Voor het eerst hebben wetenschappers op een opmerkelijke manier rechtstreeks gemeten hoe koud water vanuit de diepe oceaan naar het oppervlak opwelt. En zo zijn ze erin geslaagd een lang bestaand mysterie binnen de oceanografie te ontrafelen.
Je weet vast wel dat de wereld zoals wij die kennen wordt vormgegeven door grote stromingen in de oceaan. Bij de polen wordt zeewater koud en zwaar, zinkt naar beneden en komt uiteindelijk weer naar boven waar het opwarmt. Deze cyclus zorgt ervoor dat warmte, voedingsstoffen en koolstof door de oceanen circuleren. En dat vormt de basis van het wereldwijde klimaatsysteem, ondersteunt mariene ecosystemen en speelt een rol in het verminderen van door de mens veroorzaakte klimaatverandering. Hoewel de grote oceanische circulatie cruciaal is, zijn de stromingen lastig te observeren. De opwaartse beweging van koud water vanuit de diepe oceaan naar het oppervlak door middel van opwelling is bijvoorbeeld nog nooit rechtstreeks gemeten. Tot nu.
De paradox
In 1966 berekende de bekende oceanograaf Walter Munk de gemiddelde snelheid waarmee koud, diep water bij Antarctica naar het oppervlak opwelt. Hij schatte dat dit met één centimeter per dag gebeurt. Munk suggereerde dat deze opwelling plaatsvindt door turbulentie veroorzaakt door brekende interne golven onder het oceaanoppervlak. Ongeveer 25 jaar geleden begonnen metingen aan te tonen dat de onderzeese turbulentie vooral hoog was in de buurt van de zeebodem. Dit leidde echter tot een paradox. Als de onderzeese turbulentie namelijk het hoogst is nabij de zeebodem, waar het water het koudst is, zou dit theoretisch juist moeten leiden tot verdichting en neerwaartse stroming in plaats van opwelling naar het oppervlak.
Verklaring
In 2016 hebben onderzoekers een nieuwe theorie voorgesteld die mogelijk de tegenstrijdigheid kon verklaren. Ze dachten dat steile hellingen op de zeebodem, zoals de wanden van diepe kloven onder water, specifieke vormen van turbulentie konden genereren die opwelling veroorzaken.
Verf
Onderzoekers gingen op pad om te kijken of ze dit fenomeen direct konden waarnemen. Daarvoor voerden ze een opmerkelijk experiment uit. Zo namen ze een vat met onschadelijke, fluorescerende groene kleurstof genaamd fluoresceïne mee naar een onderwaterkloof in de Rockall Trough, zo’n 370 kilometer ten noordwesten van Ierland. Deze kloof bevindt zich op een diepte van ongeveer 2.000 meter. Het onderzoeksteam heeft in dit gebied vanaf een schip maar liefst 200 liter ‘verf’ in de zee gegoten. Daarna volgde het team de kleurstof gedurende tweeënhalve dag totdat deze volledig was verdwenen. Door het schip voorzichtig op en neer te bewegen langs de helling van de kloof, konden de onderzoekers precies zien waar de kleurstof naartoe ging. Ze gebruikten vooral fluorometers om zelfs kleine hoeveelheden van de fluorescerende kleurstof te meten, tot minder dan 1 deel per miljard. Andere instrumenten hielpen hen ook bij het meten van veranderingen in de watertemperatuur en turbulentie.
Opwelling
Door de bewegingen van de kleurstof te volgen, ontdekten de onderzoekers dat turbulentie langs de helling van de kloof opwelling veroorzaakte. En dat betekent dat de in 2016 geformuleerde oplossing voor de paradox inderdaad lijkt te kloppen. Niet alleen observeerde het team opwelling langs de kloofhelling, maar deze opwelling gebeurde ook veel sneller dan Munk in 1966 voorspelde.
Sneller
Zoals eerder vermeld, had Munk berekend dat opwelling wereldwijd gemiddeld één centimeter per dag bedroeg. Maar metingen in de Rockall Trough toonden een opwelling aan van maar liefst 100 meter per dag. Bovendien zag het team dat sommige kleurstof naar het binnenste van de kloof bewoog, wat aantoont dat de fysica achter turbulente opwelling complexer is dan aanvankelijk werd gedacht.
Primeur
De studie is een primeur. Voor het eerst hebben onderzoekers direct koude, diepe wateropwelling gemeten. En de snelheid van de opwelling die door de onderzoekers werd waargenomen, was ook nog eens meer dan 10.000 keer sneller dan het wereldwijde gemiddelde dat was voorspeld door Munk in de jaren zestig. “De snelheid van deze opwelling is opmerkelijk hoog,” merkt onderzoeker Bethan Wynne-Cattanach op. “Dit suggereert, samen met metingen van neerwaartse stroming op andere plaatsen in de oceanen, dat er ‘hotspots’ van opwelling bestaan.”
Volgende stap
De volgende stap zal zijn om te onderzoeken of vergelijkbare opwellingen plaatsvinden in andere onderwaterkloven wereldwijd. Omdat de bestudeerde kloof niet erg opvallend is, vermoeden onderzoekers dat dit fenomeen waarschijnlijk vaker voorkomt. Als de bevindingen inderdaad worden bevestigd, zouden wereldwijde klimaatsimulaties voortaan specifiek rekening moeten houden met dit type turbulentie-gedreven opwelling.
Klimaatprocessen
De bevindingen lossen dan ook niet alleen een al lang bestaand mysterie op, ze kunnen uiteindelijk ook bijdragen aan een beter begrip van de oceaancirculatie en de rol ervan in klimaatprocessen. “Dit onderzoek markeert de eerste stap naar het integreren van cruciale oceaanfysica in onze klimaatmodellen, wat kan leiden tot een verbetering van de voorspellende nauwkeurigheid van deze modellen met betrekking tot klimaatverandering,” onderstreept onderzoeker Matthew Alford.
De onderzoeker bepleit daarnaast dat er meer experimenten uitgevoerd moeten worden op cruciale plekken in de oceaan om de fysieke processen nog beter te begrijpen. Zo gezegd, zo gedaan. Want onderzoekers zijn momenteel bezig met het uitvoeren van een vergelijkbaar experiment waarbij ze kleurstof in het water rond de La Jolla onderwaterkloof (gelegen in de staat Californië in de Verenigde Staten) gooien, wat hen een nog beter beeld zal geven van cruciale oceaancirculaties.
