26De oceanen

In december 1872 vertrok een Brits marineschip, HMS Challenger, uit Engeland voor een reis van drieënhalf jaar rond de wereld. Zijn opdracht was nieuw: uitzoeken wat er op de bodem van de oceanen ligt. Keer op keer stopte het schip op open zee, en de bemanning liet een zwaar gewicht aan een lang touw zakken tot het de bodem raakte; de lengte van het uitgevierde touw gaf de diepte. Toen het schip in mei 1876 thuiskwam, hadden zijn peilingen laten zien dat de oceaanbodem diepe vlakten en grote bergketens heeft.

Tegenwoordig brengt een schip de zeebodem in kaart met geluid. Een apparaat onder de romp zendt een korte geluidspuls naar beneden; het geluid kaatst terug op de bodem en komt terug als een echo. De tijd die de echo nodig heeft, geeft de diepte, keer op keer, terwijl het schip doorvaart. Dit is sonar.

Wat je al weet

Zout water bedekt het grootste deel van de Aarde, in één wereldoceaan die in oceanen en zeeën is verdeeld (Hoofdstuk 3). Platen bewegen uit elkaar bij de oceanische ruggen, en een plaat zakt onder een andere bij de troggen (Hoofdstuk 18). Boven de oceanen waaien de winden in grote gordels: passaatwinden, westenwinden en polaire oostenwinden, afgebogen door de draaiing van de Aarde (Hoofdstuk 24).

26.1 De oceaanbodem

Als het water van de oceanen kon worden weggepompt, zou er een heel verborgen landschap tevoorschijn komen. Langs de kusten loopt het land onder de zee door als een flauw hellend, ondiep plat. Dan duikt de bodem langs een steile helling omlaag naar uitgestrekte, vlakke vlakten, kilometers diep. Uit deze vlakten rijzen bergketens op, en hier en daar gaan smalle troggen dieper omlaag dan wat ook op Aarde.

Definitie 26.1 (De delen van de oceaanbodem)

• Het continentaal plat is de ondiepe, flauw hellende rand van een continent onder de zee.
• De continentale helling is de steile helling die van het plat naar de diepe oceaanbodem leidt.
• Een abyssale vlakte is een uitgestrekt, heel vlak en diep deel van de oceaanbodem.
• Een oceanische rug is een lange keten van onderzeese bergen die uit de abyssale vlakten oprijst.
• Een diepzeetrog is een lange, smalle en heel diepe geul in de oceaanbodem, vaak naast een keten van bergen of vulkanische eilanden.

De oceaan is gemiddeld ongeveer $3700\,\mathrm{m}$ diep, bijna de helft van de hoogte van de hoogste berg op het land. Zijn diepste punt, de Challengerdiepte in de Marianentrog in de Stille Oceaan, ligt bijna $11\,000\,\mathrm{m}$ onder het oppervlak.

Methode 26.2 (Een profiel van de oceaanbodem lezen)

1. Lees de assen: de afstand in de breedte, de hoogte of diepte op en neer, en de verticale overdrijving.
2. Zoek het zeeniveau (hoogte 0) en de kusten waar het profiel het snijdt.
3. Volg de bodem vanaf een kust: het ondiepe plat, de steile helling, dan de diepe, vlakke vlakten.
4. Zoek wat uit de vlakten oprijst (een rug) of eronder wegzakt (een trog), en lees de diepte ervan af.

Voorbeeld 26.3 (Dwars door de zuidelijke Atlantische Oceaan)

Op het bovenste profiel daalt de bodem voorbij de kust van Zuid-Amerika in minder dan $300\,\mathrm{km}$ tot meer dan $3000\,\mathrm{m}$ diepte. Abyssale vlakten, tussen $3500\,\mathrm{m}$ en $5000\,\mathrm{m}$ diep, vullen het grootste deel van de breedte. Halverwege, ongeveer $4400\,\mathrm{km}$ langs het profiel, rijst de Midden-Atlantische Rug op tot ongeveer $2300\,\mathrm{m}$ onder het oppervlak: meer dan $2000\,\mathrm{m}$ boven de vlakten, een bergketen die onder de zee verborgen ligt. De vlakten worden weer dieper dan $5000\,\mathrm{m}$ voordat de bodem naar Afrika omhoogklimt.

26.2 Zout water

Zeewater smaakt zout omdat er zouten in zijn opgelost. De meeste komen uit de gesteenten van de continenten: regen tast de gesteenten langzaam aan en rivieren voeren hun opgeloste zouten naar zee. Sommige komen uit hete bronnen op de oceaanbodem.

Definitie 26.4 (Zoutgehalte)

Het zoutgehalte van zeewater is de massa zouten die in een kilogram zeewater is opgelost. Gemiddeld is het ongeveer $35\,\mathrm{g}$ per kilogram: $3.5\,\%$ van de massa van zeewater is zout.

Het zoutgehalte is niet overal gelijk. Als zeewater verdampt, verdwijnt het water maar blijven de zouten achter: waar de zon fel is en regen zeldzaam, wordt de zee zouter. Waar veel regen valt, of waar een grote rivier uitmondt, is de zee minder zout. Als zeewater bevriest tot zee-ijs, blijft het zout achter in het water eromheen, dat daardoor ook zouter wordt. Over het geheel is het zoutgehalte laag bij de evenaar, waar het veel regent, en bij de polen; het is het hoogst op de middelste breedten, onder de droge gordels rond $30{}^{\circ}$.

26.3 Stromingen aan het oppervlak

De oceaan is nooit stil. De winden trekken aan zijn oppervlak en zetten het water in beweging: de gestage passaatwinden duwen het bij de evenaar naar het westen, en de westenwinden duwen het op de middelste breedten naar het oosten. Net als de winden wordt het bewegende water afgebogen door de draaiing van de Aarde: naar rechts op het noordelijk halfrond, naar links op het zuidelijk halfrond.

Definitie 26.5 (Zeestroming en gyre)

Een zeestroming is een gestage beweging van zeewater in één richting, zoals een rivier in de oceaan. Een gyre is een heel grote kringloop van zeestromingen die rond een oceaanbekken draait.

Er zijn vijf grote gyres: in de noordelijke en de zuidelijke Atlantische Oceaan, in de noordelijke en de zuidelijke Stille Oceaan, en in de Indische Oceaan. Die van het noordelijk halfrond draaien met de klok mee, die van het zuidelijk halfrond tegen de klok in. Aan de westkant van elke oceaan is de stroming van de gyre smal en snel; aan de oostkant is ze breed en langzaam.

In het laboratorium — Een gyre in een schaal

Vul binnen een grote ronde schaal met water en strooi een snufje peper op het oppervlak. Blaas met een rietje zacht en gelijkmatig over de schaal, altijd in dezelfde richting, dicht bij een van de randen. Kijk naar de peper: het water bij het oppervlak gaat met je adem mee bewegen, en al snel draait het hele oppervlak in een kringloop rond de schaal.

De bekendste van deze stromingen is de Golfstroom. Hij verlaat de Golf van Mexico, loopt langs de kust van Florida naar het noorden, buigt ter hoogte van North Carolina af naar het oosten en steekt de Atlantische Oceaan over naar het noordoosten. Zijn warme water beweegt gemiddeld met ongeveer $6.4\,\mathrm{km}$ per uur, aan het oppervlak tot ongeveer $9\,\mathrm{km}$ per uur, en hij voert meer water mee dan alle rivieren van de wereld samen. Hij houdt de oostkust van Florida ’s winters warmer en brengt zachte lucht naar West-Europa.

26.4 Diepe stromingen en de warmte van de oceaan

De winden drijven de stromingen aan het oppervlak aan. Ver daaronder, in de koude duisternis van de diepzee, beweegt het water ook, maar veel langzamer. In het hoge noorden van de Atlantische Oceaan geeft het warme water dat de Golfstroom aanvoert zijn warmte af aan de koude lucht; afgekoeld, en zouter geworden doordat er zee-ijs ontstaat, wordt het dichter en zakt het naar de bodem. Dit koude, zoute water kruipt langs de oceaanbodem naar het zuiden, helemaal tot Antarctica, en dan de Indische en de Stille Oceaan in, waar het langzaam opstijgt en aan het oppervlak terugkeert. Een waterdruppel kan er ongeveer $1000$ jaar over doen om deze grote kringloop één keer rond te gaan: de grote oceanische transportband.

Voorbeeld 26.6 (Hoe langzaam is het diepe water?)

De kringloop op de kaart is ruwweg $70\,000\,\mathrm{km}$ lang. Als een waterdruppel er ongeveer $1000$ jaar over doet om hem rond te gaan, beweegt hij gemiddeld ongeveer $70\,000 \div 1000 = 70\,\mathrm{km}$ per jaar, dat is ongeveer $200\,\mathrm{m}$ per dag. De Golfstroom legt met $6.4\,\mathrm{km}$ per uur ongeveer $150\,\mathrm{km}$ per dag af: hij komt in ongeveer 11 uur even ver als het diepe water in een heel jaar.

Samen voeren de stromingen aan het oppervlak en in de diepte warmte mee: warm water stroomt van de tropen naar de polen, en koud water stroomt terug naar de evenaar. Net als de winden vlakt de oceaan de ongelijke opwarming van de Aarde door de Zon af.

26.5 Oefeningen

Oefening 26.1 ★

Zet deze delen van de oceaanbodem in de volgorde waarin een onderzeeër ze tegenkomt als hij van een kust naar het midden van de Atlantische Oceaan vaart: abyssale vlakte; continentale helling; oceanische rug; continentaal plat.

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.1.

Continentaal plat, continentale helling, abyssale vlakte, oceanische rug.

Oefening 26.2 ★

Waar of niet waar? Verbeter de onware zinnen. (a) De oceaan is gemiddeld ongeveer $37\,\mathrm{km}$ diep. (b) De gyres van het noordelijk halfrond draaien met de klok mee. (c) Verdamping maakt zeewater minder zout. (d) De Golfstroom is een warme stroming.

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.2.

(a) Niet waar: ongeveer $3700\,\mathrm{m}$, dat is $3.7\,\mathrm{km}$. (b) Waar. (c) Niet waar: verdamping haalt water weg en laat de zouten achter, dus wordt het water zouter. (d) Waar.

Oefening 26.3 ★

Geef het woord bij elke beschrijving: (a) een lange keten van bergen onder de zee; (b) de massa zout in een kilogram zeewater; (c) een heel grote kringloop van zeestromingen; (d) een lange, smalle en heel diepe geul in de oceaanbodem.

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.3.

(a) Een oceanische rug. (b) Het zoutgehalte. (c) Een gyre. (d) Een diepzeetrog.

Oefening 26.4 ★

Op de kaart van de gyres: (a) in welke richting draait de gyre van de zuidelijke Atlantische Oceaan? (b) Noem een warme en een koude stroming van de noordelijke Atlantische Oceaan. (c) Welke winden duwen het water bij de evenaar naar het westen?

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.4.

(a) Tegen de klok in. (b) Warm: de Golfstroom; koud: de Canarische Stroom. (c) De passaatwinden.

Oefening 26.5 ★★

Een monster van $1\,\mathrm{kg}$ zeewater bevat $35\,\mathrm{g}$ zouten. (a) Welk percentage van zijn massa is zout? (b) Hoeveel gram zouten zit er in $20\,\mathrm{kg}$ van dit water? (c) Hoeveel kilogram zeewater bevat $1\,\mathrm{kg}$ zouten?

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.5.

(a) $35 \div 1000 \times 100 = 3.5~\%$. (b) $20 \times 35 = 700\,\mathrm{g}$. (c) $1000 \div 35 \approx 28.6$: ongeveer $29\,\mathrm{kg}$.

Oefening 26.6 ★★

De sonar van een schip zendt een geluidspuls recht naar beneden. De echo komt $6\,\mathrm{s}$ later terug. Geluid legt in zeewater ongeveer $1500\,\mathrm{m}$ per seconde af. (a) Hoe ver gaat het geluid in $6\,\mathrm{s}$? (b) Waarom is de diepte maar de helft van deze afstand? (c) Wat is de diepte? (d) Boven welk deel van de oceaanbodem zou het schip kunnen zijn?

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.6.

(a) $1500 \times 6 = 9000\,\mathrm{m}$. (b) Het geluid gaat naar de bodem en komt weer omhoog: het legt de diepte twee keer af. (c) $9000 \div 2 = 4500\,\mathrm{m}$. (d) Een abyssale vlakte (een trog zou dieper zijn, een rug of een plat minder diep).

Oefening 26.7 ★★

Gebruik het profiel dwars door de zuidelijke Atlantische Oceaan. (a) Hoe diep liggen de abyssale vlakten ongeveer? (b) Op welke afstand langs het profiel ligt de top van de Midden-Atlantische Rug, en hoe diep ligt hij? (c) Hoeveel meter rijst de rug boven de vlakten uit? (d) Waarom heeft het profiel een verticale overdrijving nodig?

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.7.

(a) Tussen ongeveer $3500\,\mathrm{m}$ en $5000\,\mathrm{m}$. (b) Ongeveer $4400\,\mathrm{km}$ langs het profiel, ongeveer $2300\,\mathrm{m}$ diep. (c) Ongeveer $4500 - 2300 = 2200\,\mathrm{m}$ (tussen 1200 en $2700\,\mathrm{m}$, afhankelijk van de gekozen vlakte). (d) De oceaan is een paar kilometer diep maar duizenden kilometers breed: op dezelfde schaal getekend zou het hele profiel dunner zijn dan een lijn.

Oefening 26.8 ★★

Zee A ligt tussen twee woestijnen: het regent er bijna nooit en er mondt geen grote rivier in uit. Zee B, in een regenrijk gebied, ontvangt veel grote rivieren. Leg uit welke van de twee zouter is dan de open oceaan, en welke minder zout. Gebruik de woorden verdamping, zoet water, zouten blijven achter.

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.8.

Zee A is zouter: de zon en de droge lucht veroorzaken sterke verdamping, het water verdwijnt, de zouten blijven achter, en bijna geen regen of rivier brengt zoet water terug. Zee B is minder zout: haar rivieren en haar regen brengen veel zoet water, dat de zouten verdunt.

Oefening 26.9 ★★

Voor de kust van Florida wordt een flessenpost in zee gegooid. (a) Welke stroming voert hem eerst mee, en in welke richting? (b) In welke richting steekt hij daarna de Atlantische Oceaan over? (c) Langs welke kust zou hij naar het zuiden reizen als hij de gyre verder rondging? (d) Is deze stroming warm of koud?

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.9.

(a) De Golfstroom, eerst naar het noorden langs de kust, dan naar het noordoosten. (b) Naar het oosten (noordoosten), met de Noord-Atlantische Stroom. (c) Langs de kust van Noordwest-Afrika (en van Spanje en Portugal), met de Canarische Stroom. (d) Koud.

Oefening 26.10 ★★

De Golfstroom beweegt gemiddeld met ongeveer $6.4\,\mathrm{km}$ per uur. (a) Hoe ver reist zijn water in één dag? (b) In een week? (c) Vergelijk met iemand die $5\,\mathrm{km}$ per uur wandelt.

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.10.

(a) $6.4 \times 24 = 153.6$: ongeveer $154\,\mathrm{km}$. (b) $153.6 \times 7 \approx 1075\,\mathrm{km}$. (c) De Golfstroom is iets sneller dan een wandelaar, maar hij stopt nooit, dag en nacht.

Oefening 26.11 ★★★

De oceaan is gemiddeld ongeveer $3700\,\mathrm{m}$ diep, en zijn diepste punt is bijna $11\,000\,\mathrm{m}$ diep. (a) Schrijf beide diepten in kilometer. (b) Hoeveel keer dieper dan het gemiddelde is het diepste punt? Rond af op één decimaal. (c) Een sonarecho van het diepste punt: hoeveel seconden doet hij erover om terug te komen, bij $1500\,\mathrm{m}$ per seconde? (d) Een waterdruppel van de transportband zakt in de noordelijke Atlantische Oceaan. Als hij er ongeveer $1000$ jaar over doet om rond te gaan, hoeveel jaar is dat als macht van tien?

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.11.

(a) $3.7\,\mathrm{km}$ en $11\,\mathrm{km}$. (b) $11000 \div 3700 \approx 3.0$ keer. (c) Het geluid legt $2 \times 11000 = 22\,000\,\mathrm{m}$ af; $22000 \div 1500 \approx 14.7$: ongeveer $15\,\mathrm{s}$. (d) $1000 = 10^3$ jaar.

Oefening 26.12 ★★★

De grote transportband van de diepzee begint in de Noorse Zee, voor de kust van Noorwegen, waar warm water dat de Golfstroom aanvoert zijn warmte afgeeft aan de koude lucht. (a) Leg met de kaart van de gyres en het hoofdstuk stap voor stap uit hoe dit warme water vanuit de tropen daar is gekomen, en welke winden het hebben voortgeduwd. (b) Leg uit waarom het water daarna zakt. (c) Waar gaat het daarna naartoe?

Oplossing

Oplossing van Oefening 26.12.

(a) Bij de evenaar duwen de passaatwinden warm tropisch water naar het westen. Aan de westrand van de Atlantische Oceaan buigt het naar het noorden af met de Golfstroom, een warme stroming, langs Florida en Noord-Amerika. De westenwinden duwen het dan over de Atlantische Oceaan naar het noordoosten, tot in de zeeën voor Noorwegen. (b) Daar geeft het zijn warmte af aan de koude lucht: het koelt af, en het wordt zouter als er zee-ijs ontstaat, omdat het zout in het water achterblijft. Koud, zout water is dicht, dus zakt het naar de bodem. (c) Het kruipt langs de oceaanbodem naar het zuiden, naar Antarctica, en dan de Indische en de Stille Oceaan in, waar het langzaam weer opstijgt.

26.6 Probleem: Een drijvende boei

Probleem 26.1

Weekendprobleem — een drijvende boei wordt voor Florida te water gelaten en rond de gyre van de noordelijke Atlantische Oceaan meegevoerd; zijn reis wordt etappe voor etappe gevolgd, en de tijd die hij nodig heeft om één keer rond te gaan wordt berekend

Wetenschappers laten voor de kust van Florida een drijvende boei te water. Hij drijft net onder het oppervlak, beweegt met de stromingen mee en stuurt zijn positie naar een satelliet. Zijn batterijen gaan ongeveer een jaar mee. De kaart toont de vier etappes van zijn reis rond de gyre van de noordelijke Atlantische Oceaan.

etappe	stroming	lengte (km)	gemiddelde snelheid (km per dag)
A	Golfstroom	3800	100
B	Noord-Atlantische Stroom	2100	20
C	Canarische Stroom	3100	20
D	Noordequatoriale Stroom	6100	20

Deel I — De lancering.

1. In welke oceaan, en op welk halfrond, wordt de boei te water gelaten?
2. In welke richting draait de gyre? Wordt de boei eerst naar het noorden of naar het zuiden meegevoerd?
3. Is het water van etappe A warm of koud? En dat van etappe C? Leg uit.
4. Welke winden drijven de stromingen van etappe B aan? En die van etappe D?

Deel II — Rond de gyre.

5. Hoeveel dagen duurt etappe A?
6. Hoeveel dagen duren de etappes B, C en D?
7. Wat is de totale lengte van de reis rond de gyre?
8. Waarom is etappe A zoveel sneller dan de andere?

Deel III — De duur van de reis.

9. Hoeveel dagen heeft de boei nodig om één keer rond de gyre te gaan?
10. Hoeveel maanden is dat, als je een maand op 30 dagen stelt? Rond af op een hele maand.
11. Op welke etappe raken de batterijen leeg, na ongeveer een jaar (365 dagen)?
12. Hoeveel maanden batterij zou de boei extra nodig hebben om zijn positie de hele weg rond te sturen?

Oplossing

Oplossing van Probleem 26.1.

1. In de Atlantische Oceaan, op het noordelijk halfrond.

2. Met de klok mee; de boei wordt eerst naar het noorden meegevoerd.

3. Etappe A (Golfstroom) is warm: hij komt uit de tropen. Etappe C (Canarische Stroom) is koud: hij komt van hogere breedten, op weg naar de evenaar.

4. Etappe B: de westenwinden. Etappe D: de passaatwinden.

5. $3800 \div 100 = 38$ dagen.

6. B: $2100 \div 20 = 105$ dagen. C: $3100 \div 20 = 155$ dagen. D: $6100 \div 20 = 305$ dagen.

7. $3800 + 2100 + 3100 + 6100 = 15\,100\,\mathrm{km}$.

8. De Golfstroom is de smalle, snelle stroming aan de westkant van de gyre; de stromingen aan de andere kanten zijn breed en langzaam.

9. $38 + 105 + 155 + 305 = 603$ dagen.

10. $603 \div 30 = 20.1$: ongeveer 20 maanden.

11. Na de etappes A, B en C zijn er $38 + 105 + 155 = 298$ dagen verstreken; de 365 dagen vallen tijdens etappe D (de Noordequatoriale Stroom), $365 - 298 = 67$ dagen na het begin ervan.

12. $603 - 365 = 238$ dagen meer, dat is $238 \div 30 \approx 8$ maanden meer.