Dit is een artikel uit het NRC-archief
Bekijk hele krant

NRC Handelsblad

Economie

Zoutvinger

De nieuwe Science (29 april) heeft een moeilijk maar waarschijnlijk interessant stuk over `diapycnal mixing by salt fingers' waarvan de buitenstaander de portée niet snel achterhaalt. In essentie becijfert onderzoeker Raymond W. Schmitt er de grootte van de spontane menging in tropisch oceaanwater onder invloed van verschillen in dichtheid (`soortelijk gewicht'). Dat soort menging, dat ook in fluitketels en theekopjes optreedt, wordt gewoonlijk convectie genoemd.

In fluitketel en theekop heersen vooral dichtheidsverschillen die door verschillen in temperatuur worden veroorzaakt. In oceanen spelen ook verschillen in zoutgehalte een rol. Een pakketje oceaanwater kan zwaarder zijn dan een naburig pakketje dankzij een lagere temperatuur of een hoger zoutgehalte of allebei. Interessant zijn de situaties waarin gradiënten in temperatuur en zoutgehalte elkaar tegenwerken. Daar kunnen vreemde verschijnselen optreden.

De AW-redactie bleef hangen aan de zoutvingers, de `salt fingers'. Het zijn vreemde dingen die niets te maken hebben met de hier zo bekende zouttongen. Dezelfde Raymond W. Schmitt heeft in Scientific American van mei 1995 uitgelegd wat zoutvingers zijn. Lang daarvoor, in 1971 en 1977, waren ze al uitvoerig besproken in de rubriek Amateur Scientist van hetzelfde tijdschrift. Want zoutvingers werden in 1960 ontdekt.

Dat kwam zo. Halverwege de jaren vijftig zochten oceanografen naar een mogelijkheid om de waterdruk op de bodem van de oceaan te meten. Inmiddels kan dat rechtstreeks, maar toen niet. Theoretiserend en brainstormend voor een schoolbord kwamen ze op de gedachte een lange, smalle dunkoperen pijp naar de bodem van de oceaan te laten zaken en daardoor bodemwater naar boven te pompen. (Ze stelden zich de proef voor in de Sargasso-zee, waar het zoutgehalte aan de zeebodem veel lager is dan aan de oppervlakte.) De hele pijp zou dan op den duur gevuld zijn met bodemwater (van bekende dichtheid) dat overal onderweg, dankzij het dunne koper, in temperatuurevenwicht met de omgeving was. Uit de stijghoogte die dat water in de ver boven het zeeoppervlak eindigende buis kreeg zou dan de bodemdruk zijn af te leiden. In een flits brak het besef door dat er een bescheiden fontein zou ontstaan als de pijp precies op zeeniveau eindigde. Een fontein die nooit meer op zou houden te spuiten. Althans: niet zo lang de oceaan niet volledig gemengd was. Een `perpetual salt fountain'.

Theoretisch was er niets tussen te krijgen en de verblufte geleerden hebben uiteindelijk in februari 1971 een ongelooflijk slappe poging gedaan om bij Martinique met een lange plastic slang zo'n zoutfontein op te wekken. Het diepe zeewater kwam 24 inches hoog, maar dat bleek later ook langs andere weg te verklaren.

De lezer begrijpt dat er in de Sargassozee ook een nimmer eindigende neerwaartse stroming in een vertikale koperen buis op gang wordt gebracht als die geheel is gevuld met oppervlaktewater. Het kan beide kanten op. Ongeveer langs deze weg kwam Melvin E. Stern in 1960 tot zijn vinger-concept. Hij realiseerde zich dat warmte-uitwisseling in zeewater véél sneller gaat dan uitwisseling van zouten en dat er ook zonder omhullende koperen buis krachtige spontane vertikale transporten (in beide richingen) mogelijk waren. Het meest aannemelijk is een configuratie waarin neerwaartse en opwaartse stromingen elkaar om-en-om afwisselen.

Later zijn de zoutvingers ook werkelijk gevonden en in de genoemde rubriek Amateur Scientist (juni 1971) geeft C.L. Stong aanwijzingen voor een experiment waarbij zoutvingers in een wijd bekerglas worden opgewekt. Het welslagen van de proef is afhankelijk van het gebruik van nogal exotische kleurstoffen (methyleenblauw en dergelijke).

Hier op het plaatje staat een veel eenvoudiger experiment dat Jearl Walker in oktober 1977 binnen hetzelfde kader besprak. Binnen een wijd glas halfvol gewoon koel leidingwater hangt een plastic beker die op zijn beurt is gevuld met leidingwater waarin zout en een kleurstof zijn opgelost. In de bodem van de plastic beker is vooraf met een (stevige) veiligheidsspeld een gaatje gestoken. Voor de AW-versie van de proef werd een PET-plastic beker van de Hema gebruikt. Het zoute leidingwater was vooraf in een andere beker aangemaakt uit leidingwater met vier theelepels jozo-zout van Albert Heijn. De kleurstof was pikzwarte Parker Quink-inkt van V&D. Die inkt verandert vreemdgenoeg binnen een uurtje in gele inkt, maar dat hindert niet.

De lekgeprikte beker wordt volgeschonken op hetzelfde moment dat hij behoedzaam in het wijde bekerglas wordt neergelaten. Daarbij moeten waterniveau binnen en buiten steeds zoveel mogelijk op gelijke hoogte blijven. Dat klinkt ingewikkeld maar is doodsimpel. En veel meer is trouwens niet nodig. Heeft men een glazen glas dat heel veel wijder is dan de plastic beker dan kan het verstandig zijn de beker tussen twee messen enigszins te stabiliseren. Zelfs zou je de beker aan zo'n mes kunnen vastplakken met plakband.

De eerste vijf of tien minuten gebeurt er niets. Waarom is niet duidelijk, misschien moet er temperatuurevenwicht ontstaan. Maar dan opeens stroomt er duidelijk zout-water-met-inkt onder uit de beker en men had natuurlijk ook niet anders verwacht. De verrassing komt als dit plotseling stopt en dan na een pauze toch weer opnieuw begint, weer stopt, enzovoort, enzovoort, uren lang. Adembenemend in zijn eenvoud.

Walker geeft een verklaring voor het aan-uit-aan-uit van de oscillator die nogal geforceerd aandoet. Het meest aannemelijk lijkt dat er, door traagheidseffecten, steeds net even meer zout water uit de beker stroomt dan nodig zou zijn om het drukverschil binnen-buiten te vereffenen. Het gevolg is dat zoet water toestroomt om het evenwicht te herstellen. Maar ook dat schiet te ver door, enzovoort. Maar misschien is Walkers verklaring beter. Wat je je ook kunt afvragen: mag je de beker gewoon laten drijven (zoals op de foto) of wordt het nog mooier als-ie wordt ondersteund, zoals Walker deed.