Czas docenić pustynny pył. To jeden z ważniejszych czynników regulujących życie na Ziemi

Dla lasu porastającego Nizinę Amazonki wywiewany z Sahary pył jest wielkim darem. Zawiera bowiem olbrzymie ilości fosforu – ważnego składnika odżywczego, którego puszcza wcale nie ma w nadmiarze. Jej gleby są bowiem dość ubogie w ten kluczowy dla życia pierwiastek. Naukowcy szacują, że przeciętna dostawa saharyjskiego fosforu wynosi od kilkunastu do kilkudziesięciu tysięcy ton rocznie. Wahania pomiędzy poszczególnymi latami są znaczne, ale generalnie wystarczają, aby puszczańskiej roślinności zapewnić bujny wzrost.

Sahara jest okradana przez wiatr z piasku od kilku tysięcy lat, czyli od czasu, gdy północna Afryka utraciła swoją zieloną, sawannową szatę, odsłaniając nagie skalne podłoże. Stało się tak na skutek ucieczki deszczu, który wcześniej przybywał tu z monsunami od strony dwóch oceanów, Atlantyckiego i Indyjskiego, ale potem wycofał się na południe. Wraz z nim zniknął sawannowy świat roślin i zwierząt oraz krajobraz z licznymi strumieniami, rzekami i jeziorami. Największe z nich wypełniało rozległe obniżenie tektoniczne zwane Basenem Czadu, znajdujące się na terenie trzech państw: Czadu, Nigru i częściowo Nigerii. Ów akwen, choć miał powierzchnię większą od terytorium Polski i maksymalną głębokość blisko 200 m, wysechł niemal w całości przed ok. 5 tys. lat. Pozostawił po sobie współczesne jezioro Czad, a także grube warstwy osadów jeziornych wzbogaconych pancerzykami jednokomórkowych okrzemek, które niegdyś w nim żyły. Dziś te osady są masowo porywane przez wiatry i unoszone za ocean.

To właśnie okrzemki z nieistniejących już saharyjskich jezior – tego największego, ale też wielu mniejszych – użyźniają dziś tropikalne lasy Ameryki Południowej i Środkowej, w tym Puszczę Amazońską. Niezwykłe, jak silna więź łączy w tym przypadku oba kontynenty. Badania na nizinach Amazonki i Orinoko wskazują, że mniej więcej wtedy, gdy północna Afryka zaczęła się wysuszać, po drugiej stronie Atlantyku nastąpiła ekspansja wiecznie zielonych lasów deszczowych, które zajęły nowe tereny, wypierając z nich sawannę lub też lasy zrzucające liście w porze suchej. Główną przyczyną była zmiana amazońskiego klimatu na bardziej wilgotny, ale traf chce, że mniej więcej w tym samym czasie po raz pierwszy za oceanem pojawiły się w większych ilościach pyły z Sahary, wzbogacone często charakterystyczną okrzemkową frakcją.

Ocean piasku

Tę ostatnią korelację odkryto dopiero niedawno, gdy świat nauki zaakceptował i przetrawił fakt, że w ziemskiej atmosferze może w ogóle dochodzić do takich międzykontynentalnych transferów pyłów na masową skalę. Jeszcze kilka dekad temu prawie nikogo nie obchodziły miliony ton mikroskopijnych cząstek naturalnego pochodzenia przemieszczających się na dużej wysokości. Owszem, Charles Darwin już w 1833 r. podczas rejsu na „Beagle” zdziwił się mocno, gdy w okolicach Wysp Zielonego Przylądka statek wpadł w pustynną burzę. Po powrocie do Anglii zebrał kilkanaście innych relacji na ten temat i wraz z własną opublikował w artykule „Doniesienie o drobnym pyle często opadającym na statki na Oceanie Atlantyckim”, który opublikował w kwartalniku Londyńskiego Towarzystwa Geologicznego.

Jednakże na prawdziwe odkrycie saharyjskiego pyłu szybującego wysoko w przestworzach trzeba było czekać do drugiej połowy lat 60. XX w., kiedy czworo badaczy wylądowało na wyspie Barbados z zamiarem przeprowadzenia łowów na unoszące się w atmosferze drobiny, co do których byli przekonani, że mają one pochodzenie kosmiczne. Sądzili, że wyspa – wysunięta najdalej na wschód ze wszystkich karaibskich skrawków lądu – najlepiej nadaje się do chwytania pozaziemskich cząstek przynoszonych przez wiatry znad Atlantyku.

Mieli rację pod jednym względem. Barbados okazał się idealnym miejscem na takie łowy – rolę wędki odegrały kwadratowe panele o boku jednego metra z rozpiętą siatką o drobnych oczkach. Jednak to, co wpadało do siatek, nie wyglądało na produkt pozaziemskiego pochodzenia. Drobiny miały zwykle czerwonobeżową barwę i wyglądały jak typowe mineralne okruchy, tyle że bardzo małe – średnica nie przekraczała 20 mikrometrów. Musiały przyfrunąć nie z kosmosu, lecz z jakiegoś odległego lądu. Ponieważ podobny osad znajdowano wcześniej w rdzeniach nawiercanych na dnie Atlantyku, naukowcy zwrócili wzrok ku Afryce. Potrzebny był jednak bezpośredni dowód.

Dostarczył go amerykański satelita ESSA-5, fotografując 7 lipca 1967 r. wielką chmurę pyłów opuszczających Afrykę na wysokości Mauretanii i Senegalu. Pięć dni później zawisła nad Barbadosem, zmieniając kolor nieba z błękitnego na szarobrązowy, a po kolejnej dobie dotarła do Florydy. Drugiego dowodu dostarczyli jesienią 1968 r. uczestnicy transatlantyckiego lotu badawczego. Dzięki obserwacjom i pomiarom Joseph Prospero, obecnie emerytowany profesor University of Miami, oraz drugi badacz ustalili, w jaki sposób pyły docierają do Ameryki. Wędrowały z masą suchego i gorącego powietrza nazwaną SAL (ang. Saharan air layer), która uformowała się we wnętrzu północnej Afryki, a po dotarciu do Atlantyku unosiła się na wysokość ok. 1 km i zmierzała dalej na zachód powyżej chłodniejszych od niej pasatów dmących bezpośrednio nad oceanem.

Prospero ze współpracownikami, korzystając z obrazów satelitarnych, pomiarów wykonywanych podczas kolejnych lotów badawczych oraz danych naziemnych, stopniowo dowiadywał się, jak działa ten mechanizm transportu pyłów pustynnych, a także – jak pokazały późniejsze obserwacje – innych cząstek, np. sadzy z pożarów sawann, a nawet najmniejszych mikroorganizmów. Odkryto, że obładowany tą drobną materią SAL wykazuje wyraźną sezonową zmienność – zimą pojawia się rzadko, nasila wiosną, maksimum osiąga na przełomie wiosny i lata, aby jesienią znów osłabnąć. Letni szczyt wiąże się z silnym nagrzewaniem saharyjskiego gruntu – zapylone powietrze unosi się wysoko, a następnie zostaje porwane przez wiatry, zazwyczaj zmierzające na zachód. Rdzenie z dna Atlantyku wskazywały, że ten rytm pojawił się 5–6 tys. lat temu i trwa do dziś. W tym roku już dał znać o sobie.

Pod koniec lutego i na początku marca afrykańskie pyły zjawiły się na krótko nad zachodnimi wybrzeżami północnej Afryki, dotarły do Wysp Kanaryjskich i Półwyspu Iberyjskiego, skąd część z nich powędrowała na północ w stronę Francji i Wielkiej Brytanii. O ile pierwsze w sezonie adwekcje pyłów są zwykle łagodne i mało dotkliwe, o tyle te późniejsze – z maja, czerwca i lipca – bywają potężne, a czasami wręcz groźne. Gorące powietrze może wzniecać pożary, a pyły ograniczają widzialność, utrudniając życie kierowcom i pilotom. Poza tym tak drobne cząstki znacznie pogarszają jakość powietrza, zaostrzając – jak pokazało wiele badań z ostatnich dekad – dolegliwości układu krążenia i oddechowego. Z niektórych opracowań wynika wręcz, że intensywna calima, jak zjawisko nazywają Hiszpanie, zwiększa śmiertelność wśród osób cierpiących na ciężkie astmy.

Wiatr od Czadu

Coraz liczniejsi badacze, którzy szli w ślady Prospero, chcieli oszacować, ile tego pyłu może umykać z Sahary i skąd dokładnie on pochodzi. I tak po nitce do kłębka dotarli do kotliny Bodélé – rozległego obniżenia wielkości Szwecji znajdującego się w południowej części Sahary, na pograniczu Czadu i Nigru. To zapomniany i niegościnny zakątek świata. Wiatry z niedalekich gór Tibesti oraz z wyżynnego płaskowyżu Ennedi po dotarciu do tej płaskiej niecki nabierają prędkości i z łatwością unoszą tumany pyłu. Kotlina jest jednym z kilku obniżeń pozostałych po wyschnięciu wielkiego jeziora kilka tysięcy lat temu. To jego dawne dno. Dziś w niecce pozostała tylko niewielka ilość wody. Resztę pokrywa piasek z wkładkami okrzemkowego drobiazgu. Poza tym nie ma tu nic.

Bodélé uchodzi za najbardziej zapylone miejsce na Ziemi. Według szacunków badaczy silne wiatry wywiewają stąd co roku od 100 do 300 mln ton pustynnych cząstek. Cięższe okruchy szybko wracają na ziemię, lżejsze ruszają w świat, choć po drodze opadną jeszcze wiele razy, aby po przerwie poszybować dalej. Naukowcy oceniają, że ta jedna afrykańska kotlina dostarcza od 8 do 15 proc. całego pustynnego pyłu roznoszonego przez wiatry po globie. Łączną masę tej rokrocznie porywanej materii oceniono na 1–3 mld ton. Mniej więcej połowę dostarcza Sahara wraz z sąsiednim Sahelem – pyły pochodzą także z regionu Taudeni na pograniczu północnego Mali, wschodniej Mauretanii i południowej Algierii. Sporo materiału przybywa z południowego Maroka, zachodniej Algierii oraz pustyń Libii i Egiptu.

Jednak najważniejsza jest Bodélé. Zanim pył opuści kotlinę, przebywa przez dłuższy czas w geologicznej przechowalni. Gdy jedna warstwa skał zostanie zdarta przez wiatr, ukazuje się kolejna. Graniczna prędkość wiatru niezbędna do oderwania i uniesienia cząstek pustynnej gleby zależy od typu klimatu oraz właściwości gruntu. Można przyjąć, że próg to 4–12 m/s. W powietrzu losy drobin, które jeszcze przed chwilą tworzyły jeden kawałek skały, stopniowo się rozchodzą. W górze spotyka się pył z całej kotliny, który potem łączy się z pyłem z innych rejonów Sahary, aż w końcu wszystkie razem formują SAL – olbrzymi front, który zaczyna sunąć ponad

Wróci zieleń na Saharę?

Nie wszystkie pyły przemierzają cały liczący ponad 6 tys. km dystans dzielący Afrykę i obie Ameryki. Mniej więcej jedna trzecia opada do oceanu, użyźniając go. Tym, co ocaleje, dzielą się Amazonia i regiony leżące na północ i zachód od niej, Karaiby oraz południowa i wschodnia część USA. Latem na Florydzie afrykańskie pyły stanowią większość maleńkich cząstek materii unoszących się w powietrzu. Mieszkańcy Miami po deszczu zmiatają z samochodów czerwonawą warstwę drobin mineralnych przybyłych z Sahary. Spacerując po Bahamach albo archipelagu Florida Keys, stąpa się głównie po glebach powstałych z afrykańskiego surowca.

Zdarzało się, że z pyłami przylatywało coś jeszcze – w październiku 1988 r. na wyspach wschodniej części Karaibów wylądowała chmara afrykańskich szarańczy pustynnych, a jesienią 2013 r. do Gujany Francuskiej dotarły z Afryki Zachodniej rusałki osetniki – kosmopolityczne motyle występujące także w Polsce.

Sama Puszcza Amazońska otrzymuje co roku 30–50 mln ton saharyjskich pyłów. Ocenia się, że połowa z nich wystartowała z kotliny Bodélé. To, czy drobin będzie więcej czy mniej, zależy przede wszystkim od opadów deszczu w północnej Afryce, a także od układu wyżów i niżów w konkretnym sezonie. Czasami wiatry zanoszą więcej pyłów na południe – wówczas lądują one na dnie Zatoki Gwinejskiej.

Czy w przyszłości największy na Ziemi las deszczowy mógłby zostać odcięty od dostaw fosforu – jeśli nie w całości, to przynajmniej częściowo – co groziłoby wyjałowieniem jego gleb? To możliwe. Niektóre modele klimatyczne pokazują, że jeśli klimat ziemski się ociepli, to południowa część Sahary może znaleźć się w zasięgu letnich deszczy i zazielenić, jak przed tysiącami lat. Dla Puszczy Amazońskiej byłaby to zła wieść, jednakże sprawa nie jest jeszcze rozstrzygnięta. Są i takie scenariusze dla Afryki Północnej, według których pustynia będzie się powiększała w najbliższych stuleciach.

I dziś nie wszystkie afrykańskie pyły trafiają na transatlantyckie trasy. Część zmierza na wschód, w stronę Półwyspu Arabskiego, a część zjawia się w Europie, przynoszona przez silne południowe wiatry scirocco. Może się wtedy zdarzyć, że trochę saharyjskich drobin pojawi się również w Polsce. Zwykle dzieje się tak latem, ale bywają wyjątki. Pod koniec stycznia 2013 r. wielka chmura miliardów drobnych cząstek uniosła się znad Pustyni Libijskiej na wysokość kilku kilometrów, a następnie została porwana przez południowe wiatry. Kilkanaście godzin później pustynna drobnica była już na Bałkanach, gdzie zmieszała się z masami powietrza znad Atlantyku i wraz z nimi powędrowała dalej na północ – ku Austrii, Czechom i Polsce.

Pyły pustynne krążą po niemal całym świecie. Te z bliskowschodnich pustyń zasypują Zatokę Perską, lądują w Morzu Arabskim, a te porywane z wnętrza Chin, Mongolii i Azji Środkowej (łącznie 600–800 mln ton rocznie) docierają do Oceanu Spokojnego i suną wielkimi falami wysoko ponad nim. I tak jak SAL dokarmia saharyjskim fosforem Puszczę Amazońską, tak wiatry pacyficzne świadczą tę samą usługę Hawajom – wraz z pyłem „dowożą pod dom” fosfor, którego potrzebują lasy tropikalne archipelagu. Te zaś cząstki, które nie wylądują w Pacyfiku czy na Hawajach, lecą jeszcze dalej – rekordzistki odnaleziono na Grenlandii. Z kolei Patagonia jest źródłem pyłu regularnie spadającego na lądolód Antarktydy.

Dzięki wielu badaniom z ostatniego ćwierćwiecza okazało się, że ten bezrobotny przez tysiąclecia pył, kiedy już znajdzie się w atmosferze, zaczyna również wpływać na pogodę i klimat. Na przykład SAL przeszkadza atlantyckim cyklonom tropikalnym w przeobrażaniu się w huragany. Wielka masa suchego i gorącego powietrza hamuje bowiem rozwój chmur, które mogłyby utworzyć huraganowy wir: pozbawia je wilgoci, zdmuchuje ich górne partie, a nawet anihiluje je całe, gdy jest dostatecznie mocno rozgrzana. Najwięcej takich pyłowych iniekcji przypada na początek sezonu huraganowego na Atlantyku startującego w czerwcu. Nic dziwnego, że od pewnego czasu meteorolodzy zza oceanu pilnie śledzą zjawiska atmosferyczne rozgrywające się późną wiosną i latem nad północną Afryką.

Jeszcze szerszą, bo globalną perspektywę przyjmują ci badacze, którzy próbują rozłożyć na czynniki pierwsze skomplikowane zależności między pyłami, chmurami i klimatem. Wiadomo, że rozmaite chmury w różny sposób wpływają na klimat, a pyły mogą im w tym pomagać lub przeszkadzać. Pod jednym względem rola pustynnych cząstek jako regulatorów ziemskiego klimatu jest nieoceniona. Dostarczają substancji pokarmowych nie tylko Puszczy Amazońskiej i innym lasom strefy tropikalnej, ale także fitoplanktonowi oceanicznemu, który zostaje przez nie obdarowany żelazem, dzięki czemu może bujnie zakwitnąć i pobrać z atmosfery mnóstwo dwutlenku węgla.