6De gelaagde oceaan

Op een zomerdag zwem je vanaf een strand de zee in, in water dat aangenaam warm is. Dan laat je je benen naar beneden hangen — en je voeten voelen water dat een paar meter onder het oppervlak opeens koud is. De zee is niet van boven tot onder gemengd: ze bestaat uit lagen, warm en licht boven, koud en dicht onder. In de open oceaan reikt diezelfde gelaagdheid kilometers diep, en ze bepaalt waar de zee een woestijn is en waar ze wemelt van het leven. Dit hoofdstuk bekijkt de oceaan in de diepte: hoe hij wordt gemeten, hoe zijn temperatuur en zoutgehalte naar beneden toe veranderen, waarom de lagen stabiel zijn, en waar koud diep water weer naar het oppervlak komt.

Wat je al weet

Zeewater bevat opgeloste zouten: zijn zoutgehalte, gemiddeld ongeveer 35 gram zout per kilogram zeewater, verschilt van zee tot zee. Winden drijven de oppervlaktestromingen en de grote kringvormige gyres aan; diepe stromingen van koud, zout water bewegen langzaam over de oceaanbodem (Boek 1, jaar 8). Dichtheid is massa gedeeld door volume (de natuurkundeboeken). Het fytoplankton, microscopisch kleine algen, heeft licht en minerale voedingsstoffen nodig om door fotosynthese te groeien, en het voedt de rest van de voedselketens van de oceaan (de biologieboeken).

6.1 De oceaan meten

De oceaan bedekt ongeveer $362$ miljoen $\mathrm{km}^{2}$ en is gemiddeld $3682\,\mathrm{m}$ diep: zo’n $1.33$ miljard $\mathrm{km}^{3}$ water. Het grootste deel ligt ver buiten het bereik van het licht, en kan alleen worden gemeten door er instrumenten naartoe te laten zakken.

Vanaf een schip laten oceanografen aan een kabel een frame zakken met sensoren die de geleidbaarheid van het water meten (waaruit het zoutgehalte wordt berekend), de temperatuur en de druk (en dus de diepte), omringd door een krans van flessen die op gekozen diepten worden gesloten om watermonsters aan boord te brengen. Sinds 2000 heeft een vloot van robotboeien er miljoenen profielen aan toegevoegd: elke boei drijft met de stromingen mee op een diepte van $1000\,\mathrm{m}$, zakt ongeveer elke tien dagen naar $2000\,\mathrm{m}$, stijgt dan naar het oppervlak terwijl ze onderweg temperatuur en zoutgehalte meet, en verstuurt haar profiel via een satelliet.

Cijfers van 2026

Het internationale Argo-netwerk telt bijna 4000 actieve boeien; het drie miljoenste profiel werd in juli 2024 verzameld.

Gemiddeld over decennia van metingen geven deze profielen een beeld van de oceaan in de diepte. De profielen van dit hoofdstuk zijn zulke gemiddelden, uit de World Ocean Atlas 2023 van de NOAA National Centers for Environmental Information.

6.2 Temperatuur en diepte

Zonlicht verwarmt de oceaan van boven, in zijn oppervlaktelaag. Wind en golven mengen dit warme water tot een laag met een bijna uniforme temperatuur. Daaronder daalt de temperatuur snel over een paar honderd meter; nog dieper daalt ze langzaam tot het koude water dat de oceaanbekkens vult.

Definitie 6.1 (Gemengde laag)

De gemengde laag is de oppervlaktelaag van de oceaan, die door wind en golven wordt gemengd, waarin temperatuur en zoutgehalte nauwelijks met de diepte veranderen.

Definitie 6.2 (Thermocline; halocline; pycnocline; diepe oceaan)

De thermocline is de laag onder de gemengde laag waarin de temperatuur snel daalt met de diepte. De laag waarin het zoutgehalte snel verandert met de diepte, is een halocline; de laag waarin de dichtheid snel toeneemt met de diepte, is de pycnocline. Daaronder ligt de diepe oceaan, koud en langzaam veranderend.

In de tropische Grote Oceaan is de gemengde laag $29.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ warm en zo’n $60\,\mathrm{m}$ dik; tussen $70\,\mathrm{m}$ en $300\,\mathrm{m}$ daalt de temperatuur met bijna negentien graden, en op $1000\,\mathrm{m}$ is ze gezakt tot $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$. In de noordelijke Atlantische Oceaan is het oppervlak koeler en de daling geleidelijker. In de Noordelijke IJszee blijft de hele kolom binnen twee graden van $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: van een warme oppervlaktelaag is nauwelijks sprake.

Methode 6.3 (Een oceaanprofiel lezen)

1. Zoek de assen: de diepte neemt naar beneden toe, de gemeten grootheid lees je langs de bovenkant af.
2. De gemengde laag is het bovenste deel, waar de kromme bijna verticaal loopt; haar diepte is de plaats waar de kromme begint af te buigen (een gangbare regel: waar de temperatuur $0.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ onder haar waarde aan het oppervlak is gedaald).
3. De thermocline is waar de kromme het dichtst bij horizontaal ligt: de grootste verandering over de kleinste diepte.
4. Lees daaronder de diepe waarden af, en vergelijk plaatsen op dezelfde diepte.

De gemengde laag verandert met de seizoenen. In de winter verliest het oppervlak warmte, stormen woelen de zee om en de gemengde laag wordt dieper; in de zomer verwarmt de zon een dunne oppervlaktelaag die de zachtere winden niet naar beneden kunnen mengen, en ontstaat er dicht bij het oppervlak een seizoensthermocline — het koude water dat de voeten van de zwemmer voelen.

6.3 Zoutgehalte en dichtheid

De dichtheid van zeewater hangt af van zijn temperatuur en zijn zoutgehalte. Ze wordt berekend met een internationaal afgesproken formule, de toestandsvergelijking van zeewater, die op laboratoriummetingen is aangepast.

Propositie 6.4 (Dichtheid van zeewater)

De dichtheid van zeewater neemt toe met zijn zoutgehalte en af naarmate zijn temperatuur stijgt. Bij de druk aan het oppervlak heeft zeewater met zoutgehalte 35 een dichtheid van $1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ bij $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ en $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ bij $25{}^{\circ}\mathrm{C}$; zuiver water van $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ heeft een dichtheid van $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

De grafiek laat twee dingen zien. Eén eenheid zoutgehalte voegt ongeveer $0.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ toe. Eén graad opwarming haalt er ongeveer $0.31\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ af bij $25{}^{\circ}\mathrm{C}$, $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ bij $10{}^{\circ}\mathrm{C}$, maar slechts $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ rond $0{}^{\circ}\mathrm{C}$: in warme zeeën bepaalt de temperatuur de dichtheid, in koude zeeën het zoutgehalte.

Opmerking 6.5

De dichtheden van dit hoofdstuk zijn berekend bij de druk aan het oppervlak. De druk van het water erboven drukt zeewater een beetje samen, met ongeveer $4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ per kilometer diepte; oceanografen vergelijken watermassa’s bij dezelfde druk, zodat alleen temperatuur en zoutgehalte meetellen.

In de tropische Grote Oceaan valt de pycnocline samen met de thermocline. In de Noordelijke IJszee verandert de temperatuur nauwelijks, maar het zoutgehalte stijgt van 28 aan het oppervlak, verzoet door rivieren en smeltend ijs, tot 34.8 op $500\,\mathrm{m}$: de halocline is de pycnocline. In elk geval neemt de dichtheid naar beneden toe.

Definitie 6.6 (Gelaagdheid)

De oceaan is gelaagd wanneer zijn dichtheid toeneemt met de diepte: lichter water ligt in lagen op dichter water.

Een gelaagde oceaan is stabiel. Een waterpakketje dat naar beneden in dichter water wordt geduwd, is lichter dan zijn omgeving en drijft weer omhoog; een pakketje dat omhoog wordt geduwd, zakt terug. Om de lagen te mengen moet de wind hiertegen in werken, en hoe sterker de pycnocline, hoe moeilijker dat is: de thermocline is een deksel dat het oppervlak van de diepe oceaan scheidt. De diepe oceaan is gevuld met water dat lang geleden is gezonken in de koude poolzeeën, waar oppervlaktewater dicht genoeg wordt om te zinken (Boek 1, jaar 8).

6.4 Opwelling

Definitie 6.7 (Opwelling)

Opwelling is het opstijgen van koud water van onder de oppervlaktelaag, ter vervanging van oppervlaktewater dat door de wind wordt weggeduwd. Ze komt voor langs sommige kusten en in de open oceaan.

Langs een kust sleept de wind die evenwijdig aan de kust waait het oppervlaktewater mee; door de draaiing van de Aarde volgt het water de wind niet gewoon, maar buigt het ervan af, naar rechts op het noordelijk halfrond en naar links op het zuidelijk halfrond (hoe dat werkt, komt aan bod in de universitaire boeken). Voor de kust van Peru waait de wind langs de kust naar de evenaar, en wordt het oppervlaktewater naar open zee geduwd; dicht bij de kust stijgt koud water op om zijn plaats in te nemen. Opwelling vindt ook plaats langs de evenaar, waar de passaatwinden het oppervlaktewater aan beide kanten wegduwen.

Het water dat opstijgt, is niet alleen koud. Onder de verlichte oppervlaktelaag laten de resten van dood plankton, die zinken en vergaan, de minerale voedingsstoffen vrij die het fytoplankton nodig heeft. Terug in het licht maken die voedingsstoffen de opwellingsgebieden tot de productiefste wateren van de oceaan, met de rijkste visgronden. Waar de oceaan sterk gelaagd is en niets diep water omhoogbrengt, raakt de verlichte laag zonder voedingsstoffen: de centra van de subtropische gyres zijn de woestijnen van de oceaan.

6.5 Oefeningen

Oefening 6.1 ★

Definieer de gemengde laag en de thermocline. Wat mengt de gemengde laag?

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.1.

De gemengde laag is de oppervlaktelaag van de oceaan waarin temperatuur en zoutgehalte nauwelijks met de diepte veranderen; de thermocline is de laag daaronder, waarin de temperatuur snel daalt met de diepte. Wind en golven mengen de gemengde laag (in de winter geholpen door de afkoeling van het oppervlak).

Oefening 6.2 ★

Definieer opwelling. Waarom zijn de wateren van opwellingsgebieden rijk aan leven?

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.2.

Opwelling is het opstijgen van koud water van onder de oppervlaktelaag, ter vervanging van oppervlaktewater dat door de wind is weggeduwd. Het opstijgende water brengt minerale voedingsstoffen in de verlichte laag, waar het fytoplankton ze gebruikt om te groeien; het fytoplankton voedt de rest van de voedselketen.

Oefening 6.3 ★

Geef met de temperatuurprofielen van de drie plaatsen de temperatuur aan het oppervlak en op $1000\,\mathrm{m}$ in de tropische Grote Oceaan en in de Noordelijke IJszee.

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.3.

Tropische Grote Oceaan: ongeveer $29{}^{\circ}\mathrm{C}$ aan het oppervlak en $4.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ op $1000\,\mathrm{m}$. Noordelijke IJszee: ongeveer $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ aan het oppervlak en dicht bij $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ op $1000\,\mathrm{m}$.

Oefening 6.4 ★

Wat is dichter: zeewater met zoutgehalte 35 bij $25{}^{\circ}\mathrm{C}$ of bij $0{}^{\circ}\mathrm{C}$? Zeewater met zoutgehalte 35 of zuiver water, bij dezelfde temperatuur? Gebruik de waarden uit het hoofdstuk.

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.4.

Bij $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ ($1028.1\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ tegen $1023.3\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ bij $25{}^{\circ}\mathrm{C}$). Zeewater: bij $4{}^{\circ}\mathrm{C}$ heeft zuiver water een dichtheid van $1000.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, zeewater met zoutgehalte 35 ongeveer $1027.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ (afgelezen op de grafiek).

Oefening 6.5 ★

Leg uit hoe een profielboei een profiel van de oceaan meet, en waarom boeien nuttig zijn waar zelden schepen komen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.5.

De boei drijft op $1000\,\mathrm{m}$, zakt naar $2000\,\mathrm{m}$ en stijgt dan naar het oppervlak, terwijl ze onderweg temperatuur, zoutgehalte (uit de geleidbaarheid) en druk meet; aan het oppervlak verstuurt ze haar profiel via een satelliet en zakt ze weer. Boeien drijven met de stromingen over de hele oceaan en werken jarenlang, in alle seizoenen, ver van de scheepvaartroutes.

Oefening 6.6 ★★

De oceaan bedekt $361.84$ miljoen $\mathrm{km}^{2}$ met een gemiddelde diepte van $3682\,\mathrm{m}$. Bereken zijn volume in kubieke kilometer. Welk deel van zijn diepte vormen de bovenste $100\,\mathrm{m}$?

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.6.

$361.84\times10^6 \times 3.682 \approx 1.33 \times 10^{9}\,\mathrm{km}^{3}$, ongeveer $1.33$ miljard kubieke kilometer. $100/3682 \approx 0.027$: minder dan $3\,\%$ van de gemiddelde diepte.

Oefening 6.7 ★★

In het augustusprofiel van de noordelijke Atlantische Oceaan is de temperatuur $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ aan het oppervlak, $22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$ op $15\,\mathrm{m}$, $21.8{}^{\circ}\mathrm{C}$ op $20\,\mathrm{m}$ en $17.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ op $50\,\mathrm{m}$. Schat met de regel van de methode de diepte van de gemengde laag. Hoe snel daalt de temperatuur gemiddeld tussen $20\,\mathrm{m}$ en $50\,\mathrm{m}$, in graden per meter?

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.7.

$22.7 - 0.5 = 22.2{}^{\circ}\mathrm{C}$, bereikt op $15\,\mathrm{m}$: de gemengde laag is ongeveer $15\,\mathrm{m}$ diep. Tussen $20\,\mathrm{m}$ en $50\,\mathrm{m}$: $(21.8 - 17.3)/30 = 0.15{}^{\circ}\mathrm{C}$ per meter.

Oefening 6.8 ★★

Op dezelfde plaats in de noordelijke Atlantische Oceaan is het oppervlak $15.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ in februari en $22.7{}^{\circ}\mathrm{C}$ in augustus, terwijl het water op $300\,\mathrm{m}$ in beide maanden $13.5{}^{\circ}\mathrm{C}$ is. Leg uit waarom het diepe water de seizoenen niet volgt, en waarom de gemengde laag in de winter veel dieper is dan in de zomer.

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.8.

De zon verwarmt alleen de oppervlaktelaag, en de opwarming en afkoeling van de seizoenen verspreiden zich alleen door de gemengde laag: onder de thermocline is het water ervan afgesloten. In de winter koelt het oppervlak af, wordt het dichter en zakt het in het water eronder, en woelen de stormen de zee om: de menging reikt diep. In de zomer verwarmt de zon een lichte oppervlaktelaag die op het koudere water drijft; de zachtere winden kunnen die niet naar beneden duwen, en de gemengde laag blijft dun.

Oefening 6.9 ★★

Rond $10{}^{\circ}\mathrm{C}$ voegt één eenheid zoutgehalte $0.78\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ toe aan de dichtheid en haalt één graad opwarming er $0.18\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ af. Hoeveel graden opwarming heffen één eenheid zoutgehalte op? Beantwoord dezelfde vraag rond $0{}^{\circ}\mathrm{C}$, waar één graad er maar $0.06\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ af haalt. Wat besluit je voor de poolzeeën?

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.9.

$0.78/0.18 \approx 4.3$ graden rond $10{}^{\circ}\mathrm{C}$; $0.78/0.06 = 13$ graden rond $0{}^{\circ}\mathrm{C}$. In de koude poolzeeën tellen kleine veranderingen van het zoutgehalte veel zwaarder voor de dichtheid dan veranderingen van de temperatuur: daar bepaalt het zoutgehalte de gelaagdheid.

Oefening 6.10 ★★

In de Noordelijke IJszee is het water aan het oppervlak $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ met een zoutgehalte van 28.1, en op $200\,\mathrm{m}$ $-1.4{}^{\circ}\mathrm{C}$ met een zoutgehalte van 33.3. Hun dichtheden zijn $1022.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ en $1026.8\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$. Wat maakt het diepere water dichter? Geef de naam van de laag ertussen.

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.10.

De temperatuur is dezelfde: het diepere water is dichter omdat het zouter is (33.3 tegen 28.1). De laag ertussen, waar het zoutgehalte snel verandert met de diepte, is een halocline; hier is ze ook de pycnocline.

Oefening 6.11 ★★

Leg met een pakketje oppervlaktewater dat door een golf naar beneden wordt geduwd uit waarom een gelaagde oceaan stabiel is.

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.11.

Naar beneden geduwd behoudt het pakketje zijn temperatuur en zoutgehalte, en dus zijn dichtheid. Omringd door dichter water is het lichter dan het water dat het verplaatst: de opwaartse kracht duwt het terug naar zijn eigen niveau. Een pakketje dat omhoog wordt geduwd, zou dichter zijn dan zijn nieuwe omgeving en terugzakken. De lagen zijn stabiel.

Oefening 6.12 ★★★

Een liter zeewater met zoutgehalte 35 van $0{}^{\circ}\mathrm{C}$ wordt verwarmd tot $25{}^{\circ}\mathrm{C}$. Bereken met de dichtheden uit het hoofdstuk zijn massa, en dan zijn nieuwe volume. Hoeveel is het uitgezet, in milliliter? Een oceaanlaag van $700\,\mathrm{m}$ dik warmt in dezelfde verhouding op: hoeveel wordt ze dikker? (Dit is een sterke overdrijving van de echte opwarming van de oceaan, hier alleen gebruikt om het effect te laten zien.)

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.12.

Massa: $0.001 \times 1028.1 = 1.0281\,\mathrm{kg}$. Nieuw volume: $1.0281/1023.3 \approx 0.001\,004\,7\,\mathrm{m}^{3}$, ongeveer $1004.7\,\mathrm{mL}$: het is ongeveer $4.7\,\mathrm{mL}$ uitgezet, $0.47\,\%$. De laag van $700\,\mathrm{m}$ zou $700 \times 0.0047 \approx 3.3\,\mathrm{m}$ dikker worden.

Oefening 6.13 ★★★

In de tropische Grote Oceaan is de dichtheid $1021.6\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ op $50\,\mathrm{m}$ en $1026.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ op $200\,\mathrm{m}$; in de noordelijke Atlantische Oceaan verandert de temperatuur in februari nauwelijks over de bovenste $150\,\mathrm{m}$. In welke van de twee zou een storm het water gemakkelijker tot $150\,\mathrm{m}$ diep kunnen mengen? Leg uit.

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.13.

In de noordelijke Atlantische Oceaan in februari. Daar hebben de bovenste $150\,\mathrm{m}$ bijna dezelfde temperatuur, en dus bijna dezelfde dichtheid: ze mengen kost weinig. In de tropische Grote Oceaan stijgt de dichtheid met $1026.0 - 1021.6 = 4.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ tussen $50\,\mathrm{m}$ en $200\,\mathrm{m}$: een sterke pycnocline, en de storm zou licht water naar beneden moeten duwen in veel dichter water.

Oefening 6.14 ★★★

Zoek op de chlorofylkaart twee gebieden met veel chlorofyl in de open oceaan, ver van elke kust, en één groot gebied met heel weinig chlorofyl. Verklaar elk ervan met behulp van het hoofdstuk.

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.14.

Veel chlorofyl ver van de kusten: de band langs de evenaar in de Grote Oceaan (en in de Atlantische Oceaan), waar de passaatwinden een opwelling aandrijven; en de hoge breedten, zoals de noordelijke Atlantische Oceaan, waar de gemengde laag in de winter diep reikt en voedingsstoffen omhoogbrengt. Heel weinig chlorofyl: de centra van de subtropische gyres, sterk gelaagd, waar niets diep water omhoogbrengt en de verlichte laag zonder voedingsstoffen is geraakt.

Oefening 6.15 ★★★

Stel dat een boei in zes uur van $1000\,\mathrm{m}$ naar $2000\,\mathrm{m}$ zakt, en daarna in tien uur naar het oppervlak stijgt. Bereken haar gemiddelde verticale snelheid in elke fase, in centimeter per seconde. Als ze tijdens het stijgen elke $2\,\mathrm{s}$ meet, hoeveel metingen bevat een profiel dan, en hoeveel diepte ligt er gemiddeld tussen twee ervan?

Oplossing

Oplossing van Oefening 6.15.

Zakken: $1000/(6 \times 3600) \approx 0.046\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, ongeveer $4.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. Stijgen: $2000/(10 \times 3600) \approx 0.056\,\mathrm{m}/\mathrm{s}$, ongeveer $5.6\,\mathrm{cm}/\mathrm{s}$. $36\,000/2 = 18\,000$ metingen, gemiddeld $2000/18\,000 \approx 0.11\,\mathrm{m}$ uit elkaar.

6.6 Probleem: een profielmeting voor de kust van Peru

Probleem 6.1

Weekendprobleem — twee profielen van de zuidelijke Grote Oceaan

De tabel geeft de gemiddelde temperatuur en het gemiddelde zoutgehalte, en de dichtheid berekend bij de druk aan het oppervlak, op twee plaatsen in de zuidelijke Grote Oceaan: voor de kust van Peru ($13.5{}^{\circ}$ ZB, $77.5{}^{\circ}$ WL) en midden in de subtropische gyre ($20.5{}^{\circ}$ ZB, $110.5{}^{\circ}$ WL).

	voor Peru			gyre
diepte ($\mathrm{m}$)	${}^{\circ}\mathrm{C}$	zoutgehalte	$\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$	${}^{\circ}\mathrm{C}$	zoutgehalte	$\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$
0	19.0	35.08	1025.08	24.0	36.41	1024.71
25	17.4	35.06	1025.47	23.9	36.39	1024.73
50	15.8	35.03	1025.83	23.6	36.38	1024.80
100	13.7	34.93	1026.20	22.6	36.27	1025.02
200	12.4	34.89	1026.44	20.3	35.80	1025.30
300	11.1	34.80	1026.62	14.4	34.76	1025.92
500	7.9	34.60	1026.97	7.1	34.39	1026.92

Deel I — De profielen lezen.

1. Welke plaats is aan het oppervlak warmer, en hoeveel?
2. Welke plaats ligt verder van de evenaar? Is het verschil in oppervlaktetemperatuur wat je op grond van de breedten alleen zou verwachten?
3. Schat met de regel van de methode de diepte van de gemengde laag in de gyre.
4. Is er voor Peru een gemengde laag? Beschrijf de bovenste $100\,\mathrm{m}$.
5. Tussen welke diepten daalt de temperatuur in de gyre het snelst? Geef de snelheid, in graden per honderd meter.
6. Op welke diepte ligt, ruwweg, het water van $15{}^{\circ}\mathrm{C}$ op elke plaats?

Deel II — Dichtheden.

7. Ga na dat de dichtheid op beide plaatsen toeneemt met de diepte. Wat zegt dat over hun stabiliteit?
8. In de gyre is het oppervlaktewater zouter dan voor Peru. Zou het daardoor dichter of lichter moeten zijn? Is het dichter?
9. Leg uit welk van de twee effecten wint.
10. Bereken de toename van de dichtheid van het oppervlak tot $200\,\mathrm{m}$ voor Peru.
11. Bereken dezelfde toename in de gyre.

Deel III — Gelaagdheid vergeleken.

12. Waar zit in de gyre het grootste deel van de toename van de dichtheid over de bovenste $500\,\mathrm{m}$: boven of onder $200\,\mathrm{m}$?
13. Waar zit ze voor Peru?
14. Vergelijk de twee plaatsen op $500\,\mathrm{m}$. Wat doet dat vermoeden over het diepe water onder allebei?
15. Leg in een paar zinnen uit hoe de thermocline voor Peru naar het oppervlak is opgetild.
16. Het fytoplankton leeft in de bovenste paar tientallen meters. Op welke plaats ligt water van onder de thermocline, rijk aan voedingsstoffen, binnen het bereik van het mengen door de wind? Leg uit.

Deel IV — Waarom de wateren voor Peru productief zijn.

17. Hoe zou het oppervlaktewater voor Peru eruitzien als de wind langs de kust maandenlang ophield met waaien?
18. Vergelijk de twee plaatsen met behulp van de chlorofylkaart.
19. Leg uit waarom de gyre een woestijn van de oceaan wordt genoemd, hoewel hij vol zonlicht is.
20. Bereken de verhouding van de toenamen van de dichtheid van het oppervlak tot $200\,\mathrm{m}$ voor Peru en in de gyre, en zeg wat die laat zien.

Oplossing

Oplossing van Probleem 6.1.

1. De gyre, met $24.0 - 19.0 = 5.0{}^{\circ}\mathrm{C}$.

2. De gyre ($20.5{}^{\circ}$ ZB tegen $13.5{}^{\circ}$ ZB). Omdat hij verder van de evenaar ligt, zou hij de koelere moeten zijn: de breedten alleen kunnen niet verklaren waarom hij $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ warmer is.

3. $24.0 - 0.5 = 23.5{}^{\circ}\mathrm{C}$, bereikt tussen $50\,\mathrm{m}$ (23.6) en $100\,\mathrm{m}$ (22.6), op ongeveer $50 + 50 \times 0.1/1.0 = 55\,\mathrm{m}$.

4. Nee: de temperatuur daalt gestaag vanaf het oppervlak, met $1.6{}^{\circ}\mathrm{C}$ over de eerste $25\,\mathrm{m}$ en $5.3{}^{\circ}\mathrm{C}$ over de eerste $100\,\mathrm{m}$; de thermocline begint aan het oppervlak.

5. Tussen $200\,\mathrm{m}$ en $300\,\mathrm{m}$: $20.3 - 14.4 = 5.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ per honderd meter.

6. Voor Peru, tussen $50\,\mathrm{m}$ en $100\,\mathrm{m}$: ongeveer $70\,\mathrm{m}$ door interpolatie (het volledige profiel geeft $65\,\mathrm{m}$). In de gyre, tussen $200\,\mathrm{m}$ en $300\,\mathrm{m}$: ongeveer $200 + 100 \times 5.3/5.9 \approx 290\,\mathrm{m}$.

7. Ja, op elk niveau van beide kolommen: lichter water ligt op dichter water, en beide kolommen zijn stabiel.

8. Zouter water zou dichter moeten zijn; toch is het oppervlaktewater van de gyre lichter: $1024.71\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ tegen $1025.08\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

9. Het water van de gyre is ongeveer 1.3 eenheden zouter, wat ongeveer $1.3 \times 0.8 \approx 1.0\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ toevoegt; het is $5{}^{\circ}\mathrm{C}$ warmer, wat er bij deze temperaturen ongeveer $5 \times 0.27 \approx 1.4\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ af haalt. De temperatuur wint.

10. $1026.44 - 1025.08 = 1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

11. $1025.30 - 1024.71 = 0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$.

12. Van het oppervlak tot $500\,\mathrm{m}$ stijgt de dichtheid met $1026.92 - 1024.71 = 2.21\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, waarvan maar $0.59\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ boven $200\,\mathrm{m}$: het grootste deel, $1.62\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$, ligt onder $200\,\mathrm{m}$, in de thermocline tussen $200\,\mathrm{m}$ en $500\,\mathrm{m}$.

13. Voor Peru stijgt de dichtheid met $1026.97 - 1025.08 = 1.89\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ van het oppervlak tot $500\,\mathrm{m}$, waarvan $1.36\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ in de bovenste $200\,\mathrm{m}$: het grootste deel zit dicht bij het oppervlak.

14. Op $500\,\mathrm{m}$ lijken de twee plaatsen bijna op elkaar ($7.9{}^{\circ}\mathrm{C}$ en $7.1{}^{\circ}\mathrm{C}$, $1026.97\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$ en $1026.92\,\mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}$): onder allebei ligt hetzelfde koude water; het verschil is hoe dicht het bij het oppervlak komt.

15. De wind die langs de kust naar de evenaar waait, duwt het oppervlaktewater naar zee; water van onderen stijgt dicht bij de kust op om zijn plaats in te nemen. Het koude water van de thermocline wordt omhooggetrokken, zodat de thermocline naar de kust toe omhoogloopt en bijna tot het oppervlak reikt.

16. Voor Peru: water van $13{}^{\circ}\mathrm{C}$ tot $15{}^{\circ}\mathrm{C}$, van onder de thermocline, ligt binnen de bovenste $100\,\mathrm{m}$, binnen het bereik van het mengen door de wind en van het licht. In de gyre ligt het onder $250\,\mathrm{m}$, onder een warme, lichte laag die de wind niet zo diep kan mengen.

17. De opwelling zou stoppen: het oppervlaktewater zou in de zon opwarmen, er zou zich bovenaan een warme, lichte laag vormen, en de aanvoer van voedingsstoffen naar de verlichte laag zou slinken.

18. De kust van Peru is lichtblauw tot geel (veel chlorofyl); het midden van de gyre van de zuidelijke Grote Oceaan hoort bij de donkerblauwste gebieden van de kaart (heel weinig).

19. Fytoplankton heeft naast licht ook voedingsstoffen nodig. In de gyre houdt de sterke gelaagdheid het diepe water, rijk aan voedingsstoffen, ver onder de verlichte laag, en zijn de voedingsstoffen van de oppervlaktelaag al lang opgebruikt.

20. $1.36/0.59 \approx 2.3$: de toename van de dichtheid over de bovenste $200\,\mathrm{m}$ is voor Peru ongeveer 2.3 keer zo groot als in de gyre. De pycnocline, met het koude water vol voedingsstoffen eronder, is voor Peru tot in de bovenste $200\,\mathrm{m}$ opgetild, terwijl ze in de gyre dieper ligt, onder $200\,\mathrm{m}$.