Oceanografen voorspellen gedrag van wereldzeeen met nieuwe onderzoekmethode: 'Wij pakken het op een veel fundamenteler niveau aan'

Oceanografen voorspellen gedrag van wereldzeeen met nieuweonderzoekmethode: 'Wij pakken het op een veel fundamenteler niveauaan'

Onderzoek naar oceanen is hot in wetenschapsland. De wereldzeeenspelen een grote rol bij het transport van warmte over de aardbol,en zijn daarom een belangrijk onderdeel van het klimaatsysteem. Zois bijvoorbeeld de Warme Golfstroom, die vanaf de oostkust van deVerenigde Staten richting Europa stroomt, voor een groot deelverantwoordelijk voor het milde klimaat in West-Europa. Katsmanlegt uit: Als je naar infraroodopnames kijkt, gemaakt door eensatelliet, kun je zien dat die Golfstroom in feite een warme rivieris, omringd door de veel koudere oceaan. Het water in de Golfstroomis ongeveer acht graden warmer dan het omringende water. En hijstroomt heel hard, gemiddeld zon 65 miljard liter water perseconde. De Yang Tze, een van de wildst stromende rivieren op hetland, verplaatst zon drie miljard liter water per seconde. Door dieGolfstroom wordt dus een enorme hoeveelheid warmte getransporteerd.Het punt is alleen dat de Golfstroom, en andere, vergelijkbarestromingen, geen vaste loop hebben, in tegenstelling tot derivieren op het land. Ze blijven wel zon beetje in dezelfde buurtliggen, maar ze lijken eigenlijk meer op een wapperende vlag dan opeen rivier. Ze stulpen uit, verplaatsen zich en wervelen door deoceaan. Die processen verlopen soms in tijden van maanden, soms ookin tientallen jaren en ze beinvloeden het klimaat."

Pioniersproject

Dus wordt er veel geld en tijd gestoken in de zoektocht naarmodellen die het gedrag van stromingen in de oceanen kunnenbeschrijven. Dr. ir. Henk Dijkstra van het Utrechtse Instituut voorMarien en Atmosferisch onderzoek (IMAU) en een van de co-promotorenvan Katsman en Schmeits, wist vijf jaar geleden eenNWO-pioniersbeurs in de wacht te slepen voor een nieuwe benaderingin dit veld. De meeste gangbare modellen voor het gedrag van deoceanen, zijn beschrijvend van aard. Er worden een hoop metingengedaan, die achteraf worden geinterpreteerd. Binnen hetpioniersproject hebben we dat omgekeerd. We gaan zeg maar terugnaar de wetten van Newton en proberen van daaruit te voorspellenhoe water zich onder bepaalde omstandigheden gedraagt. Vervolgenskijken we naar de resultaten van metingen in de oceaan, om te zienof we die processen ook in de werkelijkheid terug kunnen vinden,aldus Dijkstra.

Voor Katsman betekende die nieuwe aanpak, dat zij zich deafgelopen vier jaar bezig hield met de vraag hoe vloeistof zichgedraagt onder invloed van wind in een vierkante bak met water. Wiedaarbij visioenen krijgt van de onderzoekster getooid metzuidwester achter een aquarium, komt bedrogen uit. Nee hoor, ik hebgewoon de hele tijd achter de computer gezeten, zegt de Utrechtsedroog. Voor haar onderzoek maakte zij gebruik van virtuele modellenvan een dergelijke opstelling, gebaseerd op wiskundige techniekenuit de dynamische systeemtheorie. En, voegt zij daar aan toe, devloeistof in die virtuele bakken is meer te vergelijken met stroopdan met water.

Daar hebben we voor gekozen omdat water z beweeglijk is dat hetmoeilijk is om in die chaos een lijn te ontdekken. Een stroperigevloeistof is veel minder beweeglijk, waardoor je de chaosvermindert en het beeld veel rustiger en dus duidelijker wordt,legt zij uit. Bovendien kunnen de meetpunten in de minderbeweeglijke stroperige vloeistof verder uit elkaar liggen, wat ookeen voordeel is. Hoewel de computers waarmee wij werken veel meercapaciteit hebben dan de gemiddelde pc, kunnen ze toch maar eenbeperkte hoeveelheid gegevens aan. Als de meetpunten verder uitelkaar liggen, heb je er minder van nodig, en heb je meer ruimteover om andere variabelen in je model in te voeren."

Patronen

Katsman concludeerde dat de stromingen in de vloeistofmeanderende patronen volgen. Daarbij blijken er een stuk of viervaste patronen telkens terug te keren. En het goede nieuws is, datdiezelfde patronen ook terug te vinden zijn in de metingen uit dewerkelijkheid, vertelt Katsman. Dus onze aanpak lijkt te werken."Dijkstra zelf is nog enthousiaster. Het is veel mooier geworden danik in het begin had gehoopt. Nadat Caroline op een heel simpelniveau begon, zijn we verder gegaan door het model steeds meer aante passen aan de werkelijkheid."

Zo promoveerde Maurice Schmeits vorige week op de te verwachtenstromingen in een model dat is aangepast aan de kustlijn van deVerenigde Staten. Ook daaruit kwamen resultaten voort die terug tevinden zijn in de werkelijkheid. En zo zijn we steeds meer facettenaan het model aan het toevoegen, om de waarheidsgetrouwheid verderop te voeren, legt Dijkstra uit. Anderen zijn bijvoorbeeld bezig omde stromingen in de diepere lagen van de oceaan in het model op tenemen."

Zijn ambities blijken groot. Ik denk dat het mogelijk moet zijnom op den duur via onze methode een theorie op te stellen over deoceaancirculaties over een tijdsduur varierend van een tot duizendjaar, zegt hij. Om er onmiddellijk aan toe te voegen: Maar wat wijdoen is natuurlijk niet zaligmakend. Allerlei andereonderzoeksgroepen zijn ook met nieuwe methodes bezig. Het is zoncomplex probleem, iedereen moet steentjes bijdragen aan de totaleoplossing."

Dijkstra vermoedt overigens dat het nog wel even zal duren voorde waarde van deze nieuwe aanpak overal is doorgedrongen. Wijpakken het op een veel fundamenteler niveau aan dan de meesteoceanografen. Dat heeft denk ik te maken met het feit dat ikoorspronkelijk uit een hele andere hoek kom, die van de toegepastewiskunde. Daar zijn dergelijke methoden redelijk gangbaar. Het isalleen nog niet zo vaak in dit veld gebruikt." Hij vindt het danook niet verrassend dat in eerste instantie wat sceptisch naar denieuwe opzet werd gekeken. Het had mis kunnen lopen, omdatbijvoorbeeld onze modellen veel te simpel hadden kunnen blijken.Dan zou er in de werkelijkheid niets van zijn terug te vinden. Maarwe merken nu dat er de laatste twee jaar aanzienlijk meer interesseis gekomen uit de rest van de wetenschappelijke wereld.

Het klimaatsysteem

Het klimaatsysteem bestaat uit verschillende componenten dieelkaar onderling beinvloeden: de atmosfeer, de oceanen, deijskappen, en de vegetatie op het land. Wetenschappers doen sindsde jaren zestig verwoede pogingen om dit systeem te vangen incomputermodellen. Daarmee zou kunnen worden voorspeld wat eengeconstateerde verandering voor effect heeft op het geheleklimaatsysteem. Een verschijnsel als bijvoorbeeld El Nino datbegint met een stijging van de temperatuur van het oppervlaktewaterbij Peru zou dan voldoende tijdig kunnen worden aangekondigd, zodatbijvoorbeeld de landbouw in Indonesie zich voor kan bereiden op eendroge tijd.

Bovendien wordt inmiddels algemeen aangenomen dat ook de menshet klimaat beinvloedt. In de industrie en in huishoudens wordenbrandstoffen gebruikt die zorgen voor een toename van kooldioxidein de atmosfeer. Dit zogeheten versterkte broeikaseffect zougemiddeld een stijging van de temperatuur over de gehele aarde totgevolg hebben. Lokaal zou het echter grote verschillen intemperatuur kunnen veroorzaken. Om te achterhalen of dit effectbestaat, en hoe groot dat effect is, is het noodzakelijk om teweten welke variaties in het klimaat het gevolg zijn vannatuurlijke processen.

Hanneke Slotboom