Golven in zee

Case

Golven in zee

Interne golven belangrijk voor mengen van waterlagen

Hans van Haren, onderzoeker van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) op Texel, is al jaren gefascineerd door golven. 'Iedereen weet dat golven op het strand breken. Maar bijna niemand weet dat er ook golven in zee zijn, golven van soms wel honderd meter hoog.'

Na zijn studie Fysische Oceanografie aan de Universiteit Utrecht kwam Hans van Haren in 1985 op het NIOZ terecht. Samen met zijn collega's Leo Maas en Theo Gerkema doet hij onderzoek naar interne golven, zoals onderwatergolven heten. Terwijl zijn collega’s deze golfbeweging vooral onderzoeken in het laboratorium en op de computer, gaat Hans de zee op om golven te bestuderen.

Verschil in dichtheid

Het verschil in dichtheid tussen het water en de lucht veroorzaakt golven aan het zeeoppervlakte. Onderwatergolven ontstaan door verschillen in dichtheid tussen waterlagen. Een warme laag water is bijvoorbeeld minder dicht dan een koude en zoet water is minder dicht dan zout water. De verschillen in dichtheid zijn veel kleiner dan die aan het oppervlak hetgeen resulteert in een zwakkere terugdrijvende kracht. Daardoor worden onderwatergolven veel hoger dan oppervlaktegolven. Sommige golven zijn wel meer dan 100 meter hoog.

Interne golven zijn het grootst op plaatsen in zee waar 'bergen' op de zeebodem zijn. Bijvoorbeeld de Mid-Atlantische Rug, midden in de Atlantische Oceaan. Daar worden de onderwatergolven zo groot dat ze uiteindelijk ook overslaan. Ook in de Noordzee vind je onderwatergolven, bijvoorbeeld bij de Doggersbank.

Voedselrijk water

Wist u dat? Onderwatergolven zorgen voor vermenging van voedselrijk water? Zonder deze menging was er geen leven in zee.

Waarom zijn onderwatergolven zo belangrijk? Oceaanstromingen alléén zorgen niet voor verticale menging. Onderwatergolven kunnen dat wel als ze breken. Deze menging is heel belangrijk voor het leven in zee. Op plaatsen waar veel leven is, dichtbij het oppervlak, worden de voedingsstoffen opgebruikt. Zonder menging met dieper gelegen voedselrijke waterlagen, is er aan het oppervlak geen leven meer mogelijk.

Het onderzoek naar interne golven is multidisciplinair; behalve natuurkundigen vinden ook geologen ze interessant omdat ze zand en slib verplaatsen, biologen hebben belangstelling omdat ze grote invloed hebben op het ecosysteem van planten en dieren.

Zeethermometer

Van Haren brengt de verschillende waterlagen in beeld door de temperatuurverschillen te meten, al klinkt dat eenvoudiger dan het is. Samen met de technici van het NIOZ ontwikkelde hij een zeethermometer; de thermistor. Deze meet de temperatuur van het zeewater tot wel 0,001ºC nauwkeurig. Van Haren laat kabels zakken tot op de zeebodem, met op elke meter een thermistor. 'Deze meten elke seconde de temperatuur van het zeewater en slaan deze gegevens op. Na een jaar halen we deze kabels weer op en kunnen we alle opgeslagen gegevens uitlezen. Dan krijgen we prachtige informatie te zien over de temperatuurverschillen. Zo kun je een onderwatergolf langs zien komen.'

Deze zomer gaan we een proef doen om 3D opnames te maken van onderwatergolven voor de kust van Portugal
- Hans van Haren

Nieuwe oplossingen

Het lijkt allemaal zo simpel maar de praktijk is weerbarstig. Hoe maak je honderden thermistors die een jaar lang nauwkeurig meten op één batterij, die tegen zout water kunnen én tegen de enorme druk in de diepzee en al ook nog zelf hun gegevens opslaan?

'Bedenk dat bovendien de klok onder deze omstandigheden ook nog eens tot de seconde gelijk moet blijven lopen. En hoe maak je kabels van honderd meter met deze thermistors, die je zo in zee af kunt rollen en die netjes blijven hangen op de plek die jij hebt bedacht? Sinds we hier een jaar of tien geleden mee begonnen zijn, werken we nu al met versie 4. En het wordt nog steeds beter. Ook zijn we bezig om de onderwatergolven in 3D weer te geven en te volgen. Hiervoor hebben de technici een systeem ontwikkeld om 5 lijnen van 100 meter lang op 5 meter van elkaar in de diepzee te plaatsen.'

Goede samenwerking tussen onderzoeker en technici is cruciaal bij de ontwikkeling van apparatuur. 'Het zijn geen apparaten die je  zo in de winkel kunt kopen. De technici op het NIOZ zijn gewend mee te denken en oplossingen te zoeken. Dat is wat dit werk zo leuk maakt: je komt steeds weer een nieuwe uitdaging tegen. Het is een enorme kick als het dan lukt en je ziet ineens die golven op je beeldscherm verschijnen!'

Op dit moment zijn er nog twee lijnen in zee: één in Portugal en één in Spitsbergen. De sensoren zijn hoofdzakelijk gefinancierd door NWO via investeringsbudgetten.