Jednostavno rečeno
Vjetrovi svake godine nose prašinu iz sjeverne Afrike preko Atlantskog okeana do Južne Amerike. S njom stiže i fosfor, važan za biljke, ali nije sasvim jasno koliko prašine dospijeva do različitih dijelova Amazonije. Neka istraživanja procjenjuju da je riječ o 8–10 miliona tona godišnje, dok su ranije procjene bile znatno veće.
Svake godine vjetrovi iz sjeverne Afrike podižu mineralne čestice i nose ih na dug put preko Atlantskog okeana. Dio te prašine stiže do Južne Amerike i taloži se u području Amazonskog bazena, donoseći sa sobom fosfor. Količina koja pristiže može djelovati mala u odnosu na ogromnu površinu prašume, ali fosfor je važan u tlu kojem nedostaju mnoge hranjive materije. Tako se pustinja i tropska šuma povezuju zračnim putem.
Kako izmjeriti prašinu koju nije moguće svu prikupiti?
Nije praktično prikupiti svako zrnce prašine koje padne na Amazonski bazen. Zato istraživači kombinuju satelitska posmatranja, stanice za mjerenje zraka i računarske modele. Svaki od tih pristupa otkriva drugi dio priče: sateliti prate slojeve prašine dok prelaze preko okeana, filteri na tlu pokazuju šta je zaista stiglo do određenih mjesta, a modeli koriste te podatke da procijene taloženje na širem području.
U istraživanju koje je vodio Hongbin Yu sa saradnicima korišteni su podaci lidarskog instrumenta na satelitu CALIPSO za period 2007–2013. Instrument šalje svjetlosne impulse prema atmosferi, a zatim analizira svjetlost koja se odbije od čestica. Tako istraživači mogu utvrditi gdje se nalaze slojevi prašine i na kojoj su visini. Tim je satelitska opažanja povezao s podacima o vjetrovima kako bi procijenio koliko je prašine ušlo u područje, a zatim tu količinu uporedio s onom koja ga je napustila. Tim je tu razliku uzeo kao procjenu količine prašine koja se istaložila.
Istraživači su procijenili da je oko 182 miliona tona prašine svake godine prelazilo zapadnu obalu Afrike, a da je prašina koja se istaložila iznad Amazonije donosila približno 22 hiljade tona fosfora. Procijenjena godišnja količina prašine koja se istaložila u bazenu iznosila je 27,7 miliona tona, ali uz širok raspon nesigurnosti od 8 do 48 miliona tona. Dakle, visoka vrijednost nije bila rezultat preciznog direktnog mjerenja, nego srednja procjena uz mogućnost da je stvarna količina bila znatno manja.
Rezultati Yua i saradnika objavljeni su 2015. u časopisu Geophysical Research Letters. Druga studija istog tima, objavljena u časopisu Remote Sensing of Environment, analizirala je kretanje prašine preko Atlantika na osnovu sedmogodišnjih podataka satelita CALIPSO. Količine prašine razlikovale su se od godine do godine, pa razdoblje posmatranja nije bilo dovoljno dugo da bi se utvrdilo postoji li dugoročan trend, odnosno da li se taloženje tokom decenija povećava ili smanjuje.
Filteri iz Cayennea mijenjaju procjenu količine
Drugačija provjera došla je iz Cayennea, glavnog grada Francuske Gvajane, na sjeveroistočnoj obali Južne Amerike. Lokalna služba za kvalitet zraka ATMO Guyane pratila je lebdeće čestice od 2002. do 2017. godine. Godine 2014. počela je koristiti filtere postavljene na uzvišenom, šumovitom mjestu kako bi prikupila sitne čestice iz zraka. Jedan filter mogao je sadržavati i morsku so iz Atlantika i mineralnu prašinu koja je iz Afrike prešla okean, pa je prije procjene saharske prašine bilo potrebno razdvojiti te sastojke.
Joseph Prospero i saradnici sa University of Miami isprali su so s iskorištenih filtera, a zatim ostatak zagrijali kako bi izdvojili mineralnu prašinu. Ti uzorci omogućili su poređenje procjena modela s onim što se zaista nalazilo u zraku. Tim je koristio NASA-in model MERRA-2 i ustanovio da su njegove procjene sezonskih promjena bile bliske obrascu zabilježenom u Cayenneu.
Istraživači su potom modelom procijenili koliko se prašine taloži na širokom području Amazonskog bazena. Kada su u obuhvaćeno područje uključili i najjužniji dio bazena, dobili su procjenu od 10,4 miliona tona godišnje. Međutim, nisu bili jednako sigurni da sve čestice u tom području potiču iz Afrike. Kada su taj dio izostavili, ukupna procjena pala je na 8 miliona tona. Zato se rezultat najčešće prikazuje kao raspon od 8 do 10 miliona tona, a ne kao jedna konačna vrijednost.
Istraživanje Prospera i njegovog tima objavljeno je 2020. u časopisu Global Biogeochemical Cycles. Njihova procjena bila je mnogo niža od srednje vrijednosti izvedene iz satelitskih podataka, ali se nalazila unutar raspona nesigurnosti navedenog u studiji iz 2015. godine. Ta je razlika važna: ne znači nužno da se količina prašine s vremenom promijenila. Studije su obuhvatile različite godine i područja, a razlikovale su se i po načinu na koji su određivale šta se ubraja u prašinu koja je stigla do bazena.
Zašto svjetlosni signal može precijeniti količinu prašine?
Jasper Kok i saradnici ponudili su 2021. još jedno moguće objašnjenje razlika između nekih procjena. Krupnije čestice uglavnom padaju na tlo dok prelaze Atlantik, dok sitnije duže ostaju u zraku i nastavljaju put. U poređenju s krupnim česticama, sitne čestice mogu zakloniti više svjetlosti po toni svoje mase. Zbog toga svjetlosni signal koji registruju satelitski instrumenti može ostavljati utisak da u zraku ima više prašine nego što je zaista ima.
Kokov tim procijenio je da se iznad prašume godišnje istaložilo oko 8,5 miliona tona prašine tokom perioda 2004–2008. godine, ali ta procjena obuhvata prašinu iz svih izvora, a ne samo onu iz Afrike. Istraživanje je objavljeno u časopisu Atmospheric Chemistry and Physics. Zato ovu vrijednost nije opravdano porediti sa svakom drugom procjenom ako se pritom ne uzmu u obzir razlike u obuhvatu, izvoru čestica i periodu koji podaci pokrivaju.
U studiji objavljenoj 2023. godine, Xirong Wang i saradnici otišli su korak dalje u unutrašnjost kontinenta. Svoj model provjerili su pomoću mjerenja zraka u Cayenneu i na visokom tornju Amazon Tall Tower Observatory, blizu Manausa u Brazilu. Za period 2013–2017. procijenili su da se godišnje taložilo oko 10 miliona tona afričke prašine, uz moguću razliku od 1,7 miliona tona u oba smjera. Prema njihovim proračunima, ta količina prašine donosila je približno 8.500 tona fosfora godišnje. Rezultati su objavljeni u časopisu Atmospheric Chemistry and Physics.
Sezona i mjesto porijekla određuju put čestica
Prašina ne stiže u Južnu Ameriku istim tempom tokom cijele godine. Prema modelu Prospera i saradnika, 89% prašine koja se nataložila blizu Cayennea stiglo je između februara i maja. U tom razdoblju kiša pomaže da se čestice uklone iz zraka i spuste na tlo. Tokom ljeta na sjevernoj hemisferi pojas tropskih kiša pomjera se prema sjeveru, pa se neke putanje oblaka prašine približavaju Karibima i jugu Sjedinjenih Američkih Država.
Model pokazuje da se najveće količine prašine talože na sjeveru i sjeveroistoku Južne Amerike, dok do pojedinih dijelova središnje Amazonije stiže mnogo manje. Ukupna procjena za cijeli bazen zato ne govori koliko je prašine dospjelo u svaku pojedinačnu šumu ili tlo. Na to gdje će se prašina istaložiti utiču područja na kojima pada kiša, visina oblaka i smjer vjetra.
Sjeverna Afrika pritom nije jedan jedinstven izvor prašine. Studija iz 2020. godine, koja je uporedila različite pustinjske oblasti, pokazala je da prašina iz regije Aouker, koja se prostire kroz Mauritaniju i Mali, lakše stiže do Amazonije nego prašina iz depresije Bodélé u Čadu. I područje iz kojeg je prašina dolazila mijenjalo se između zimskih sezona. Hemijska analiza čestica prikupljenih u Cayenneu pokazala je da je najveći udio prašine tokom zime 2014. poticao iz zapadne sjeverne Afrike, dok je analiza čestica iz zime 2016. upućivala na područja u središnjem dijelu sjeverne Afrike. Studija koja je pratila promjene između godina objavljena je 2022. u časopisu Geophysical Research Letters.
Fosfora nema mnogo, ali bi mogao biti važan
Prašina u tlo prenosi ne samo minerale nego i fosfor, koji je biljkama potreban, a kojeg u tlu često nema dovoljno. U šumi se dio fosfora iz raspadnutog lišća vraća u tlo, odakle ga korijenje može ponovo upiti. Međutim, kiše odnose i dio fosfora u potoke i rijeke, pa on napušta ekosistem. Yuov tim procijenio je da je količina fosfora koju donosi afrička prašina približno jednaka količini koju Amazonski bazen gubi na taj način.
Ipak, to poređenje ne znači da je prašina jedini izvor fosfora za šumu niti da sav fosfor koji nosi stiže do korijenja drveća. U snabdijevanju šume fosforom učestvuju i drugi izvori. Istraživanje Aarona Barclaya i saradnika, na primjer, pokazalo je da požari u južnoj Africi takođe prenose fosfor do Cayennea, a dio tog fosfora lako se rastvara u vodi. Rezultati su objavljeni 2019. u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences.
Terenski eksperiment u staroj šumi sjeverno od Manausa pruža dokaz da dodatni fosfor može uticati na rast biljaka u takvom tlu. Istraživači su dodavali fosfor na eksperimentalne parcele. Nakon dvije godine, proizvodnja sitnog korijenja na parcelama koje su dobile dodatni fosfor bila je 29% veća nego na parcelama bez njega. Eksperiment je, međutim, ispitivao učinak dodavanja fosfora: nije utvrdio koliko je pustinjske prašine stiglo do tog mjesta niti koliko su fosfora iz te prašine upila stabla.
Zbog toga su Prospero i saradnici predložili da se mjerenja prošire i na unutrašnjost same šume, tako da obuhvate čestice u zraku i kišnicu. Uzorci s obale, koliko god bili korisni, ne mogu sami razjasniti šta se dešava na udaljenim lokacijama. Direktna mjerenja u unutrašnjosti bazena pomogla bi da se afrička prašina razlikuje od drugih izvora fosfora i pokazala bi promjene u taloženju od jednog područja do drugog i od jedne sezone do druge.
Zaključak
Satelitska i zemaljska mjerenja potvrđuju da prašina iz sjeverne Afrike prelazi Atlantik i donosi fosfor u dijelove Južne Amerike. Ipak, procjena ukupne količine zavisi od načina mjerenja i granica obuhvaćenog područja. Analiza podataka satelita CALIPSO iz 2015. dala je srednju procjenu od 27,7 miliona tona godišnje, uz širok raspon od 8 do 48 miliona tona. Modeli provjereni mjerenjima u Cayenneu procijenili su afričko taloženje na 8–10 miliona tona, a studija Wanga iz 2023. ponudila je sličnu vrijednost: 10 ± 1,7 miliona tona za period 2013–2017. Kišna sezona, izvor prašine i njena putanja određuju gdje će čestice završiti. Poređenje različitih godina i studija nije dovoljno da bi se dokazao dugoročan pad količine prašine. Za pouzdaniju sliku potrebno je mjeriti čestice u zraku i kiši u unutrašnjosti Amazonije i utvrditi koliko tog prirodnog đubriva zaista stiže do udaljenih dijelova prašume.