Zandkorrels als windvaantjes

Van hoekig naar ronde knikkers

Zandkorrels worden fysisch veranderd door de blootstelling aan het milieu waarin ze rondwaaien. Van oorsprong hoekige vulkanisch glas kan op geologische tijdschalen langzaam verweren naar mooie afgeronde korrels dankzij de herhaaldelijke botsingen tussen zandkorrels tijdens windtransport. Met een speciale opstelling konden we dit effect nabootsen in het lab om zo te bestuderen hoe vers sediment (vulkanisch glas) mettertijd veranderd tijdens eolisch transport. Lees hier de resultaten in het vakblad Netherlands Journal of Geosciences (open access).

Gone with the wind. Experimentele opstellingen om te bestuderen hoe het sediment en de zandkorrels door langdurig eolisch transport veranderen. Figuren uit: de Vet, 2015 bekijk ook deze video van de meetopstelling.

Het versplinteren en geleidelijk afronden van zandkorrels gebeurd hier op aarde, maar óók op de planeet Mars. Veel zandkorrels die door Marsrovers zijn waargenomen in zandafzettingen hebben inderdaad afgeronde vormen. Deze gestroomlijnde vorm leidt tot een bijzonder fenomeen; korrels met de langere lengteas kunnen zich oriënteren langs de richting van de lokale windstroming. Dit zorgt ervoor dat eolisch sediment de lokale windrichting vastlegt als een meetbare eigenschap in het maaksel van het sediment, de voorkeursrichting van al die zandkorrels noemen we de ‘imbricatie’.

Oriënteren van zandkorrels tijdens eolisch transport. Figuur uit: de Vet, 2013

Met collega’s heb ik een nieuwe methode ontwikkeld waarmee het mogelijk is om deze oriëntaties te meten aan de hand van Object-Based Image Analysis (afgekort ‘OBIA’ in het Engels). In dit proces wordt een foto onderverdeeld in kleine beeldsegmenten. Deze beeldsegmenten kunnen vervolgens aan de hand van strikte regels geclassificeerd worden om de individuele zandkorrels te herkennen. Na het samenvoegen van de geclassificeerde segmenten ontstaan polygonen van de korrelomtrek waarmee de oriëntatie van de korrel kan worden berekend. Deze strategie werd eerste toegepast op slijpplaatjes (~30 µm dikke microscooppreparaten) van zandafzettingen in Duitsland waar andere studies met oudere microscooptechnieken de paleowindrichtingen al eerdere bepaald hadden. De OBIA techniek leverde vergelijkbare korreloriëntaties en windrichtingen op, waarmee de techniek breder toepasbaar wordt in andere omgevingen.

Toepassing op Mars

De methode werd vervolgens ook toegepast op beeldmateriaal van zandkorrels dat door de Mars Exploration Rover ‘Spirit’ werd gemaakt tijdens de doorkruising van de Columbia Hills. De windrichtingen in deze regio zijn erg variabel als gevolg van topografische effecten, maar de metingen met de OBIA methode geven een nieuwe kijk op de atmosferische stroming die de zandafzettingen in dit gebied gevormd heeft. De afgeleide windrichtingen met de nieuwe methode kwamen goed overeen met de richtingen die afgeleid zijn uit de grootschalige oriëntatie van eolische landschapsvormen, zoals duinen en windribbels. Doordat zandkorrels op Mars zich net als op aarde oriënteren naar de wind, is het mogelijk om met deze oriëntatie de windrichting van de meest recente stormen af te leiden. De oriëntatie van korrels maakt het daarom mogelijk om op de kleinst mogelijke schaal van het Marslandschap de windrichtingen te meten.

Zandribbels op Mars. De opname is gemaakt met de Hazard Camera van de voorkant van de marskar MER Spirit. Voor schaal: diameter van het wiel is 25 cm. Foto credit: NASA.

‘De duinen op Mars van Dr. De Vet’

De zandduinen op Mars zijn overigens fenomenaal. De patronen en vormen zijn verslavend. Met het TV-programma De Kennis van Nu maakte ik een mooi exposé: “Planetair geomorfoloog Sebastiaan de Vet wil weten hoe duinen ontstaan. Maar niet op aarde, op Mars. Op bijzondere satellietfoto’s ziet hij elke zandribbel.

Windtunnel experimenten

In 2021 start een nieuw project, gesteund vanuit Europlanet, om in de grote planetaire windtunnel van de Aarhus Universiteit in Denemarken onderzoek te doen naar de orientatie van korrels onder lagere luchtdruk. Meer over dit project lees je hier binnenkort, als het project wordt uitgevoerd.