Wat hebben stromingen in de Atlantische Oceaan met een ouderwets koffiefilter te maken?
Verzadigde keukenzoutoplossingen met daarop gekleurd leidingwater van dezelfde temperatuur. (Van links naar rechts: 1,2 gram per milliliter, 1,1 g/ml, 1,05 g/ml en 1,025 g/ml.)
De koffie op het AW-lab is niet zó sterk dat er een hoefijzer op blijft drijven, maar pikzwart is-ie wel. Van belang is dat ze nog op ouderwetse wijze wordt gezet, compleet met gemalen koffiebonen, papieren filters en een Melitta-filter.
Meestal moet het Melitta-filter na de zetsessie even uitdruipen op een waterglas en soms staat er nog water in dat glas. Dan komt er op dat water een warm bruin koffielaagje te liggen dat zich een minuut handhaaft. En altijd als dat laagje verschijnt gaan de gedachten uit naar de THC, de thermohaliene cyclus. Niets minder.
Wetenschapsjournalist Karel Knip stuit in de alledaagse werkelijkheid op raadsels en onbegrijpelijke verschijnselen.
De thermohaliene cyclus is de oude naam voor het stelsel van diepe, trage oceaanstromingen dat nog steeds niet helemaal in kaart is gebracht. Er zijn tijden geweest dat iedereen de cyclus kende, maar het is niet goed met hem gegaan. Hij is omgedoopt en heet nu AMOC en hij vertoeft al een tijdje in de diepe schaduw van het El Niño-gebeuren dat ongekend hevig lijkt te worden. Klimatologen en meteorologen houden hun hart vast: binnenkort valt de Maas droog of stroomt de Rijn over. Er is niets aan te doen.
Maar zo’n Niño gaat ook weer over, het is een cyclisch verschijnsel, vroeg of laat kun je de boel opruimen en opnieuw beginnen. Wat de AMOC dreigt te overkomen kan veel langer beklijven. Dáárheen gaan de gedachten als zo’n koffielaagje verschijnt.
De Atlantische Oceaan zit vol waterstromingen. Stormen wekken oppervlakkige stromingen op die badeendjes, als ze er zijn en soms is dat zo, naar vreemde stranden voeren. In de negentiende eeuw overkwam dat wijnflessen die na lediging en voorzien van een briefje overboord gingen – op verzoek van de wetenschap.
Er zijn ook minder grillige windgedreven stromingen die samenhangen met persistente winden zoals de passaten. De Golfstroom, die warm water van Florida naar Europa voert, is de bekendste. Hij werd al ver voor 1800 in kaart gebracht door zeelui die zich erover verbaasden dat het veel langer duurde om van Europa naar Florida te varen dan andersom. Het water van de Golfstroom bereikt hier en daar snelheden van 10 km/h, daar viel praktisch niet tegenin te zeilen.
De trage zeestromingen die nu AMOC heten zijn ook al lang bekend. Hun bestaan werd al vroeg in de negentiende eeuw afgeleid uit overeenkomsten en verschillen in temperatuur en zoutgehalte tussen watermonsters die in een strak schema op verschillende diepten waren verzameld. Maar het AMOC-water stroomt zó langzaam, langs de zeebodem maar met zo’n 0,1 km per uur, dat het lang duurde voor het stromingspatroon duidelijk werd.
Sinds ongeveer 1985 bestaat het vermoeden dat de AMOC-stromingen zich onder invloed van klimaatverandering kunnen verleggen en dat de aanvoer van warmte door de Golfstroom, die aan de AMOC gekoppeld bleek, kan gaan afnemen of wegvallen. De oceanograaf Henry Stommel opperde het in 1961 op grond van theoretische overwegingen, de geofysicus Wallace Broecker leidde het in 1985 af uit waarnemingen aan oud ijs en voorhistorisch stuifmeel en in 1986 zag Frank Bryan het tevoorschijn komen in oceanografische modellen. En in 1994 meende oceaanfysicus Peter Wadhams het waarachtig al waar te nemen, maar dat bleek een vergissing. Toch zijn er steeds meer aanwijzingen dat het niet goed gaat met de AMOC.
Het trage water van de AMOC wordt voortgedreven door dichtheidsverschillen die op hun beurt weer samenhangen met verschillen in temperatuur en zoutgehalte. Op sommige plaatsen in de oceaan is het water zó koud en zout dat het onstuitbaar naar de diepte zakt, op andere plaatsen is het warmer en veel minder zout en werkt het zich juist makkelijk naar boven. Modellen die de AMOC willen nabootsen moeten dat in rekening brengen en dat is geen sinecure, want dichtheidsverschillen door temperatuurverschillen gedragen zich heel anders dan die door saliniteitsverschillen. Het temperatuureffect is snel vereffend, dat zie je aan dat koffielaagje.
Voor de aardigheid is deze week eens bekeken hoe hardnekkig dichtheidsverschillen door verschillen in zoutgehalte zijn. Bekijk de glazen op het plaatje. Uitgaande van een verzadigde keukenzoutoplossing (dichtheid 1,2 gram per milliliter) is een verdunningsreeks gemaakt met concentraties aflopend van 1,1 naar 1,05 tot 1,025 g/ml. Daarop werd behoedzaam met hulp van een volumepipet leidingwater geschonken van dezelfde temperatuur (20 graden). De pipet liep langs de glaswand leeg, per glas nam dat wel drie minuten. Het leidingwater was vooraf gekleurd met een voedingskleurstof, in dit geval ‘azure blue’ van Bakiez. De foto is genomen nadat de opstelling twee dagen op verdere gebeurtenissen had staan wachten.
Er gebeurde weinig of niets, dat was het verrassende. Zelfs het leidingwater dat kwam te staan op de zoutoplossing met een dichtheid die maar 2 procent hoger lag mengde zich niet met die laag. Zó persistent zijn die dichtheidsverschillen, niemand weet hoe dit gaat aflopen.
Adembenemend mooie zoutvingers.
Onbedwingbaar was daarna de neiging om ook eens het omgekeerde te proberen: boven op koud leidingwater (16 graden) een verdunde zoutopstelling te schenken die zó warm was (85 graden) dat hij toch heel even een lagere dichtheid had dan het zoutloze, koude water eronder. De literatuur beschrijft dit onder ‘salt fingers’. Naar Canadees voorbeeld is voor een zoutgehalte van 2,5 gram per liter gekozen, de kleurstof was nu ‘violet’ van Bakiez.
De ‘salt fingers’ verschenen subiet maar waren ook snel weer verdwenen. Ze zijn zo adembenemend mooi dat je graag aanneemt dat dit werkelijk de manier is waarop in de tropen en subtropen verschillende watersoorten mengen. En opeens was daar het inzicht dat ook uit het koffielaagje onder het Melitta-filter regelmatig vingers naar beneden zakken. De AW-koffie is zwaarder dan water.
Op de hoogte van kleine ontdekkingen, wilde theorieën, onverwachte inzichten en alles daar tussenin
Bij Google kan je nu zelf aangeven welke nieuwsbronnen jij vaker wil zien in je zoekresultaten.Meer informatie