Planeet Zee

Badeendjes in beweging

Het water van de wereldzeeën en de oceaan staat nooit stil. De wind en de stromingen kunnen voorwerpen helemaal tot aan de andere kant van de aarde brengen. In 1992 belandde 28.000 plastic badspeeltjes waaronder gele eendjes, groene kikkers, blauwe schildpadden en rode bevers in de Stille Oceaan, nadat een transportschip in een storm verging. Het begin van een lange, lange reis voor de badbeestjes. En een buitenkans voor oceanograaf Curtis Ebbesmeyer. Vanaf het moment dat de eerste eendjes aanspoelden op de kust van Alaska, in november 1992, hield Ebbesmeyer nauwgezet bij waar en wanneer badspeeltjes uit deze lading aanspoelden. Op die manier leverde de schipbreuk en de reis van de speeltjes waardevolle informatie op over de oceaanstromingen. Let vooral ook op de meest noordelijke route: sommige speeltjes drijfden naar het noordpoolgebied, waar ze eerst een tijdlang vastzaten in het ijs, om uiteindelijk in de Atlantische Oceaan te belanden. Tegen de tijd dat ze daar aanspoelden, waren de Friendly Floatees, zoals ze werden genoemd, ondertussen de beroemdste onderzoeksvoorwerpen in de oceanografische geschiedenis geworden. Drijvende objecten zoals deze speelgoedvloot hebben oceanologen heel wat inzicht in de oceaancirculatie verschaft.

Nog steeds drijven er anno 2018 badeendjes in de oceaan…

Wist je dat badeendjes ons iets meer vertellen over hoe het zeewater beweegt?

Om te voorspellen waar iets heen zal drijven, zijn modellen van stromingen en winden nodig die met al deze factoren rekening houden.  Maar ook zonder deze modellen kun je schatten in welke richting iets het meest waarschijnlijk zal uitgaan.

Stel, je laat vanaf de Canarische Eilanden een onbemand zeilbootje te water.  Zal deze (a) na enkele dagen terugkeren naar de kust van vertrek, (b) zuidwaarts drijven langheen de West-Afrikaanse kust om daar te stranden, (c) naar de kust van Portugal of (d) naar Brazilië of Centraal-Amerika gaan? Na deze lesmodule weet je vast het antwoord!

Boot is een miniatuur zeilboot die in 2017 te water werd gelaten ter hoogte van de Canarische Eilanden. Waar is hij nu?

 

 

 

Luchtcirculatie

De grootste kracht die op het water inwerkt is de wind. De wind drijft de oceaanstromingen aan. De atmosfeer en oceaan staan dus nauw met elkaar in contact.

De wind ontstaat door een verschil in luchtdruk tussen twee gebieden. Lucht zal stromen van het hogedrukgebied naar het lagedrukgebied. De intensiteit van de wind zal afhangen van de drukgradiënt (gradiënt is de maat voor de verandering over een afstand) tussen de twee gebieden). Hoe groter de drukgradiënt, hoe groter de windsnelheid zal zijn. Vergelijk het met een skiër die van een helling laat glijdt. Het spreekt voor zich dat hij van het hoogste punt naar het laagste punt zal skieën. En dat daarbij zijn snelheid groter zijn naarmate de helling steiler is.

De luchtdruk hangt sterk af van de temperatuur en vochtigheid van de lucht: hoe warmer en droger, hoe hoger de luchtdruk; hoe kouder en natter, hoe lager de luchtdruk. Dat verklaart meteen waarom de weerman liever een hogedrukgebied aankondigt dan een lagedrukgebied. Een hogedrukgebied betekent immers warm en droog weer!

 

 Vereenvoudigd luchtcirculatiemodel (c) Bron: https://www.seas.harvard.edu/climate/eli/research/equable/hadley.html

De wind of luchtcirculatie op aarde volgt een bepaald patroon. Aan de evenaar, is het warmer dan aan de polen, want daar staan de stralen van de zon loodrecht op de aarde. Daar stijgt warme lucht de atmosfeer in. Hoog boven het aardoppervlak bevindt zich in de tropopauze (op zo’n 18 km hoogte) een hogedrukgebied.  Het omgekeerde doet zich voor ter hoogte van de Noord- en Zuidpool. Daar vinden we een lagedrukgebied in de tropopauze (boven de polen op zo’n 7 km hoogte). Gezien lucht van hoge- naar lagedruk stroomt, verwacht je dat er wind zou ontstaan dicht bij de aarde stromend van de polen richting de evenaar en hoog boven de aarde in de omgekeerde richting (Hadley stroomcel genoemd naar de onderzoeker die dit beschreven heeft).

De werkelijkheid is uiteraard veel complexer. Er bestaan om te beginnen tussen evenaar en pool niet één maar drie belangrijke stroomcellen. Dit komt omdat lucht die via de tropopauze richting polen stroomt op een bepaald moment zo zwaar wordt (ze wordt droger en kouder) dat ze ter hoogte van 30° noorder- en zuiderbreedte richting de aarde zakt waardoor daar een hogedrukgebied ontstaat. Naast de Hadley stroomcel ontstaan op een zelfde manier de Ferrel cel en de Polaire cel.

België bevindt zich ongeveer op 51° noorderbreedte, dat is binnen de Ferrel cel. De wind in de Ferrel cel zou op het land uit het zuiden moeten komen.  De weerberichten spreken echter nooit van een dominante zuiderwind.  In België heerst er een vooral een west- tot zuidwestelijke wind.

Om dit te verklaren kijken we naar de rotatie van de aarde en het effect dat dit heeft op de wind: het corioliseffect.

Globaal windpatroon

Corioliseffect

het Corioliseffect (Bron: http://www.coastalpractice.net)

De luchtcirculatie staat onder invloed van de rotatie van de aarde (rond haar as draaien). Dat we dit weten hebben we te danken aan een fanatieke biljarter en natuurkundige Gustave-Gaspard Coriolis. Bij bestudeerde als eerste de draaibeweging van biljartballen. Hij ontdekte dat voorwerpen die in een rechte baan gaan in het noorderlijk halfrond naar rechts afbuigen en in het zuidelijk halfrond naar links afbuigen, ten opzichte van hun bewegingsrichting.

Hoe snel dit gaat, hangt af van de plaats op aarde. De aarde draait om haar eigen as met een hoeksnelheid van ongeveer één omwenteling per dag. Elk punt op aarde zal in net geen 24 uur éénmaal rond die as roteren. De absolute snelheid waarmee dit gebeurt, hangt sterk af van de breedteligging op aarde. Hoe dichter bij de evenaar, hoe groter de snelheid zal zijn; hoe meer richting de polen hoe lager deze snelheid. Je kunt dit makkelijk begrijpen door middel van een experiment. Ga met enkele vrienden hand in hand op een rij staan naast een paal. De persoon dichtst bij de paal houdt deze vast. Maak nu vervolgens een cirkelbeweging rond de paal. De persoon die er het dichtst bij staat, zal al wandelend het tempo kunnen volgen. De persoon die er het verst van af staat, zal zich de ziel uit het lijf moeten lopen om in een zelfde tijd volledig rond de paal te raken. Hij loopt immers in een grotere cirkel. Hiermee is dus duidelijk dat hoe groter de afstand tot de draaias is, hoe groter de snelheid moet zijn om een omwenteling te maken. Zo is op aarde de afstand tot de draaias het grootst ter hoogte van de evenaar, daar zal de snelheid het grootst zijn. Hoe meer men richting de polen trekt, hoe kleiner de afstand tot de as wordt en hoe lager de snelheid zal zijn. Iemand die zich aan de evenaar bevindt, zal aan een grotere snelheid bewegen dan iemand die zich aan de polen bevindt. Het is dit snelheidsverschil dat het zogenaamde ‘Corioliseffect’ veroorzaakt. De richting van de snelheid is n wijzerzin wanneer men de Noordpool van de aarde als bovenaanzicht neemt, tegenwijzerzin wanneer men de Zuidpool als bovenaanzicht neemt.

Een voorbeeld uit de luchtvaart illustreert het corioliseffect. Stel dat we een vliegtuig van Nigeria, gelegen aan de evenaar naar Zweden laten vliegen, een tocht van 6 uur in het noorderlijk halfrond. De snelheid van de aarde aan de evenaar bedraagt ongeveer 1600 km/uur. Ter hoogte van Zweden, gelegen op 60° noorderbreedte, bedraagt deze snelheid slechts 800 km/uur. De afstand tot de aardas bedraagt daar immers slechts 3050 km (t.o.v. 6300 km aan de evenaar). Doordat het vliegtuig opstijgt aan de evenaar zal zijn oorspronkelijke snelheid 800 km/uur groter zijn dan de uiteindelijke snelheid ter hoogte van Zweden. Indien er geen correctie zou doorgevoerd worden, zou het vliegtuig dan ook niet In Zweden aankomen, maar 800 km/uur X 6 uur = 4800 km ten oosten van Zweden: een belangrijke afwijking naar rechts ten opzichte van de bewegingsrichting.

Voor de omgekeerde vliegbeweging, van Zweden naar Nigeria, is het omgekeerde waar. De snelheid in Zweden is immers lager dan deze in Nigeria. hierdoor zal een afwijking bestaan van 4800 km naar het westen van Nigeria. Bekijk je deze afwijking ten opzichte van de bewegingsrichting, dan zie je weer een afwijking naar rechts. Op het Zuidelijk halfrond is het principe net hetzelfde, maar hier wordt steeds een afwijking naar links verwacht ten opzichte van de bewegingsrichting.

Het is van belang te benadrukken dat het corioliseffect ontstaat door de verschillende snelheden waarmee een punt op de aarde omheen de draaias beweegt. Het is een hardnekkige misvatting te denken dat een opstijgend voorwerp als het ware los komt van de aarde waarbij de aarde onder het voorwerp blijft verder roteren. Als je springt op een bus die rijdt aan een hoge snelheid, dan zal je op exact dezelfde plaats neerkomen van waar je vertrokken bent. Ten opzichte van de baan heb jij immers dezelfde snelheid als de bus. Zo ook zal een helicopter die stijgt tot hoog boven de aarde bij landing op dezelfde plaats terug neer komen. Zolang de helikopter immers op dezelfde breedtegraad blijft, zal zijn rotationele snelheid gelijk zijn aan deze van de aarde en zal er tussen helikopter en landingsplaats geen snelheidsverschil bestaan.

Het corioliseffect is uiteraard niet alleen van toepassing op vliegtuigen, bommen en andere projectielen, maar op elke bewegende massa dus ook op lucht- en watermassa’s!

Dominante windrichtingen boven de Atlantische Oceaan in Januari en Juli. De eerder voorspelde zuidenwind wijkt dus af door het corioliseffect waardoor we in België vooral west- en zuidwestenwind krijgen.  De dominante windrichting in de subtropen zowel in het noorderlijk als zuidelijk halfrond noemt men passaatwinden (Trades). Bron: Britannica Encyclopedia 

De werkelijkheid is alweer een stuk complexer dan wat hierboven wordt beschreven. Supercomputers kunnen ons vandaag een nog accurater beeld geven van de winden op aarde.

Klik op de figuur om een bewegende visualizatie van de wind te krijgen. Je kunt de wereldbol draaien; De data op deze wereldbol wordt iedere drie uur geupdated. Bron: Earth.nullschool.net

 

Wind op zee

Windkracht 9 op zee

De oceaan is een enorme vlakte in vergelijking met het land. Op de oceaan zijn amper hoogteverschillen aanwezig. Wind wordt dan ook niet gestopt op zijn pad en verliest daardoor amper energie. Op land daarentegen verliest wind veel van zijn energie door botsing met hoogte-elementen, denk maar aan bergen, wolkenkrabbers, bomen etc. Vandaar dat windsnelheden op zee (en aan de kusten) een stuk hoger kunnen liggen dan meer inlands. En daarom dat het aan zee zo winderig kan zijn.

De Zuidelijke Oceaan en de Noord-Atlantische Oceaan zijn de meest windrijke en ruwe oceanen waar winden aan 50 km per uur en meer razen.

Windkracht

0 (0 Bft, windstil) 0-1 km/u 0 of 0-0,2 m/s
1 (1 Bft, zwakke wind) 1-5 km/u of 0,3-1,5 m/s
2 (2 Bft, zwakke wind) 6-11 km/u of 1,6-3,3 m/s
3 (3 Bft, matige wind) 12-19 km/u of 3,4-5,6 m/s
4 (4 Bft, matige wind) 20-28 km/u of 5,5-7,9 m/s
5 (5 Bft, vrij krachtige wind) 29-38 km/u of 8,0-10,7 m/s
6 (6 Bft, krachtige wind) 39-49 km/u of 10,8-13,8 m/s
7 (7 Bft, harde wind) 50-61 km/u of 13,9-17,1 m/s
8 (8 Bft, stormachtige wind) 62-74 km/u of 17,2-20,7 m/s
9 (9 Bft, storm) 75-88km/u of 20,8-24,4 m/s
10 (10 Bft, zware storm) 89-102 km/u of 24,5-28,4 m/s
11 (11 Bft, zeer zware storm) 103-117 km/u of 28,5-32,6 m/s
12 (12 Bft, orkaan) >117 km/u of >32,7 m/s


En daar waar wind over de oceaan raast, zijn er golven. Een beetje wind veroorzaakt rimpeltjes, hevige wind brengt stormgolven met zich mee. 

Het leven van een golf

Golven in zee danken we aan de wind. Wanneer de wind over het water blaast, ontstaan door de toegenomen druk kleine rimpeltjes op het zeeoppervlak. Bij voldoende sterkte krijgt de wind grip op deze rimpels die het water opstuwen. De wind voegt als het ware energie toe aan het water. Hoe krachtiger en langer de wind waait, hoe meer energie er in het water terechtkomt. Die energie verplaatst zich weg van de plaats zonder materie mee te nemen, net zoals we een ruk aan een zweepje geven dat begint te golven. De golven verlaten zo hun plaats van herkomst en reizen verder als deiningsgolven. zonder nog onder invloed te staan van de wind. Als de golven uiteindelijk te steil worden, breken ze.

De Noord-Atlantische Oceaan zorgt zelf voor flink wat deining want het is één van de meest windrijke en ruwe oceanen ter wereld. Vooral tijdens de herfst en de winter sturen lagedrukgebieden, depressies genoemd, de hoogste golven naar Europa. 20-30 % van het jaar zijn de golven ten noorden van 30° NB vijf m hoog. Ook Amerikaanse tropische stormen, cyclonen en orkanen sturen lange deiningsgolven naar Europa. De golfhoogte kan tijdens het leven groeien wanneer twee golftoppen in elkaar opgaan. Wind en golven kunnen elkaar tegenwerken en versterken. Als het windveld van een noordwesterstorm in de richting van de golven trekt, kunnen de golven extreem hoog uitgroeien. In de Noordzee meten we dan niet uitzonderlijk golfhoogtes van meer dan 20 m.

 

Gemiddelde windsnelheid (boven) en golfhoogte (onder) in de Noord-Atlantische Oceaan (2006)

Ook het temperatuurverschil tussen de lucht en het zeewater doet golven in hoogte toenemen. Vanaf het najaar koelt de lucht af en vergroot het temperatuurverschil met het zeewater. Dit brengt de laatste jaren tijdens de wintermaanden big-wave surfers naar de ruige kusten van Ierland en Noord-Spanje. Big-wave surfers reizen de wereld rond op zoek naar de giganten onder de golven, vanaf 8 m!

Jaarlijks vindt een van dé evenementen van de surfindustrie plaats, Billabong XXL, de oscars van het surfen, Ze reiken daar prijzengeld uit voor oa ‘de grootste golf’, ‘de grootste tunnel’ en ‘de beste rit van het jaar’. De surfers behoren meer tot gladiatoren dan atleten. No guts no glory! Om toegankelijke surfgolven van 10 meter en hoger te vinden moeten we de Noordzee uit. Deze big waves breken slechts onder ideale weersomstandigheden, en op specifieke kustplaatsen. Plaatsen waar golven aanzienlijke snelheden en hoogtes behalen zoals Tahiti, Hawaï, California of Zuid-Afrika.  Ze hebben één ding gemeen, de wind heeft een lang tijd over een groot oceaanoppervlak kunnen blazen en het onderwaterreliëf heeft een bijzondere vorm die het water omhoog stuwt.

Big waves hebben ook namen;  deze heet Jaws. Bron: Billabong XXL

 

Oppervlaktestromingen

Naast golven zal de wind ook stroming in het water creëren. Dominante winden zoals de passaten en westenwinden oefenen een meeslepende kracht uit op het wateroppervlak. Ze zorgen voor grote stromingen naar het oosten en naar het westen. Als je goed naar bovenstaande kaart kijkt, zie je dat de winden en oceaanstromingen niet precies hetzelfde patroon volgen. De stromingen buigen onderweg door de ligging van de continenten naar elkaar toe en vormen grote stromingscirkels ook circulatiegyres genaamd. Ook al is de wind de motor achter deze stromingen, toch volgen de stromingen niet hetzelfde pad als de wind.

Wind blijft echter de drijvende kracht, de kracht die alles initieel in beweging zet. Wind beweegt de lucht. De luchtmoleculen worden over het wateroppervlak gesleept waardoor de windenergie overgebracht wordt op de watermoleculen die daardoor in beweging gezet worden. Dit is een uiterst inefficiënt proces. Experimenten hebben aangetoond dat een windsnelheid van 50 km/uur aanleiding geeft tot snelheden in het water van amper 1,5 tot 2 km/u. De waterstroming zal bovendien niet dezelfde richting hebben als de wind die ze veroorzaakt. V. Walfrid Ekman is de eerste onderzoeker die aantoont dat de stromingsrichting aan het wateroppervlak moet afwijken van de windrichting. Daarnaast stelt hij ook dat de richting geleidelijk aan verandert met de diepte. Op een bepaalde diepte komt de stroming zelfs in tegenovergestelde richting van de wind te staan. Onder sterke en permanente wind kan deze Ekmanspiraal 100 tot 200 meter diepte bereiken.

 Ekmanspiraal (c) Bron: Pinet, P. Invitation to Oceanography

Wat betekenen deze bevindingen nu voor de grote oceaanstromingen?

De Noord-Atlantische Oceaan zal hier als voorbeeld dienen. Tussen de evenaar en 30° NB zijn de noordoostelijke passaatwinden dominant, tussen 30° en 60° NB zijn de zuidwestenwinden dominant. Deze dominante winden zetten het oceaanwater in beweging. Met de Ekmanspiraal in het achterhoofd verwacht je dat de wind een stroming zal genereren die loodrecht op deze windrichtingen komt te staan, dus dat er een stroming is naar het midden van de Noord-Atlantische Oceaan toe.

Stromingen in de Noord-Atlantische Oceaan

Deze permanente stroming naar het midden van het gebied zorgt echter voor een ophoping van water in het midden van de Noord-Atlantische Oceaan. Wie denkt dat de oceaanoppervlak ook echt vlak is, heeft het mis! Stel dat je over water kon lopen, dan zou je als je de Atlantische Oceaan wil oversteken eerst enkele meters bergop moeten om daarna weer af te dalen. Wanneer de ophoping van water te groot wordt, dus wanneer de drukgradiënt te groot wordt, zal er een stroming ontstaan van het midden (hoger waterniveau) naar de zijkanten (lager waterniveau) ten gevolge van de zwaartekracht. Door het corioliseffect zal ook de richting van deze stroming veranderen: een rechtse afwijking in het noorderlijk halfrond, een linkse in het zuidelijk halfrond. Voor het Noorden van de Atlantische Oceaan betekent dit dat we een stroming verwachten in wijzerzin rond het midden van de Noord-Atlantische Oceaan. Deze wordt de Noord-Atlantische Gyre (stromingscirkel) genoemd. Daarenboven wordt deze circulatie nog versterkt door de specifieke soepkomvorm van de oceean die tussen de continenten ligt.

Een oppervlaktestroming is geen homogeen uniform geheel. Zo zal de breedte van de Golfstroom allesbehalve constant zijn zowel in tijd als ruimte, meer nog, net als een rivier op land, zal de Golfstroom een meanderend patroon kunnen volgen. Ook het debiet aan water dat vervoerd wordt, is variabel en seizoensgebonden. Op zijn weg naar het noorden, zal de Golfstroom aan een snelheid van 9km/u meer en meer meanderen. Net zoals bij rivieren, kunnen ook hier bepaalde meanders zich afscheiden en zogenaamde ringstromen of eddies vormen. Eddies zijn plaatselijke (grootte-orde 100 km) en tijdelijke (tijdschaal van enkele weken tot enkele maanden) circulaire waterbewegingen. Jaarlijks ontstaan een vijftal dergelijke ringstromingen bij de Golfstroom. Ook bij andere grote stromingen mag men het meanderend gedrag en de vorming van ringstromingen verwachten.

 

Real-time beelden van stromingen in de oceaan. Kun je het meanderend patroon en de vorming van ringstromingen waarnemen? https://earth.nullschool.net/

Naast deze N.-Atlantische Gyre bestaat er nog de N.-Pacifische Gyre, de Z.-Pacifische gyre, de Z.-Atlantische Gyre en de Indische Oceaan Gyre. Merk op dat de gyres op het Noorderlijk halfrond rechtsdraaiend zijn, op het Zuidelijk halfrond zijn ze linksdraaiend. Of hoe het corioliseffect belangrijker is dan men op het eerste zicht zou denken!

 

 

Getijdenstromingen

De wind is niet de enige kracht die golven en stromingen aandrijft. Vanuit de ruimte werkt ook de zwaartekracht van hemellichamen zoals de maan en de zon in op de oceaan. De maan, ook al is ze veel kleiner dan onze aarde, voert een aantrekkingskracht uit op losse partikels op aarde. Dit zorgt zowel voor getijdestromingen in de oceaan als voor kleine vervormingen van de aardbol (de aardgetijden). Niet elk beetje water op aarde is onderhevig aan de maan en zon hun zwaartekracht. De aarde heeft ook een zwaartekracht die sterker inwerkt op het water in een glas dan op het water in de zee.

Hoe ontstaat het getij? (zie ook Mee met het getij)

Elk stukje van de zee en oceaan heeft een uniek getijsysteem. Dit komt door de invloed van de lokale diepte van de zeebodem, de snel/traagheid van het water en de vorm van de zee, oceaan of kustgebied. Allerhande hindernissen, vernauwingen en ondieptes remmen de getijdestoming af of versterken deze net. Ook het weer heeft invloed op het getij. Sommige gebieden hebben twee keer per dag opkomen hoog- en laagwater, andere plaatsen slechts een keer. Ook de hoogte van het getij verschilt. Terwijl het getijverschil aan de Mont-Saint-Michel (Noord-Frankrijk) tot 15 meter bedraagt, is het in Oostende slechts een 4-tal meter meer.   In de smalle gebieden (het Kanaal tussen Frankrijk en Engeland en het smalle zeestraat tussen Engeland en Ierland) zijn stroomsnelheden en getijdeverschillen groter omdat er grote hoeveelheden water door een versmalling geperst worden. In gesloten zeegebieden zoals de Middellandse Zee is het getijverschil slechts 30 cm.

 

   

 Getijdegolf in de Noord-Atlantische Oceaan (boven) en de Noordzee (onder) (c) Ecomare De Vleet

In de Noordzee komt de getijdegolf uit de Atlantische Oceaan. Ze draait, van bovenaf gezien, tegen de richting van de klok, om een aantal centrale punten (door het coriolis effect). In het centrum van zo'n wervel (amfidroom punt) beweegt het water amper. Hier is er weinig getijverschil. In de Noordzee liggen drie wervels.  In België komt ook uit het Kanaal een getijdegolf aan die zich verder naar het noorden verplaatst. In de Panne is het vroeger laag/hoogwater dan in Knokke. Er is een sterkere stroming rond laag/hoogwater en een zwakke stroming zo’n 3 uur na en voor laag/hoogwater.

Op deze visualisatie van de stromingen in West-Europa kun je duidelijk zien hoe de getijstroming door het Kanaal wordt geperst, eerst richting de Noordzee en vervolgens weer terug. Dit cyclus herhaalt zich twee keer per dag.

Stromingen in de Middellandse Zee en de Baai van Biskaije (c) NASA

 

 

Diepe oceaanstromingen

Thermohaliene (thermo: temperatuur, halien: zout) oceaancirculatie. Bron NASA

 

De oppervlaktestromingen beperken zich tot de bovenste 100 tot 200 meter van de oceanen. Bijgevolg is slechts 10% van het oceaanwater in beweging door deze windgedreven stromingen. De andere 90% beweegt echter ook, weliswaar veel trager. Deze diepzeestromingen worden ook wel thermohaliene stromingen (thermo: temperatuur, halien: zoutgehalte) genoemd. Ze zijn het gevolg van verschil in dichtheid tussen verschillende watermassa’s die boven elkaar liggen. Meer zout en/of koud water zal een stuk zwaarder zijn dan warm en/of minder zout water. Bijgevolg beweegt de meer zware waterlaag onder de meer lichte waterlaag. In de oceaan zet het dichtheidsverschil tussen de verschillende waterlagen een convectiemechanisme in werking. Convectie komt zowel in de oceaan, de atmosfeer, binnenin de aarde als bij je thuis voor. Denk maar aan de lucht die boven een kachel opstijgt en vervolgens het plafond verwarmt.

 

Een vertikale doorsnede van de Atlantische Oceaan en de Atlantische thermohaliene stroming

 

Als je de convectie in de Atlantische Ocean bekijkt, kun je zien dat ze in de poolzeeën begint. Tijdens de winter in Antarctica, ter hoogte van de Weddellzee, zal door de extreem lage temperaturen belangrijke ijsvorming plaatsvinden. Dit gaat gepaard met een sterke toename van de zoutgehaltes in het zeewater. Op die manier ontstaat daar het meest dense water dat in de oceaan voorkomt. Deze watermassa zinkt, zoals op je op de illustratie kunt zien. Ze wordt de Antarctische bodemlaag genoemd. Ze beweegt over de bodem vanaf de Zuidpool noordwaarts tot diep in de Atlantische Oceaan. Een andere belangrijke diepzeestroming is de Noord-Atlantische Diepwaterstroming. De watermassa voor deze diepe stroming wordt voornamelijk aangevoerd door de Golfstroom, een warme oppervlaktestroom die van de evenaar noordoostwaarts beweegt.  Ter hoogte van Groenland en Ijsland is dit warme water alweer sterk afgekoeld. Daarnaast is het zoutgehalte door verdamping toegenomen. Dit zorgt dat het water van de Golfstroom een stuk denser geworden is en het ter hogte van de noordpoool de diepte inzakt. Het water van de noordpool heeft echter een kleinere dichtheid dan de Antarctische Bodemlaag. Dus het stroomt zuidwaarts bovenop de Antarctische Bodemlaag. In Antarctica ontstaat er nog een andere stroming, het Antarctische Intermediaire Water. Deze heeft een hogere dichtheid dan het oppervlaktewater, maar een lagere dan de Noord-Atlantische Diepwaterstroming. Hierdoor stroomt deze watermassa richting het noorden boven de Noord-Atlantische Diepwaterstroming. Dit afgekoelde en zoute water stroomt vervolgens op grote diepte opnieuw zuidwaarts en wordt vanaf dan de Noord-Atlantische Diepzeestroming genoemd.

Het water in de Atlantische Oceaan zet haar reis ook verder naar de andere oceaanbekkens. In de Indische Oceaan en in het noorden van de Pacifische Oceaan komt het water van uit de diepzee weer aan het oppervlak. Ook in de andere grote oceanen bestaat een dergelijke gelaagdheid van het water. Snel bewegen deze dichtheidsaangedreven stromingen zich niet. Schattingen geven aan dat ze ongeveer 460 jaar nodig hebben om de Atlantische Oceaan te doorkruisen en 1000 jaar om de Stille Oceaan te bereiken. Meereizen op een diepzeestroming valt  dik tegen. 

 

Reis van een mini-zeilboot

Atlantic Regatta van mini-bootjes (c) Educational Passages

Nu je in grote lijnen de stromingen in de oceaan kent, kan je je aan een voorspelling wagen. Welke reis legt een miniatuur zeilbootje in de Noord-Atlantische Oceaan af?

Het zeilbootje neemt er deel aan de Altantic Regatta, de race van onbemande mini-bootjes. Ze hebben allen een GPS zodat je hun spannende tocht op een kaart kunt volgen. Een tiental mini-bootjes bevinden zich momenteel in de Noord-Atlantische Oceaan.  Je kunt alle bootjes bekijken op deze kaart. Ze werden zowel op de oostkust van de VS als op de westkust van Europa te water gelaten. Het doel is om zonder al te veel schade de Atlantische Oceaan over te steken. Wie het bootje aangespoeld vindt, mag het, na een opknapbeurt, terug te water laten.

Het principe achter de onbemande zeilbootjes is eenvoudig. Enkel een zeil drijft het bootje aan. Het antwoord op welke route ze zullen volgen is minder vanzelfsprekend. De zeilbootjes volgen doorgaans de dominante winden en oceaanstromingen in de Noord-Atlantische Oceaan. De passaatwind en de daarbij horende westwaartse oceaanstroming brengen zo'n klein zeilbootje -in theorie- van Europa naar America in minder dan vier maand. Dat het samenspel tussen wind en stromingen complex is, blijkt uit de uiteenlopende routes die de minibootjes hebben afgelegd.

Bootjes komen dikwijls in één van de kleinere meanderstromingen of in een kuststroming terecht. De Carolina dreamer dobbert al meer dan 6 maand in cirkels rond in het midden van de Atlantische Oceaan, in een gebied met weinig stroming. Het bootje Monk seal landde na slechts enkele dagen varen terug op Madeira. Ze raakte niet voorbij de kuststroming rond het eiland. Sommige bootjes bereiken net niet de overkant van de oceaan. Crimson FantaSEA leek een perfecte overtocht van de VS naar Europa te maken, maar net voor de kust sukkelde het bootje in een zuidwestwaartse stroming, terug de Atlantische Oceaan op, terug naar af.

Het Vlaams Instituut voor de Zee lanceerde in 2017 samen met een klas uit het Sint Franciscus te Evergem een bootje vanaf Gran Canaria (zie blog). Na slechts enkele dagen op zee bleek het niet westwaarts maar zuidwaarts met een stroming mee te drijven. Veilig het kustwater van het Westelijk Saharagebied passeren was een uitdaging die te groot bleek te zijn voor Boot. De westenwind duwde haar richting de afgelegen West-Afrikaanse kust. Het bootje Canarias IV onderging hetzelfde lot. Beiden werden ze door zeevarenden vroegtijdig uit het water gehaald. Boot behaalde de prijs voor de korste maidenvoyage ooit. Helaas werden ze niet meer terug te water gelaten, volgens hun laatste GPS signaal blijven ze ergens in een Afrikaans (pak)huis gestrand. 

Crimson Tide werd op zee gevonden door een visser. Het bootje had enorme golven doorstaan.