Het verwoestende effect van saharazand op een gletsjer

Spread the love

De afgelopen dagen is er veel in het nieuws geweest over saharazand: een enorme hoeveelheid zand is in Afrika de atmosfeer in geslingerd en met een diepe zuidelijke stroming over Europa uitgestort: van Spanje tot Oostenrijk.

Op Twitter kwam ik het onderstaande bericht tegen, waar een vergelijking gemaakt wordt tussen de sneeuw die er lag, en de huidige bruine smurrie. Met de suggestie dat dit een enorme impact zal hebben op de aankomende sneeuwsmelt.

Als sneeuwliefhebber en rekenaar probeer ik hier uiteen te zetten hoe veel dit saharazand zal bijdragen aan het afsmelten van de sneeuw.

De aannames: albedo en de verandering daarvan

Albedo is de term die gebruikt wordt om de mate van reflectie aan te geven van licht. De witheid, in letterlijke zin. Verse sneeuw is één van de substanties met het hoogste albedo wat er bestaat: tot wel 95%.

Oudere sneeuw heeft een lager albedo, van ongeveer 70%. Saharazand heeft een albedo van ongeveer 40%. Concreet betekent dit dat 70% van het zonlicht gereflecteerd wordt door oude sneeuw, en slechts 40% bij het saharazand. Een significant verschil. De rest wordt namelijk geabsorbeerd. Door de absorptie van het zonlicht wordt het zand warmer, warmer dan de sneeuw uit zichzelf zou worden. Hierdoor smelt de sneeuw sneller.

Zoals te zien op de foto, is er sprake van oude sneeuw. Er zijn voetstappen te zien, een sneeuwspoor en geen duinvorming. Deze factoren vormen dus de aanname: het albedo verandert negatief van 70% naar 40%.

Concreet: hoe groot is de impact van het saharazand op de sneeuwbedekking?

Een aantal beperkingen moet ik ook aangeven. De eerste beperking zijn de aannames rondom albedo. De tweede beperking is een aanname met betrekking tot zonlicht intensiteit. En de derde beperking is het feit dat ik geen glacioloog of wiskundige ben. Het is dus op zijn best een aardige schatting, maar geen wetenschappelijke publicatie.

Op een zonnige dag op deze breedtegraad heeft de zon een kracht van ongeveer 500 watt per vierkante meter (horizontaal). Ik ga dan ook uit van een horizontaal oppervlakte. Onder een andere hoek (rechter of juist minder recht op de zon) is de instaling anders.

Met 500 watt per vierkante meter zou op verse sneeuw 70% gereflecteerd worden: 350W wordt weerkaatst, en 150W geabsorbeerd door de sneeuw. Dit is equivalent aan 540 kilojoule (kJ) per uur. Water heeft een warmtecapaciteit van 4,2kJ per kilogram. Dit betekent dat je 4,2 kilojoule energie moet toevoegen om 1 kilogram water met 1 graad op te warmen. Met 540kJ/hr kun je derhalve 128,5kg water opwarmen met één graad.

Nu heeft ijs een andere warmtecapaciteit: geen 4,2 maar slechts 2,2. Om ijs te laten opwarmen heb je minder energie nodig dan om water op te warmen. Met een effectieve absorptie van 150W is er voldoende warmte beschikbaar om de temperatuur van 245 kilogram ijs met 1 graad te doen opwarmen in dat uur. Dit geldt overigens slechts tot aan het vriespunt: de overgang van ijs naar water kost ontzettend veel energie: 334kj/kg. Pas na het toevoegen van deze energie is er werkelijk sprake van afsmelten.

Een kuub oude sneeuw weegt ongeveer 500kg per kubieke meter.

Nu neemt het albedo af: het materiaal neemt meer warmte op. Geen 150W meer, maar 300W. Immers, 60% wordt geabsorbeerd en komt ten goede aan de temperatuurstijging van “het medium”. In dit geval de sneeuw. Effectief smelt de sneeuw nu dubbel zo snel.

Er is dus 540kJ/hr méér energie beschikbaar. Per uur komt er 245 gram ijs bij het smeltpunt. Aangenomen dat de sneeuw reeds rond het vriespunt is (immers, anders zou er van smelt uberhaupt geen sprake zijn) smelt er 540/334 = 1,61kg sneeuw per vierkante meter méér dan zonder het saharazand. Nu moeten we nog één rekensommetje maken. Als 500kg het gewicht voor een kubieke meter was, dan staat 5kg gelijk aan 1 centimeter.

Het afsmelten van 1,61kg per vierkante meter is daarmee 0,32 centimeter. Per uur. Op een daglengte van 12 uur, waarvan er ongeveer 5 uur sprake is van vrijwel maximale instraling, hebben we het al snel over 2-3cm per dag. Tussen de 60-90cm per maand!

(uitgaande van verder gelijkblijvende omstandigheden)

Laat een reactie achter