En dat maakt het categoriseren van de vaak oogstrelende rimpels over uitgestrekte zandvlaktes – zowel op aarde als op Mars – een stuk eenvoudiger.

Je hebt vast weleens over het strand of in een woestijn gewandeld en je vergaapt aan de prachtige golven onder je voeten. Deze ‘zandgolven’ ontstaan doordat de wind zandkorreltjes de lucht in zwiept, die vervolgens in golvende patronen neerstrijken. Onderzoekers hebben nu echter ontdekt dat de manier waarop de korreltjes geordend zijn, een ‘wiskundige wet’ gehoorzaamt. En dat kan mogelijk ook de oorsprong van enkele recent ontdekte raadselachtige buitenaardse zandstructuren helpen verklaren.

Zandgolven
Op veel zandvlaktes kunnen zich oogstrelende rimpels vormen. Maar deze zijn niet allemaal hetzelfde. Ze komen in verschillende vormen en maten voor. “Megarimpelingen (megaripples in het Engels, red.) tref je meestal aan in zandwoestijnen, maar ook af en toe op stranden,” vertelt onderzoeker Klaus Kroy in gesprek met Scientias.nl. “Ze vallen op omdat ze relatief groot zijn (denk aan enkele decimeters) en bevinden zich ergens tussen strandrimpelingen (van slechts centimeters) en duinen (variërend van tien tot 100 meter) in. Daarnaast bestaan ze overwegend uit grove korrels, afgewisseld met enkele fijne korrels. Dit is overigens ook de reden waarom we ze niet middenin een duingebied zien, waar het zand vrij uniform is.”

Megarimpelingen in zandwoestijnen (onder). Onderzoekers bestuderen de samenstelling van grove en fijne korrels (boven). Afbeelding: Hezi Yizhaq and Klaus Kroy

In de nieuwe studie besloten onderzoekers deze megarimpelingen aan een nadere inspectie te onderwerpen, om zo meer te onthullen over hun precieze samenstelling. En dat is belangrijk. We vinden dergelijke zandrimpelingen namelijk niet alleen op aarde, ze zijn ook al op Mars gespot. En door meer te weten te komen over hoe zandgolven ontstaan en gevormd worden, hopen onderzoekers ook te kunnen achterhalen hoe deze raadselachtige buitenaardse zandstructuren tot stand zijn gekomen.

Wiskundige wet
Onderzoekers bestudeerden verschillende megarimpelingen en vergeleken de groottes van de zandkorrels met elkaar. De onderzoekers komen erachter dat de manier waarop de grofste korrels en de fijnere korrels geordend zijn, een soort wiskundige wet gehoorzaamt. Als je de diameter van de grofste korrel deelt door de diameter van de kleinste korrel, komt daar een verrassend consistent getal uit. Anders gezegd, de onderzoekers ontdekten een ‘universele, karakteristieke korrelgrootteverhouding’. Dit uniforme kenmerk was tot nu toe onopgemerkt gebleven. “Deze verborgen volgorde komt door de manier waarop de korrels rondzwieren,” legt Kroy uit. “Terwijl winden over het zand razen, schoppen de fijne korrels de grovere korrels – die te zwaar zijn om met de wind mee te gaan – in kleine stapjes vooruit. Door dit proces ontstaan de megarimpelingen, die soms wel wat weg hebben van de bulten van kamelen.”

Volgorde
Dat er dus een tot nu toe verborgen wiskundige wet achter zandgolven schuilgaat, is best verrassend. “Zeker als je je de vele verschillende megarimpelingen bedenkt die we gemeten hebben,” zegt Kroy. “Ze zien er allemaal anders uit. Zo bestaan ze uit ander soort zand, vaak uit ander materiaal en zijn door verschillende winden gevormd.” Dankzij de ontdekking kunnen onderzoekers nu beter bepalen tot welke categorie nieuw ontdekte zandgolven behoren en door welk specifiek transportproces ze precies zijn gevormd.

Mars
Bovendien kan de ontdekking ook helpen om de vorming van enkele mysterieuze zandgolven die onlangs op Mars zijn ontdekt, beter te verklaren. “Mars heeft een veel dunnere atmosfeer dan de aarde,” vertelt Kroy. “Hierdoor beweegt daar alles minder. Dus hoewel zandvlaktes op de aarde en Mars op het eerste gezicht bijna niet te onderscheiden zijn, merken deskundigen op dat Mars andere zandgolven kent. Deze zijn vergelijkbaar, maar niet helemaal identiek aan die op aarde. De vraag is dan ook hoe ze tot stand komen. Veel staat nog ter discussie. Maar met onze ‘universele karakteristieke korrelgrootteverhouding’ bij de hand, kunnen we in ieder geval met zeker vaststellen of een zandgolf ook daadwerkelijk een megarimpeling is; als je het voorspelde aantal vindt, is het een megarimpeling en anders niet. Dit kan ons vervolgens helpen de recente wind- en klimaatomstandigheden op Mars beter te doorgronden.”

Implicaties
De studie heeft volgens Kroy verschillende implicaties. “Ten eerste is dit basiswetenschap,” zegt hij. “We willen gewoon begrijpen hoe zandgolven op aarde en op andere hemellichamen ontstaan. Als we vervolgens ontdekken dat ze bepaalde, specifieke zandgolven herbergen, kunnen we mogelijk ook meer te weten komen over de heersende atmosferische omstandigheden. Hetzelfde geldt voor oude, of zelfs versteende zandafzettingen op aarde. Als we er zeker van zijn dat ze bijvoorbeeld voort zijn gekomen uit oude megarimpelingen, kunnen we ook beter begrijpen onder welke omstandigheden ze ontstaan zijn.”

Kortom, de onderzoekers hopen dankzij hun ontdekking meer over vervlogen weer- en klimaatomstandigheden op aarde te weten te komen terwijl we tegelijkertijd onze kennis over de atmosferische omstandigheden op Mars uitbreiden. “We willen zandgolven beter begrijpen en classificeren,” zegt Kroy. “En hopelijk kunnen we dan ook een aantal moeilijkere – en verwarrende – exemplaren verklaren.”