DUNE wetenschappelijk bekeken

17 januari 2022
DUNE wetenschappelijk bekeken

Dune. Het is nogal een hype momenteel, en wellicht ook gewoon terecht hoor. De film is episch, tragisch en vol actie, in een heerlijk dystopische wereld. Wetenschappers raakten gefascineerd door die dystopische wereld van gigantische zandduinen en besloten de setting te onderzoeken. Zelfs op die manier kan kunst en cultuur een beweging veroorzaken! Alex Fansworth, Michael Fansworth en Sebastian Steinig, alledrie onderzoekers aan Britse universiteiten, vroegen zich af: is het landschap realistisch? En zou het ook op aarde kunnen ontstaan? Je leest het in de gastbijdrage van deze week.


Frank Herbert publiceerde zijn sciencefiction-epos Dune voor het eerst in 1965, hoewel het zijn oorsprong vond in een toevallige ontmoeting acht jaar eerder, toen hij als journalist de taak had om verslag uit te brengen over een duinstabilisatieprogramma in de Amerikaanse staat Oregon. Uiteindelijk zette dit de wielen in beweging voor de recente verfilming.

De grote en onherbergzame zandduinen van de woestijnplaneet Arrakis zijn natuurlijk zeer prominent aanwezig in zowel de boeken als de film, niet in de laatste plaats vanwege de angstaanjagende gigantische zandwormen die op elke beweging aan het oppervlak jagen. Maar hoe hoog zouden zandduinen zijn op een realistische versie van deze wereld?

Erosie en geologie

Zandduinen zijn het product van duizenden of zelfs tienduizenden jaren van erosie van de onderliggende of omringende geologie. Op een eenvoudig niveau worden ze gevormd door zand dat langs het pad van de heersende wind wordt geblazen totdat het een obstakel tegenkomt, waarna het zand ervoor neerslaat.

Aan wind is er zeker geen gebrek op Arrakis. Onze simulatie toonde aan dat wind routinematig de minimumsnelheid zou overschrijden die nodig is om zandkorrels de lucht in te blazen, en er zijn zelfs enkele regio’s waar snelheden gedurende het jaar regelmatig 162 km/u bereiken. Dat is ruim boven de orkaankracht.

Zandduinen in het boek zouden gemiddeld zo’n 100 meter hoog zijn. Dit is echter niet gebaseerd op echte wetenschap, maar waarschijnlijker is het wat Herbert wist uit zijn tijd in Oregon en uit de wereld waarin we leven. Maar we kunnen ons klimaatmodel gebruiken om te voorspellen wat de algemene (en maximaal) bereikbare hoogte zou kunnen zijn. 

Waar de wind waait

De grootte en afstand tussen gigantische duinen worden niet alleen bepaald door het type zand of onderliggende rots, maar door de laagste 2 km van de atmosfeer die in wisselwerking staat met het landoppervlak. Dit niveau, ook bekend als de planetaire grenslaag, is waar het meeste weer dat we kunnen zien plaatsvindt. Daarboven scheidt een dunne “inversielaag” het weer eronder van het stabielere hoger gelegen deel van de atmosfeer.

De groei van zandduinen en theoretische hoogte wordt bepaald door de diepte van deze grenslaag waar de wind waait. Zandduinen stabiliseren zich boven de wind ter hoogte van de inversielaag. De hoogte van de grenslaag – meestal ergens tussen de 100 meter en 2000 meter – kan zowel ’s nachts als het jaar variëren. Als het koeler is, is het ondieper. Bij harde wind of veel opstijgende warme lucht is het dieper.

Klimaatmodelsimulatie

Arrakis zou veel heter zijn dan de aarde, wat meer opstijgende lucht betekent en een grenslaag die twee tot drie keer zo hoog boven land ligt als de onze. Onze klimaatmodelsimulatie voorspelt daarom dat de duinen op Arrakis wel 250 meter hoog zouden zijn, vooral in de tropen en op de middelste breedtegraden. Dat is ongeveer drie keer de hoogte van de Big Ben-klokkentoren in Londen. De meeste regio’s zouden een meer bescheiden gemiddelde hoogte hebben van 25 tot 75 meter. Omdat de grenslaag over het algemeen overal op Arrakis hoger is, is de gemiddelde duinhoogte over het algemeen twee keer zo hoog als die van de aarde.

Ook konden we de ruimte tussen duinen simuleren, die ook bepaald kan worden door de hoogte van de grenslaag. De afstand is het grootst in de tropen, iets meer dan 2 km tussen de top van de ene gigantische zandduin naar de andere. Over het algemeen hebben zandduinen echter een afstand van ongeveer 0,5 tot 1 km van top tot top. Nog genoeg ruimte voor een zandworm om doorheen te kruipen. Wetenschappers die naar Saturnusmaan Titan kijken, hebben hetzelfde proces in omgekeerde volgorde uitgevoerd, waarbij ze de ruimte tussen de duinen gebruikten – gemakkelijk te meten met satellietbeelden – om een ​​grenslaag van maximaal 3 km te schatten.

Duinen op ‘e struin

Aangezien er op Arrakis niets kan groeien om deze zandduinen te stabiliseren, zullen ze altijd in een staat van constante drift over de planeet verkeren. Sommige grote duinen op aarde kunnen ongeveer 5 meter per jaar bewegen. Kleinere duinen kunnen zelfs nog sneller bewegen – ongeveer 20 meter per jaar.

Onze simulatie kan alleen de algemene hoogte geven die de meeste zandduinen zouden bereiken, en er zouden uitzonderingen op de regel zijn. De grootste bekende zandduin op aarde is bijvoorbeeld de Duna Federico Kirbus in Argentinië, met een hoogte van maar liefst 1.234 meter. De grootte laat zien dat lokale factoren, zoals vegetatie, omliggende heuvels of het soort lokale zand, een belangrijke rol kunnen spelen.

Aangezien Arrakis heter is dan de aarde, een hogere grenslaag heeft en meer zand en sterkere wind heeft, is het mogelijk dat zich ergens een echt mammoetduin ter grootte van een kleine berg vormt – maar het is onmogelijk voor een klimaatmodel om precies te zeggen waar.

En op aarde?

Wetenschappers hebben onlangs onthuld dat naarmate de wereld opwarmt, de planetaire grenslaag met ongeveer 53 meter per decennium toeneemt. Het is dus goed mogelijk dat we nog grotere, recordbrekende zandduinen zullen zien naarmate de lagere atmosfeer verder opwarmt – zelfs als de aarde niet zal eindigen zoals Arrakis.

Andere berichten deze week

Hoofdpartners: