Aardwetenschappen

Doelstellingen van de les

• Beschrijf hoe oppervlaktestromingen ontstaan en hoe ze het klimaat van de wereld beïnvloeden.
• Beschrijf de oorzaken van diepe stromingen.
• Laat upwelling-gebieden zien in relatie tot hun invloed op de voedselketen.

Oppervlaktestromingen

Wind die over het oceaanwater waait, creëert golven. Het creëert ook oppervlaktestromingen, dat zijn horizontale stromingen van water die duizenden kilometers kunnen stromen en honderden meters diep kunnen gaan. Oppervlaktestromen zijn een belangrijke factor in de oceaan, omdat ze het klimaat over de hele wereld in belangrijke mate bepalen.

Oorzaken van oppervlaktestromen

De stromingen aan het oppervlak worden bepaald door drie belangrijke factoren: de grote globale windpatronen, de draaiing van de aarde, en de vorm van oceaanbekkens.

Als je over een beker warme chocolademelk blaast, creëer je kleine rimpelingen op het oppervlak die blijven bewegen nadat je bent gestopt met blazen. De rimpelingen in de beker zijn kleine golfjes, net als de golven die de wind op het oceaanoppervlak vormt. De beweging van de warme chocolademelk door de beker heen vormt een stroom of stroming, net zoals oceaanwater beweegt als de wind er overheen blaast.

Maar wat zorgt ervoor dat de wind begint te waaien? Wanneer zonneschijn lucht verwarmt, zet de lucht uit, wat betekent dat de dichtheid van de lucht afneemt en hij lichter wordt. Net als bij een ballon drijft de lichte, warme lucht naar boven, waardoor er beneden een klein vacuüm ontstaat, dat koelere, dichtere lucht van de zijkanten aantrekt. De koelere lucht die in de ruimte komt die de warme lucht heeft achtergelaten, is wind.

Omdat de evenaar van de aarde wordt verwarmd door de meest directe stralen van de zon, is de lucht bij de evenaar heter dan de lucht verder naar het noorden of zuiden. Deze hetere lucht stijgt op bij de evenaar en wanneer koudere lucht daar zijn plaats inneemt, begint de wind te waaien en duwt de oceaan in golven en stromingen.

Wind is niet de enige factor die oceaanstromingen beïnvloedt. Het ‘Coriolis-effect’ beschrijft hoe de draaiing van de aarde de winden en oppervlaktestromingen stuurt (figuur 14.14). De aarde is een bol die vanaf de noordpool gezien tegen de wijzers van de klok in om zijn as draait. Hoe verder je je van de evenaar naar een van de polen beweegt, hoe korter de afstand om de aarde. Dit betekent dat voorwerpen op de evenaar sneller bewegen dan voorwerpen verder van de evenaar. Terwijl wind of een oceaanstroming beweegt, draait de aarde eronder door. Daardoor lijkt een voorwerp dat langs de aarde naar het noorden of zuiden beweegt in een bocht te bewegen, in plaats van in een rechte lijn. Wind of water dat vanaf de evenaar naar de polen beweegt, wordt naar het oosten afgebogen, terwijl wind of water dat vanaf de polen naar de evenaar beweegt, naar het westen wordt afgebogen. Het Coriolis-effect buigt de richting van oppervlaktestromen af.

De derde belangrijke factor die de richting van oppervlaktestromen bepaalt, is de vorm van oceaanbekkens (figuur 14.15). Wanneer een oppervlaktestroom tegen land botst, verandert de richting van de stromingen. Stel je voor dat je het water in een badkuip naar het einde van de kuip duwt. Wanneer het water de rand bereikt, moet het van richting veranderen.

Invloed op het wereldwijde klimaat

Oppervlaktestromingen spelen een grote rol bij het bepalen van het klimaat. Deze stromingen brengen warm water van de evenaar naar koelere delen van de oceaan; ze dragen warmte-energie over. Laten we de Golfstroom als voorbeeld nemen; je kunt de Golfstroom in de Noord-Atlantische Oceaan vinden in figuur 14.15. De Golfstroom is een oceaanstroming die warm water van de evenaar langs de oostkust van Noord-Amerika en over de Atlantische Oceaan naar Europa transporteert. Het volume water dat door deze stroming wordt getransporteerd is meer dan 25 maal dat van alle rivieren ter wereld samen, en de energie die erdoor wordt getransporteerd is meer dan 100 maal de energiebehoefte van de wereld. Hij is ongeveer 160 kilometer breed en ongeveer een kilometer diep. Het warme water van de Golfstroom geeft Europa een veel warmer klimaat dan andere plaatsen op dezelfde breedtegraad. Als de Golfstroom ernstig zou worden verstoord, zouden de temperaturen in Europa sterk dalen.

Diepe stromingen

Oppervlaktestromingen komen dicht bij het oppervlak van de oceaan voor en beïnvloeden vooral de fotische zone. Diep in de oceaan bestaan even belangrijke stromingen, die diepe stromingen worden genoemd. Deze stromingen ontstaan niet door wind, maar door verschillen in dichtheid van watermassa’s. Dichtheid is de hoeveelheid massa in een bepaald volume. Als je bijvoorbeeld twee volle flessen vloeistof van een liter neemt, weegt de ene misschien meer, dat wil zeggen dat hij een grotere massa heeft dan de andere. Omdat de flessen beide evenveel volume hebben, heeft de vloeistof in de zwaardere fles een grotere dichtheid. Als je de twee vloeistoffen bij elkaar zet, zal de zwaardere zinken en de lichtere opstijgen.

Twee belangrijke factoren bepalen de dichtheid van oceaanwater: het zoutgehalte (de hoeveelheid zout die in het water is opgelost) en de temperatuur (figuur 14.16). Hoe meer zout er in het water is opgelost, hoe groter de dichtheid zal zijn. Ook de temperatuur beïnvloedt de dichtheid: hoe kouder de temperatuur, hoe groter de dichtheid. Dit komt doordat de temperatuur wel invloed heeft op het volume, maar niet op de massa. Kouder water neemt minder ruimte in dan warmer water (behalve wanneer het bevriest). Koud water heeft dus een grotere dichtheid dan warm water.

Massamassa’s met een hogere dichtheid zullen naar de oceaanbodem zinken. Net als bij convectie in de lucht wordt, wanneer dichter water zinkt, de ruimte opgevuld door minder dicht water. Hierdoor ontstaan convectiestromen die enorme hoeveelheden water in de diepten van de oceaan verplaatsen. Waarom is de watertemperatuur op sommige plaatsen koeler? Water koelt af als het zich via oppervlaktestromingen van de evenaar naar de polen beweegt. Koeler water heeft een grotere dichtheid, dus het begint te zinken. Als gevolg daarvan zijn de oppervlaktestromingen en de diepe stromingen met elkaar verbonden. Wind zorgt ervoor dat oppervlaktestromingen water over de oceanen vervoeren, terwijl dichtheidsverschillen ervoor zorgen dat diepe stromingen dat water weer over de aardbol terugvoeren (figuur 14.17).

Upwelling

Zoals je hebt gezien, zinkt water met een grotere dichtheid meestal naar de bodem. Onder de juiste omstandigheden kan dit proces echter worden omgekeerd. Dichter water uit de diepe oceaan kan naar de oppervlakte komen in een upwelling (zie figuur 14.18). Een opwellende golf ontstaat meestal langs de kust wanneer de wind het water sterk van de kust weg blaast. Als het oppervlaktewater van de kust wordt geblazen, komt er kouder water van onderen voor in de plaats. Dit is een belangrijk proces op plaatsen als Californië, Zuid-Amerika, Zuid-Afrika en de Arabische Zee, omdat de voedingsstoffen die uit het diepe oceaanwater omhoog worden gebracht, de groei van plankton ondersteunen, dat op zijn beurt weer andere leden van het ecosysteem ondersteunt. Upwelling vindt ook plaats langs de evenaar tussen de noordelijke en zuidelijke equatoriale stromingen.

Samenvatting van de les

• Oceangolven zijn energie die zich door het water verplaatst.
• Het hoogste gedeelte van een golf is de top en het laagste gedeelte is de golfdal.
• De horizontale afstand tussen twee golfkammen is de lengte van de golf.
• De meeste golven in de oceaan worden door de wind gegenereerd.
• Oceaanoppervlaktestromingen worden geproduceerd door belangrijke algemene patronen van atmosferische circulatie, het Coriolis-effect en de vorm van elk oceaanbekken.
• Ocean surface circulation brengt warm equatoriaal water naar de polen en koeler poolwater naar de evenaar.
• Deep ocean circulation is density driven circulation geproduceerd door verschillen in saliniteit en temperatuur van watermassa’s.
• Upwelling areas zijn biologisch belangrijke gebieden die ontstaan als oceaanoppervlaktewater van een kust wordt weggeblazen, waardoor koud, nutriëntrijk water naar de oppervlakte stijgt.

Vragen

1. Welke windfactoren bepalen de grootte van een golf?
2. Definieer de top en het dal van een golf.
3. Wat is de belangrijkste oorzaak van de oppervlakte stromingen in de oceaan?
4. Hoe beïnvloeden de oppervlaktestromingen in de oceaan het klimaat?
5. Wat is het Coriolis-effect?
6. Sommige wetenschappers hebben de hypothese geopperd dat als er genoeg ijs in Groenland smelt, de Golfstroom zou kunnen worden stilgelegd. Zonder de Golfstroom, die warm water naar het noorden brengt, zou Europa veel kouder worden. Leg uit waarom smeltend ijs op Groenland de Golfstroom zou kunnen beïnvloeden.
7. Welk proces kan ervoor zorgen dat dichter water naar de top stijgt?
8. Waarom zijn upwelling-gebieden belangrijk voor het zeeleven?

Vocabulaire

amplitude De verticale hoogte van een golf, gemeten van trog tot top. Coriolis-effect De schijnbare afbuiging van een bewegend voorwerp zoals water of lucht, veroorzaakt door de rotatie van de aarde. top Het hoogste punt van een golf. diepe stroming Een stroming diep in de oceaan, die beweegt door dichtheidsverschillen (veroorzaakt door verschillen in watertemperatuur en zoutgehalte). scheurstroom Een sterke oppervlaktestroom van water dat vanaf de kust terugkeert naar de oceaan. oppervlaktestroming Een horizontale beweging van oceaanwater, veroorzaakt door oppervlaktewinden. trog Het laagste punt van een golf. tsunami Een seismische zeegolf die wordt veroorzaakt door verticale beweging van de oceaanbodem onder water aardbeving, onderwater vulkaanuitbarsting of aardverschuiving of meteorietinslag. upwelling Koud, voedselrijk water dat opstijgt uit oceaandiepten, gewoonlijk in de buurt van continenten, wanneer de wind het bovenliggende oppervlak wegblaast of langs de evenaar. golf Een verandering in de vorm van water, veroorzaakt door energie die door het water beweegt. golflengte De horizontale afstand tussen twee golfdalen, of twee kammen in een golf.