid van het zoute water een hoofdrol. Aan het oppervlak verdampt het water, maar het zout niet, dus wordt het overgebleven water steeds zouter, en daarmee zwaarder dan de waterlaag eronder. Uiteindelijk zakt het zoute water plaatselijk naar beneden. Vanaf de zijkanten wordt de zinkende pluim aangevuld met water dat minder zout is. Zo ontstaat er een patroon van zinkende ‘gordijnen’ van extra zout water, tussen cellen van iets minder zout en omhoog bewegend water. Boven de gordijnen kristalliseert zout vervolgens uit, waardoor er richels ontstaan. (Zie ook de afbeelding hieronder)
‘Toen we dit proces doorrekenden in een soort snelle achterkant-van-een-envelop-berekening, waren we verrast dat we meteen op ongeveer de juiste afmetingen uitkwamen’, zegt Goehring.
Nieuwe schoenen nodig
Promovenda Jana Lasser maakte met die berekeningen computermodellen van het proces, die ook evolueerden naar het veelhoekpatroon. En om de proef op de som te nemen, bootsten de onderzoekers vervolgens het proces ook na in een bak met fijne glaskorrels en zout water op de bodem. Daarboven scheen een felle lamp die het water liet verdampen als de zon boven Death Valley. Opnieuw verschenen de veelhoekpatronen, in kaart gebracht door kleurstoffen toe te voegen.
Daarna reisden de onderzoekers af naar Owen’s Lake, een opgedroogd meer bij Death Valley in Californië, en groeven ze sleuven door de zoutveelhoeken, om op verschillende dieptes monsters te nemen van het zoutgehalte. “Dat was intens. Je hebt maar weinig tijd dus je werkt lange dagen”, zegt Goehring. “Het weer was niet al te heet, want we gingen in de winter, maar het kon er wel hard waaien en het zout gaat dan overal tussen zitten. Slechts een van de drie camera’s waarmee we opnamen maakten, heeft het overleefd, en ik moest na iedere trip nieuwe schoenen kopen.” Maar de resultaten klopten opnieuw met het model.
“Het begrijpen van de dynamiek van zoutvlaktes is niet alleen leuk voor natuurkundigen, maar ook belangrijk voor praktischer zaken”, zegt Goehring, “omdat het invloed heeft op het opwaaien van stof.” Bij Owen’s Lake is dat stof een gezondheidsprobleem in nabijgelegen stadjes. En stof dat naar zee wegwaait van zoutvlaktes in Namibië speelt een rol in de zee-ecologie, en daarmee in klimaatprocessen.
Tekst: Bruno van Wayenburg
Bron: Physical Review X
Beeld: whitfieldink/Pixabay