Een raadselachtig strand verschijnsel verklaard

Strandloper Piet van Noort twittert onder de naam @pietjepier regelmatig over kustverdediging, strand, zee en duinen. Afgelopen voorjaar fotografeerde hij golfvormige schelpenbanken op het strand. Hij vroeg via Twitter of iemand een verklaring had voor deze regelmatige patronen langs de kustlijn. Tot nu toe bleef een verklaring uit.

Delta kwam terecht bij kustwaterbouwkundige dr.ir. Matthieu de Schipper. Hij werd bekend door zijn meetcampagne per jetski’s voor de kust, en vorig jaar riep New Scientist Nederland hem uit tot Wetenschapstalent 2019. Die Matthieu de Schipper dus, werkzaam bij de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen, wees ons op het stuk The Mystery of Beach Cusps op de populair-wetenschappelijke website Amusing Planet.

Daarin laat auteur Kaushik Patuwary zien dat golfvormige schelpenbanken een wereldwijd verschijnsel zijn met voorbeelden uit Dorset (Engeland), Californië en Alaska.

Zelforganisatie
Golfslag is de drijvende kracht achter de vorming van de schelpenbanken, zoveel is duidelijk. Maar hoe dan? Het begin van het proces is duister, maar als schelpenbanken zich eenmaal beginnen te vormen, is de opbouw een zichzelf versterkend proces. Een golf die over de top van de schelpenbank rolt remt af, waardoor het grove sediment bezinkt in de bank, die daardoor aangroeit. Het water loopt langs de zijkant van de bank verder het strand op, pikt wat fijner zand op en loopt in het midden tegen het water van de naastgelegen bank. Daarna stroomt het water terug naar zee, waar het al snel op de volgende golf stuit. Het gevolg: de schelpenbank groeit aan en het tussengelegen strand wordt schoongespoeld. De schelpenbanken zijn meestal een paar meter lang, maar er zijn er van zestig meter lang aangetroffen.

De regelmatige schelpenbanken zijn een illustratie van de chaostheorie

Daarmee ligt de vraag over hoe de vorming begint nog open; waarom liggen die banken zo keurig op gelijke afstand? De Schipper vertelt dat onderzoekers oorspronkelijk dachten dat die afstand bepaald werd door golvenpatronen op zee. Maar sinds de opkomst van de chaostheorie in de jaren 1970-1980 neigen experts meer naar zelforganisatie als verklaring. “De lengteschaal tussen de schelpenbanken ontstaat als vanzelf uit de eigenschappen van zand en water”, vertelt De Schipper. Er zijn altijd kleine onregelmatigheden die onder de juiste omstandigheden spontaan uitgroeien tot duidelijke patronen. Dat hebben golfvormige zandbanken gemeen met regelmatige wolkenpatronen in de lucht en de orkaan die door een vlinder werd veroorzaakt.

Paradoxaal genoeg vormen de regelmatige schelpenbanken dus juist een illustratie van de chaostheorie in praktijk. Totdat wind en stroming het golvenpatroon verandert, en alles weer door elkaar spoelt.

• Zelfverklaard ‘chaos nerd’ prof.dr.ir Jerry Westerweel (faculteit 3mE) mailt over het vlinder-effect: ‘De chaostheorie zegt dat om de baan van een orkaan te kunnen voorspellen je de exacte begincondities zou moeten kennen. Als je vergeet om de luchtwervelingen van de slag van een vlinder in de Amazone mee te nemen in je berekening kan dat op een gegeven moment leiden tot verschillende oplossingen voor de baan van de orkaan. Die kan dan juist wel of niet over een bepaalde stad heen trekken. Daarmee zijn er dus fundamentele grenzen aan de voorspelbaarheid van een niet-lineair systeem. Het gaat dus niet om het veroorzaken van een orkaan maar om de geldigheid van voorspellingen.’