De oceaan bedekt 71 % van het aardoppervlak en is nooit in rust. Naast golven en getijden, die het water vooral heen en weer bewegen, zijn er zeestromen (zeestromingen) die water over duizenden kilometers verplaatsen. Ze bepalen waar het klimaat mild is, waar de rijkste visgronden liggen en waar plastic afval zich ophoopt.
Oppervlaktestromen: aangedreven door de wind
Wind die over het water strijkt, sleept de bovenste waterlaag mee. De grote windgordels van de aarde, de passaatwinden rond de tropen en de westenwinden op gematigde breedten (zie wind en luchtdruk), zetten zo een stelsel van oppervlaktestromen in gang. Die stromen reiken tot ongeveer 100 à 400 m diep en bewegen meestal met 0,1 tot 0,5 m/s, in de snelste stromen tot ongeveer 2 m/s.
Het water stroomt niet precies in de richting van de wind. Door het corioliseffect buigt bewegend water op het noordelijk halfrond naar rechts af en op het zuidelijk halfrond naar links. De bovenste laag stroomt ongeveer 45° rechts van de wind; elke dieper gelegen laag wordt door de laag erboven meegesleept en buigt nog verder af. Netto wordt de waterlaag daardoor loodrecht op de wind verplaatst (op het noordelijk halfrond naar rechts). Dit heet Ekman-transport, naar de Zweedse oceanograaf Vagn Walfrid Ekman.
Gyres: de grote draaikolken
Doordat continenten de stromen afbuigen, ontstaan in elke oceaan enorme rondgaande stromingssystemen: gyres. Er zijn vijf grote subtropische gyres: in de Noord- en Zuid-Atlantische Oceaan, de Noord- en Zuid-Pacifische Oceaan en de Indische Oceaan. Op het noordelijk halfrond draaien ze met de klok mee, op het zuidelijk halfrond tegen de klok in.
De gyres zijn niet symmetrisch. Aan de westkant van elke oceaan loopt een smalle, snelle, diepe en warme stroom naar de pool toe (de Golfstroom, de Kuroshio bij Japan). Aan de oostkant stroomt koel water breed en traag terug naar de evenaar (de Canarische stroom, de Californische stroom, de Humboldtstroom bij Peru). Die asymmetrie, westelijke intensivering, komt doordat het corioliseffect toeneemt met de breedtegraad.
In het midden van een gyre is het water relatief rustig en hoopt drijvend afval zich op. De bekendste ‘plasticsoep’ is de Great Pacific Garbage Patch tussen Hawaï en Californië. Hoe zeestromen drijvende voorwerpen rondvoeren, werd duidelijk toen in 1992 in de noordelijke Stille Oceaan een container met bijna 29 000 badspeeltjes overboord sloeg: jaren later spoelden plastic eendjes aan van Alaska tot Schotland.
| Zeestroom | Oceaan | Warm / koud | Effect |
|---|---|---|---|
| Golfstroom + Noord-Atlantische Drift | Noord-Atlantisch | warm | mild klimaat in West- en Noord-Europa |
| Kuroshio | Noord-Pacifisch | warm | tegenhanger van de Golfstroom bij Japan |
| Labradorstroom | Noord-Atlantisch | koud | voert ijsbergen zuidwaarts langs Canada (Titanic, 1912) |
| Canarische stroom | Noord-Atlantisch | koud | opwelling voor West-Afrika, droge kust |
| Humboldtstroom | Zuid-Pacifisch | koud | opwelling, rijke ansjovisvisserij bij Peru; Atacamawoestijn |
| Benguelastroom | Zuid-Atlantisch | koud | opwelling; Namibwoestijn |
| Antarctische Circumpolaire Stroom | Zuidelijke Oceaan | koud | grootste stroom ter wereld (meer dan 100 Sv), draait rond Antarctica |
Stroomsterkte wordt gemeten in sverdrup (Sv): 1 Sv = 1 miljoen m³ water per seconde. Ter vergelijking: alle rivieren ter wereld samen voeren ongeveer 1 Sv af, de Rijn bij Lobith gemiddeld zo’n 2 200 m³/s, oftewel 0,002 Sv.
De Golfstroom
De Golfstroom ontspringt in de Golf van Mexico en het Caribisch gebied, perst zich door de Straat van Florida en volgt de Amerikaanse oostkust naar het noorden. Daar stroomt hij met snelheden tot ongeveer 2 m/s, sneller dan je loopt. In de Straat van Florida vervoert hij ongeveer 30 Sv; voor de kust van Noord-Amerika groeit dat aan tot meer dan 100 Sv doordat hij water uit de omgeving meesleept. Ter hoogte van Newfoundland buigt hij af naar het oosten en gaat over in de bredere, tragere Noord-Atlantische Drift, die warm water tot voorbij Noorwegen brengt.
Het effect op het klimaat is goed te zien als je plaatsen op dezelfde breedtegraad vergelijkt. Bergen (Noorwegen, 60° N) heeft een gemiddelde januaritemperatuur rond 0 °C; in delen van Canada en Siberië op dezelfde breedte is het in januari gemiddeld −20 °C of kouder. De Noorse havens tot boven de poolcirkel blijven ijsvrij. Wel draagt niet alleen de oceaan bij: de overheersende westenwinden voeren de zachte zeelucht ook het continent op (zie klimaatzones).
Rekenvoorbeeld: hoeveel warmte? Water heeft een grote soortelijke warmte (c ≈ 4,0 kJ/(kg·K) voor zeewater). Stel dat 15 Sv water met een dichtheid van 1 025 kg/m³ op weg naar het noorden 10 °C afkoelt. Per seconde is dat 15 · 10⁶ × 1 025 ≈ 1,5 · 10¹⁰ kg water, en het warmtevermogen is P = m · c · ΔT per seconde = 1,5 · 10¹⁰ × 4 000 × 10 ≈ 6 · 10¹⁴ W. Dat is enkele tientallen keren het totale energieverbruik van de mensheid (ongeveer 2 · 10¹³ W). De werkelijk gemeten noordwaartse warmtestroom in de Atlantische Oceaan ligt rond 1,3 · 10¹⁵ W.
De thermohaliene circulatie
Onder de door de wind aangedreven oppervlaktestromen ligt een tweede, veel tragere circulatie die de hele oceaan omspant. Die wordt aangedreven door verschillen in dichtheid, en dichtheid hangt af van temperatuur (thermo) en zoutgehalte (halien). Zeewater bevat gemiddeld 35 gram zout per kilogram (35 ‰). Koud water is dichter dan warm water, en zout water dichter dan zoet water.
- Warm, zout oppervlaktewater stroomt via de Golfstroom en de Noord-Atlantische Drift naar het noorden. Onderweg verdampt er water, waardoor het nog zouter wordt.
- In de Groenlandzee, de Noorse Zee en de Labradorzee koelt het in de winter sterk af. Bij de vorming van zee-ijs blijft bovendien zout achter in het water. Het water wordt zo dicht dat het naar de bodem zakt, tot 2 à 4 km diep. Dit heet diepwatervorming.
- Het koude diepe water stroomt traag, met enkele centimeters per seconde, zuidwaarts door de Atlantische Oceaan, voegt zich bij koud water dat bij Antarctica zinkt, en verspreidt zich door de Indische en Stille Oceaan.
- Daar mengt het langzaam op en komt het weer naar boven, om via oppervlaktestromen terug te keren naar de Atlantische Oceaan.
Deze wereldwijde ‘transportband’ (conveyor belt) doet er ongeveer duizend jaar over om één rondje te maken. Water dat nu in de diepe Stille Oceaan omhoog komt, zonk dus ongeveer in de tijd van de kruistochten.
De AMOC: kan de Golfstroom stilvallen?
Het Atlantische deel van dit systeem, de noordwaartse oppervlaktestroom en de zuidwaartse diepe terugstroom samen, heet de AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation). Metingen met een rij meetboeien op 26,5° N sinds 2004 tonen een gemiddelde sterkte van ongeveer 17 Sv.
Door klimaatverandering warmt het noordelijke oppervlaktewater op en komt er zoet smeltwater van Groenland en meer neerslag bij. Beide maken het water minder dicht, zodat het minder goed zinkt. Het IPCC acht het zeer waarschijnlijk dat de AMOC deze eeuw verzwakt. Of en wanneer ze kan instorten, is wetenschappelijk onzeker en onderwerp van veel onderzoek. Klimaatmodellen tonen dat een ineenstorting zou leiden tot een veel kouder klimaat in Noordwest-Europa, ondanks de wereldwijde opwarming, plus een snellere zeespiegelstijging langs de Amerikaanse oostkust en verschuivende regengordels in de tropen.
Dat zulke omslagen kunnen gebeuren, blijkt uit het verleden. Tijdens en na de laatste ijstijd stokte de circulatie een paar keer door grote hoeveelheden smeltwater, met plotselinge afkoelingen rond de Noord-Atlantische Oceaan als gevolg, zoals de Jonge Dryas, ongeveer 12 900 jaar geleden.
Opwelling en El Niño
Langs de westkusten van continenten, zoals bij Peru, Namibië, Californië en Noordwest-Afrika, blaast de wind evenwijdig aan de kust. Door Ekman-transport wordt het oppervlaktewater van de kust weg geduwd en stroomt koud, voedselrijk water van diepte naar boven: opwelling (upwelling). Die nutriënten voeden plankton en daarmee hele voedselketens. De opwellingsgebieden beslaan maar een paar procent van het zeeoppervlak, maar leveren een groot deel van de wereldvisvangst (zie oceaanecosystemen).
In de tropische Stille Oceaan blazen de passaatwinden normaal van oost naar west. Ze stuwen warm oppervlaktewater op naar Indonesië en Australië, waar het zeeniveau daardoor zo’n halve meter hoger staat dan bij Zuid-Amerika. Voor de kust van Peru welt koud water op. Elke twee tot zeven jaar verzwakken de passaten echter. Het warme water klotst dan terug naar het oosten: El Niño. Peruaanse vissers merkten dat vaak rond Kerstmis, vandaar de naam (‘het kindje’, het kerstkind).
| Normaal | El Niño | La Niña | |
|---|---|---|---|
| Passaatwinden | normaal | zwak of omgekeerd | extra sterk |
| Zeewater bij Peru | koel, opwelling | warm, opwelling valt stil | extra koud |
| Peru / Ecuador | droog | zware regen, overstromingen; visvangst stort in | extra droog |
| Indonesië / Australië | nat | droogte, bosbranden | extra nat |
| Wereldtemperatuur | — | tijdelijk ca. 0,1–0,2 °C hoger | tijdelijk iets lager |
El Niño en La Niña samen heten ENSO (El Niño-Southern Oscillation). Het is een natuurlijke schommeling, los van de opwarming door het broeikaseffect, maar jaren met een sterke El Niño zijn vaak recordwarme jaren.
Veelgestelde vragen
Wat zijn zeestromen?
Zeestromen zijn grootschalige, aanhoudende bewegingen van zeewater. Oppervlaktestromen worden aangedreven door de wind en lopen in de bovenste honderden meters; de diepe thermohaliene circulatie wordt aangedreven door verschillen in temperatuur en zoutgehalte, en dus in dichtheid.
Hoe ontstaan zeestromingen?
Door drie factoren: de wind die het oppervlaktewater meesleept, het corioliseffect dat de stroming op het noordelijk halfrond naar rechts afbuigt, en dichtheidsverschillen tussen koud en zout water (dat zinkt) en warm of zoeter water. Continenten buigen de stromen af tot grote draaikolken, de gyres.
Wat is de thermohaliene circulatie?
De thermohaliene circulatie is de wereldwijde, trage oceaancirculatie die ontstaat doordat koud, zout water bij Groenland en Antarctica naar de bodem zakt en langs de oceaanbodem wegstroomt. Elders komt het weer boven. Een volledige ronde duurt ongeveer duizend jaar.
Wat is de AMOC?
AMOC staat voor Atlantic Meridional Overturning Circulation: het Atlantische deel van de thermohaliene circulatie, met warm water dat aan het oppervlak noordwaarts stroomt en koud diep water dat zuidwaarts terugstroomt. De sterkte is ongeveer 17 sverdrup. Door klimaatverandering verzwakt de AMOC waarschijnlijk deze eeuw.
Waarom is het in Nederland zo mild?
Doordat de Golfstroom en de Noord-Atlantische Drift warm water naar Noordwest-Europa brengen en de overheersende westenwinden zachte zeelucht aanvoeren. Plaatsen op dezelfde breedtegraad in Canada hebben veel koudere winters.
Wat is El Niño?
El Niño is een natuurlijke schommeling in de tropische Stille Oceaan die elke twee tot zeven jaar optreedt. De passaatwinden verzwakken, warm water stroomt naar het oosten en de koude opwelling bij Peru valt stil. Gevolgen zijn zware regen in Peru, droogte in Indonesië en Australië en een tijdelijk hogere wereldtemperatuur.