Schuimstrepen

EINDELIJK WEER een herfst met herfststormen en striemende regen. Vorig jaar gleed de zomer geluidloos naar zijn eind, dit jaar gaat het zoals het hoort en kan voortgang worden geboekt met het wegwerken van de file herfstproblemen. De beslagen bril, de plataanse schorsafstoot, de beukennootjes, het suikerbietenstapelen, het effect van regen op golven, de verdwijning van de dode vogeltjes, de kleur van snot en de eigenaardige kleuren op de achterkant van de meeste schapen.

Vandaag het schuim op oppervlaktewater, het soort schuim dat de Angelsaks eerder 'froth' dan 'foam' noemt, het schuim dat zich in de richting van de wind in strepen verzamelt zodra er vier of meer Beaufort staat. Hoe ontstaan die schuimstrepen?

Afgelopen dinsdag was er een goede gelegenheid voor het eerste veldwerk. Ter hoogte van het Amsterdamse Scheepvaartmuseun blies de westenwind het water van het Oosterdok recht de Nieuwe Vaart in, zodat er vanaf de brug bij het museum een goed zicht was op het natuurverschijnsel. Een aantal strepen met schuim dat al ver op het Oosterdok was gevormd kwam kalm onder de brug doorzetten. Veel kalmer dan de wind zelf, dat was zeker. Maar ook langzamer dan de loopsnelheid van de golven, wat al minder vanzelfsprekend is. Het was duidelijk dat de golven daardoor krachten op de bellen konden uitoefenen en zo te zien deden ze dat ook. Zag je een enkele luchtbel de bellenbaan verlaten, dan was er altijd wel een parmantig golfje dat de bel 'hup!' weer terug in de rij zette (want dat een drijvend lichaam door een passerende golf niet verplaatst wordt is een leraarleugentje dat de middelbare scholier het wezen van de golf moet bijbrengen. De basisscholier die een in het water gevallen bal naar de kant moet zien te krijgen, weet wel beter).

Zo ontstond de eerste AW-hypothese: er ontwikkelt zich bij een bepaalde windsnelheid een zeker systeem of patroon in de richting van de golven dat een sorterend effect op drijvend spul uitoefent. Golven met meer laterale componenten dan anders, zoiets. De tweede hypothese welde op na een blik in de wind over het wild klotsende Oosterdok zelf: je zou ook kunnen zeggen dat het schuim zich verzamelde in lijnvormig kalme zones waarin - wie weet door interferentie-demping - veel minder golfslag was dan verderop.

Ach, er is wel meer te verzinnen. Nog niet zo lang geleden (op 20 juni) is in deze bijlage beschreven hoe twee schepen die in elkaars buurt op de golven dobberen vanuit een bepaalde positie onverbiddelijk door de golven in elkaars richting worden gestuwd als er niet te veel wind staat. Anderzijds worden schepen die al tamelijk dicht bij elkaar liggen door een flinke harde wind ook zonder pardon tegen elkaar gezet.

Kortom: er is geen gebrek aan mechanismen die in het bellenprobleem een rol kunnen spelen. Maar zou iemand weten hoe het werkelijk zit? De hier gewoonlijk geraadpleegde bronnen hebben zich nooit druk gemaakt over het wezen van de schuimstreep en een eerste telefonade leverde ook niets op, ten dele misschien omdat vaak schaamstreek werd verstaan. Toen schoot te binnen dat een golfdeskundige bij het KNMI destijds ook raad wist met het verschil tussen wintergolven en zomergolven. En weer bracht hij uitkomst. “Het is gewoon Langmuir -circulatie. Dat is laatst nog in zo'n vraag-en-antwoordrubriek ter sprake gekomen.”

Tja, wie houdt dat allemaal bij. Maar Langmuir-circulatie deed toch een lichtje opgaan. Er was de herinnering aan een blauw boek dat er een uitputtende verhandeling over had en, verdoemd, de afdeling zoet water van het AW-labo had inderdaad nog een vochtig exemplaar van Wetzels 'Limnology' (1983) in de kast.

De Amerikaanse fysisch-chemicus Irving Langmuir ontdekte het verschijnsel in 1927 tijdens een zeiltocht in de omgeving van de Sargassozee. Het viel hem op dat het wier ter plekke in lange evenwijdige banen dreef met spaties van 100 tot 200 meter. Later zag hij op Lake George in New York iets soortgelijks. Na ingenieus experimenteren besloot hij dat de strepen de weergave waren van een gecompliceerd driedimensionaal stromingspatroon dat een doorslaggevende rol speelde in de menging van de bovenste waterlaag. In 1938 publiceerde hij zijn vondst in Science (11 februari).

Pas dertig jaar later werd begonnen aan de theoretische onderbouwing en eenverdere experimentele bevestiging, en sinds 1978 is het bestaan van Langmuir-circulatie geaccepteerd, bevestigt ook een Delftse hoogleraar vloeistofmechanica, die overigens waarschuwt voor de gecompliceerde theorie achter het fenomeen. Het heeft te maken met vorticiteit, zegt hij behoedzaam.

Aha! De Britannica legt uit wat dat is, maar geeft toe dat haar exposé voor veel lezers 'totally impenetrable' is. Zelfs een beschrijving van de Langmuir-circulatie is al lastig. Het komt erop neer dat onder een vrijwateroppervlak dat tegelijk onder invloed staat van golven en wind dwars op de windrichting cirkelvormige waterstromingen bestaan die afwisselend linksom en rechtsom draaien en aan de oppervlakte daardoor afwisselend zones met een 'upwelling' en een 'downwelling' in stand houden. De downwelling bevindt zich pal onder de zogeheten convergentiezone waarin zich schuim en ander vuil verzamelt. (Teken het even en het begrip volgt vanzelf. Omdat het water aan de oppervlakte ook nog langzaam met de wind mee beweegt, is Langmuir-circulatie in werkelijkheid een spiralisatie.) Van belang is dat Langmuir-circulatie niet iets bijzonders is. Het vóórkomen is eerder regel dan uitzondering.

Afgelopen donderdag stond er opnieuw veel wind over het Oosterdok, maar nu meer uit het zuiden, dus dwars op de eerdere richting. Deze keer waren er bijna geen schuimbellen, maar in plaats daarvan werd een grote voorraad versgevallen iepenblad uit de grachten aangevoerd. Ook dat verzamelde zich in strepen, zeker zo overtuigend als het schuim dat dinsdags deed. Het mooie is dat veel iepenbladen na verloop van tijd onder water zakken en daar een zwevend bestaan beginnen. Daardoor brachten zij donderdag ook de onderwaterstroming in beeld en gezegd moet worden: overtuigender kon het niet.

    • Karel Knip