De oorsprong van de talrijke ronde, blootgestelde plekken op Afrikaanse graslanden, bekend als sprookjescirkels, is al meer dan tien jaar onderwerp van discussie onder onderzoekers. In een recent onderzoek bevestigden bioloog prof. Norbert Jürgens en bodemwetenschapper dr. Alexander Gröngröft van de Universiteit van Hamburg dat termieten de oorzaak zijn van sprookjescirkels. Tegelijkertijd weerleggen ze het centrale argument van ecosysteemmodelbouwers dat sprookjescirkels worden veroorzaakt door de zelfregulering van grassen.
Wetenschappers bevestigden dat zandtermieten Afrikaanse sprookjescirkels creëren en vernietigden de theorie dat graslanden zichzelf reguleren door aan te tonen dat deze sprookjescirkels in de loop van de tijd water opslaan. Hierboven ziet u een sprookjescirkel in de Namib-woestijn. Bron afbeelding: UHH/MIN/Juergens
Al in 2013 publiceerde de Hamburgse botanicus Norbert Jürgens een artikel waarin hij erop wees dat zuivere ondergrondse termieten van het geslacht Psammotermes blootgestelde plekken creëren en langdurige wateropslag bewerkstelligen ondanks onregelmatige regenval door planten in het zand te elimineren. Deze verklaring werd gepubliceerd in het tijdschrift Science en in de daaropvolgende jaren bevestigd door Zuid-Afrikaanse entomologen (professor Mike Peake, dr. John Henschel, dr. Kelly Flig).
Dit mysterieuze fenomeen is ook door andere onderzoekers, zoals die van de Universiteit van Göttingen, bestudeerd met behulp van modelleringsmethoden. Onderzoekers publiceerden artikelen (Getzin et al., 2015, 2022) waarin werd gesteld dat kale plekken worden veroorzaakt door de zelforganisatie van grasplanten. Grasplanten nemen water ongelijkmatig op via hun wortelstelsel en door uitgebreide diffusie in zandgrond, wat resulteert in de dood van grasplanten op kale plekken.
Door het bodemvocht te meten op een diepte van 20 centimeter onder de sprookjescirkels ontdekten ze bovendien uitdrogingsverschijnselen en verklaarden deze aan het omringende gras dat snel horizontaal water absorbeerde.
Norbert Jürgens en Alexander Gröngröft schrijven in PPEES het centrale argument van de Göttingen-modelbouwers: in hun onderzoek hebben Jürgens en Alexander Gröngröft de aanwezigheid van zandtermieten aangetoond op meer dan 1.700 sprookjescirkels in Namibië, Angola en Zuid-Afrika.
De bodemvochtmetingen geciteerd door Getzin et al. (2022) komt als bewijs voor de zelforganisatiehypothese overeen met die van Jürgens 2013. De twee verklaringen verschillen echter: de modelbouwers deden metingen aan de bovengrond en interpreteerden het uitdrogen van de bovengrond als het omringende gras dat vocht wegtrok, terwijl Jürgens in 2013 aantoonde door gelijktijdig bodemvocht te meten op vier verschillende diepten (tot 90 cm diep) dat sprookjescirkels in de ondergrond water gedurende langere tijd kunnen opslaan.
"Bovendien ontkrachten de analyse en laboratoriummetingen van mijn collega Glenn Groft van de hydrologische eigenschappen van woestijnzand een belangrijke basis voor de zelfreguleringshypothese", zei Jürgens. "De hydraulische geleidbaarheid van het grofkorrelige Fairy Circle-zand waar termieten leven is inderdaad hoog tijdens zware regenval, en grote hoeveelheden water kunnen snel wegsijpelen door grote poriën. Maar het is een heel ander verhaal wanneer het zand gemakkelijk mobiel water vrijgeeft diep genoeg om uit te drogen tot minder dan 8 procent van het bodemvolume."
Op dit moment kan water alleen worden opgeslagen op de contactpunten tussen zandkorrels. Zonder een continue waterfilm daalt de watergeleiding van de bodem naar een zeer laag niveau. Dit betekent dat bij vochtigheidsniveaus onder de sprookjescirkel (volume ≤ 5%) de transportcapaciteit van vloeibaar water over korte afstanden "zeer laag" is. Dit natuurkundige verschijnsel blijkt uit de vorming van een droge zandlaag direct op het bodemoppervlak boven de vochtige ondergrond.
"Volgens de huidige kennis is de situatie van horizontaal watertransport van enkele meters over meerdere dagen, gepostuleerd door vertegenwoordigers van zelfregulering, fysiek onmogelijk. Daarom blijkt het debat over tegengestelde verklaringen van biologische verschijnselen bepaald te worden door de natuurkunde, in dit geval de bodemfysica", zegt Jürgens. "Bodemvochtmetingen van sprookjescirkels en de hydraulische eigenschappen van zandgrond gevonden in het laboratorium sluiten de zelfregulatiehypothese als verklaring voor sprookjescirkels uit. Daarom ligt de reden voor de vorming van sprookjescirkels voor de hand: de zandtermieten verkrijgen een aanzienlijk overlevingsvoordeel door opslag van bodemvocht."