Watervragen

Het monumentale werk `De natuurkunde van 't vrije veld' van prof.dr. M.G.J. Minnaert is een jaar of wat geleden door Thieme opnieuw uitgebracht. De drie boeken worden nu in één pakket verkocht en dat is geen kleine aankoop. Erger is dat ze niet zijn bijgewerkt, de waarnemingen en duidingen van Minnaert zijn bevroren in een toestand die hij ongeveer dertig jaar geleden achterliet. Zo zoetjesaan krijgt `'t vrije veld' de allure van een facsimile-uitgave of een Dover-publicatie (die er ook is). Vrienden van Minnaert zijn ervan overtuigd dat hij het zo niet gewild heeft, er was hem altijd veel aan gelegen de tekst zoveel mogelijk up-to-date te krijgen.

Voor een deel is aan dit verlangen tegemoet gekomen in twee Engelse bewerkingen van het eerste deel van de serie die `Licht en kleur in het landschap' heet. Springer-Verlag publiceerde in 1993 `Light and colour in the outdoors', een vertaling en bewerking door L. Seymour. Het boek kreeg opvallende kleurenfoto's van de Finse natuurfotograaf Pekka Parviainen en die laten soms meer zien dan Minnaert in zwart-wit beschrijven kon.

De Amerikaanse astronomen Lynch en Livingston publiceerden in 1995 `Color and light in nature', weliswaar onder eigen naam, maar eerbiedig opgedragen aan de meester. De astronomenfoto's zijn nog mooier dan die van de natuurfotograaf en bovendien hebben Lynch en Livingston nieuwe waarnemingen toegevoegd en oude verklaringen verbeterd. Hun schitterende boek kreeg inmiddels al een herdruk van Cambridge University Press.

Met de kleine watervragen van vandaag schieten we daar niet zo heel veel mee op. Het gaat om rust en onrust op het open water: op sloten, poelen, meren en zelfs wijde zeeën. Zolang daarover geen wind staat die sterker is dan wat in in maritieme kring een flauwe koelte heet wil dat vaak niet over de volle breedte tegelijk in beweging komen. Soms is bijna heel het oppervlak in rimpeling maar handhaven zich raadselachtig stille plekken die niet reageren. Soms doet zich het complementaire verschijnsel voor: dan is eigenlijk de hele gracht of poel of baai spiegelglad maar vertonen zich hier en daar plekken waar het voortdurend rimpelt. Die laatste plekken zijn wat beweeglijker dan de eerste, maar lang niet zo beweeglijk als vaak wordt aangenomen.

De `effen plekken' temidden van overigens volop rimpelend water behandelde Minnaert zowel in deel een als deel drie. Deel een beschrijft de optische effecten en geeft twee overtuigende foto's, deel drie (`Rust en beweging') geeft de voor de hand liggende verklaring. Daar waar het water niet rimpelen wil bevindt zich een onzichtbaar olielaagje dat de golven dempt zoals we van de beschrijvingen van zeelui kennen. Het gedrag van rimpels (`ripples' in het Engels, capillaire golfjes) wordt vooral bepaald door de oppervlaktespanning en andere oppervlakte-eigenschappen en in veel geringere mate door de zwaartekracht (die de grote golven beheerst). Olie verandert de oppervlakte-eigenschappen van water ingrijpend.

Het moet wel een donders dun laagje zijn want er treedt nooit die typische kleurschifting in op die bekend is van op water gemorste minerale olie of van woekerende ijzer-bacteriën. Maar dat kan ook, Minnaert maakt aan de hand van proeven die Benjamin Franklin al deed aannemelijk dat rimpels al getemd worden door een olielaagje dat maar een paar moleculen dik is. Overigens blijkt uit recente literatuur, die met trefwoorden als `natural films', `surface films' of `slicks' te vinden is, dat het hoofdbestanddeel van de films eerder bestaat uit eiwitten, polysacchariden en humuszuren dan uit echte vetten of oliën.

De effen plekken worden gevormd door oppervlakte-actieve stoffen, zullen we dan maar zeggen, die vaak van natuurlijke herkomst zijn. Daarmee is nog niet verklaard waarom ze zich bevinden op de plaats waar ze worden aangetroffen. Minnaert meende dat `het oliehuidje' door de wind werd voortgeblazen. Daarom zou het zich in sloten en poelen altijd aan lager wal ophouden. Systematische waarneming leert dat dat helemaal niet het geval is. Op grote wateroppervlakken waarover een voelbaar windje staat blijven de stille plekken vaak urenlang in dezelfde positie.

Het ligt natuurlijk ook helemaal niet voor de hand dat de wind op het spiegelgladde `vetlaagje' (Minnaert) meer vat heeft dan op het rimpelige water er omheen. Het omgekeerde is waarschijnlijker en het lijktverstandiger ervan uit te gaan dat het huidje gewoon meegevoerd wordt door de waterstroming. Niet als een veertje dat op het water drijft, maar als een sinaasappel die erin drijft.

Enfin, dit is gevaarlijk terrein waaraan al veel is gemeten en gerekend. Misschien zit het anders. De foto van de astronomen illustreert het tweede waterraadsel. Hij toont de hierboven genoemde bescheiden rimpeling temidden van water dat verder overwegend glad is. In het Engels worden deze plekken poëtisch aangeduid met `cat's paws': kattepootjes. Wij hier in Holland hebben er helemaal geen woord voor en van de weeromstuit heeft Minnaert het intrigerende verschijnsel nooit besproken.

De gangbare verklaring is dat `cat's paws' de plaatsen aangeven waar het waait, waar een `vlaagje' staat. Cat's paws come an go at the whim of the wind, schrijven Lynch en Livingston. Ook dit is iets dat men bij wijze van spreken op een warme zomermiddag vanaf een terras aan de waterkant weerlegt. Er staat een zachte maar aanhoudende wind over het water en de verte ontstaan rimpelplekken die aan alle eisen voldoen. Maar: ze zijn lang niet zo wispelturig als beweerd, soms blijven ze minutenlang op dezelfde plaats. Zou het al die tijd juist daar een beetje harder waaien dan verderop? Aannemelijker is het dat het water er rimpelt en rimpelen blijft omdat de wind nu eenmaal meer vat heeft op water met rimpels. Dan danken de pootjes hun bestaan aan een cirkelgang. Maar zeker is dit niet.