Zand in beweging – Wat doet wind met nat zand?
Aan het strand ligt heel veel zand en waait het vrijwel altijd. Toch waait al dit zand niet zomaar weg. Hoe zit dat? Een belangrijke verklaring is te vinden in de plakkracht van vocht in het strand. In deze windtunnel bootsen we strandomstandigheden na om te begrijpen hoe zandkorrels kunnen loskomen van een vochtig strand en ook hoe verdamping van het bodemvocht door wind daar invloed op heeft. Dit alledaagse natuurverschijnsel lijkt misschien simpel maar is in de details complex.
Dit experiment valt bij UT FieldLab onder thema Watercyclus en klimaat. Bekijk hier alle experimenten die horen bij dit thema.
Behalve onderzoek naar het gedrag van zandkorrels op stranden, wordt in deze windtunnel ook onderzoek gedaan naar verdamping van andere oppervlakten dan zand. Voorbeelden hiervan zijn niet-natuurlijke oppervlakten zoals je die vindt in een stedelijke omgeving, maar ook korte vegetatie zoals gras. We gaan hierbij vooral kijken naar de invloed van de wind op de snelle verandering van de oppervlaktetemperatuur van deze oppervlakten. Daarnaast is dit niet alleen een onderzoeksfaciliteit, maar ook een plek voor onderwijs.
Op dit moment is de testsectie van de windtunnel nog in verbouwing om het strandoppervlak na te bootsen en het vochtgehalte te kunnen reguleren. Daarom hieronder een aantal voorbeelden uit de natuurlijke situatie, en een computersimulatie van zandkorrels die door wind in beweging zijn gebracht.
Door wind aangedreven zandtransport over een vochtig strand. (Zie meer informatie in deze video)
Computersimulatie van door wind aangedreven beweging van zandkorrels (link naar animatie)
Gedeeltelijk nat strand (donkerder) door de dagelijkse eb- en vloed bewegingen van de zee in combinatie met de grondwaterstand.
Door een regenbui is de bovenlaag van het (doorgaans droge) hoger gelegen deel van strand nat geworden (zie donkerder vlak rechts bovenaan in foto). Omdat het niet overal even nat is geworden en niet even snel opdroogt door verdamping, wordt het zand ongelijkmatig weggeblazen en ontstaan er kunstige vormen (voorgrond, ca. 1-2cm hoog), waar de plakkracht van vocht de torentjes van zand bij elkaar weet te houden.
Wat onderzoeken we?
We willen weten hoe factoren zoals bodemvocht en windkracht het transport van zand beïnvloeden. Hoeveel vocht moet er precies verdampen van het oppervlak voordat een zandkorrel op een vochtig strand door de wind in beweging kan komen? Hoe makkelijk kan een al losgekomen zandkorrel andere korrels in beweging krijgen? Als er eenmaal een korrel los is volgen er dan snel meer? Gaat de verdamping gelijkmatig? En zo zijn er nog veel meer vragen.
Hoe werkt het?
In deze loods staat een windtunnel (zie foto hieronder) waarin we stranden nabootsen (of desgewenst andere vochtige oppervlakten). Door te variëren met windsterkte en vochtgehalte van het zand, simuleren we de uiteenlopende omstandigheden die in werkelijkheid kunnen optreden. Thermische camera’s en sensoren volgen warmte waarmee we kunnen volgen hoe bodemvochtpatronen veranderen door wind. Daarnaast meten we uiteraard de windsnelheid, maar ook de luchttemperatuur en de relatieve luchtvochtigheid. Met behulp van sterke LED-belichting en een hoge snelheid camera volgen we de beweging van zandkorrels die door de lucht springen, zodat we zandtransport tot in detail kunnen analyseren.
De windtunnel. Aan de rechterkant staat een ventilator, waarmee de lucht in beweging wordt gebracht. In het brede deel wordt de lucht beweging geconditioneerd, zodat de wervels van de ventilator niet terug worden gezien in de meetsectie. In de testsectie (in het midden met de raampjes) worden de experimenten uitgevoerd. Aan de linkerkant wordt de lucht uitgeblazen. Op dit moment wordt de testsectie aangepast waarin we natte stranden kunnen simuleren.
Waarom is dit belangrijk?
In een laaggelegen land als Nederland zijn duinen cruciaal voor bescherming tegen overstromingen vanuit zee, omdat zij langs grote delen van de kust de enige verdedigingslinie tegen de zee zijn. Duinen groeien aan en herstellen van storm afslag door strandzand dat de duinen inwaait. Door beter te begrijpen hoe zand kan worden meegenomen door wind onder verschillenden weerscondities, kunnen we beter berekenen hoeveel zand wordt weggeblazen van het strand. Door deze kennis in computermodellen op te nemen die een heel strand en de duinen kunnen simuleren, kunnen we beter voorspellen hoe snel deze beschermende duinen kunnen groeien de komende decennia, en daarin meenemen dat met klimaatverandering de toekomstige weerscondities qua wind en verdamping zullen veranderen. Ook het beheer van stranden kan worden verbeterd. Bijvoorbeeld, als er extra zand op het strand wordt aangebracht voor kustonderhoud (zandsuppleties), hoe doe je dat dan het best als je er ook de duingroei mee wilt stimuleren? Op deze manier kunnen we kustbeheer slimmer en duurzamer maken en helpt het te anticiperen op de gevolgen van klimaatverandering en draagt bij aan veilige, veerkrachtige kusten.