Oceaanbuizen

Karel Knip

Een beetje vreemd is het wel: Nature dat een idee van een wetenschapper afdrukt dat niet nieuw is en waarschijnlijk ook niet werkt. Het was op 27 september en het betrof een brief van James E. Lovelock en Chris G. Rapley. Rapley is na een lang onderzoekend leven op de zuidpool directeur van het Science Museum geworden. Lovelock, het best te omschrijven als zelfstandig onderzoeker, is bekend geworden van de Gaia-hypothese en nog heel veel meer. Hij ontdekte in 1973 dat cfk’s (de drijfgassen in spuitbussen die een gevaar voor de ozonlaag bleken) een wereldwijde verspreiding in de atmosfeer hebben. Zijn Gaia-hypothese werd pas bekend toen hij er in 1979 een boek over schreef. De hypothese wil dat de aarde min of meer als een levend organisme functioneert. Er zijn zoveel terugkoppelingssystemen die verstoringen opvangen dat de aarde bijna altijd vanzelf de omstandigheden handhaaft waarin leven gedijen kan. Het is een theorie die zowel tot milieuoptimisme als milieupessimisme leiden kan.

Wat wil Lovelock? Hij wil op geschikte plaatsen in de oceaan een enorme hoeveelheid buizen vertikaal in het water hangen en wel zó dat ze door golfslag of deining in een soort cadans raken. Onderin de buizen monteert hij een klep en dankzij die kleppen gaan de buizen water omhoog pompen. Het zijn heel lange buizen, wel 100 of 200 meter lang. En ook heel brede buizen: wel 10 meter breed. Daardoor kan een flinke hoeveelheid koud, voedselrijk vanuit de diepte naar het zeeoppervlak worden gebracht. In veel gevallen zal dat de algengroei ter plekke stimuleren en dat kan de CO2-opname van de zee aanzienlijk verbeteren. Een bijkomend voordeel kan zijn dat er minder makkelijk cyclonen ontstaan boven de afgekoelde oceaan.

Nature plaatste het idee zonder verdere toelichting of relativering. Hoeveel buizen zou je nodig heben om een meetbaar effect te bewerkstelligen? Hoe voorkom je dat het bovenste deel van de pijpen dichtgroeit met zeewier? Zouden zich geen zeepokken en eendenmosselen vastzetten op de klep waardoor die onwerkzaam wordt? Hoe zet je die buizen vast en ráken ze wel in cadans als ze zo breed zijn? Dempt die grote diameter nu juist de golfwerking niet?

De zelfstandig Googlaar moest onmiddellijk denken aan het idee van oceanograaf Henry M. Stommel van het Woods Hole Oceanographic Institution die omstreeks 1956 ook lange vertikale buizen in zee wilde hangen op plaatsen waar warm, zout water stond boven diep water dat veel kouder maar ook veel minder zout was. Hier en daar komt dat voor. Stommel had bedacht dat dit diepe water, als het door niet te brede, dunne buizen naar boven zou worden gehaald, opgewarmd door de omgeving uiteindelijk een lagere dichtheid zou kunnen bereiken dan het oppervlakkige water. In dat geval zou de fontein, eenmaal opgang gebracht, eeuwig doorspuiten: perpetual salt fountain. Dat is te zeggen: tot de oceaan helemaal gemengd was, want een perpetuum mobile is het niet. Er zijn een paar pogingen gedaan om deze fontein op gang te krijgen, maar het werd niets tot de Japanse hoogleraar Shigenao Maruyama er de tanden in zette. In een pvc-pijp met een lengte van 280 meter en diameter van 30 cm die boven de Marianentrog werd gehangen kreeg het zeewater een stroomsnelheid van 8,8 meter per uur. Dat is een debiet van 15 kuub zeewater per dag (Journal of Oceanography, juni 2004). Maruyama wil oceaanwoestijnen vruchtbaar maken met de aanvoer van voedselrijk water uit de diepte.

Hij had ook kunnen denken aan het opwekken van schone energie. Dat was destijds de opzet van oceanograaf John Dove Isaacs van het Scripps Institution of Oceanography. Isaacs kwam halverwege de jaren zeventig met precies hetzelfde idee als Lovelock: lange pijpen met kleppen. ‘Artificial upwelling’ is de zoekterm. In feite is het idee al zo oud dat op diverse plaatsen geëxperimenteerd wordt met de waterpompen. Het Amerikaanse bedrijf Atmocean laat de activiteiten zien op www.atmocean.com. Uit het getoonde filmpje blijkt dat Atmocean een lange slang in plaats van een buis gebruikt. Zo te zien zijn er nog geen resultaten behaald en je vraagt je af of die slang niet dicht zakt onder water. Toch rekent Atmocean nu al op een stroomsnelheid van wel 1.000 meter per uur in de slang.

Het aardige is dat juist afgelopen voorjaar de fysicus Kern E. Kenyon in het Journal of Oceanography (april 2007) liet zien dat er in principe helemaal geen kleppen nodig zijn in die lange buizen. De voorwaarde is dat de – zeer smalle – buizen niet mee bewegen met het water, dus juist niet in cadans raken en vooral niet in harmonie met de golven. De cyclische waterbeweging die altijd in golven bestaat neemt in hevigheid exponentieel met de diepte af, memoreert Kenyon. De bovenopening van de hangende buis (die zich op een diepte van 15 meter bevindt) hangt daardoor in veel woeliger water dan de onderopening, tientallen meters lager. Daaruit ontstaat volgens het oude principe van Bernoulli een klein drukverschil dat het water in beweging kan brengen. Kenyon stuurde het artikel toe: zo te zien is zijn benadering simplistisch en louter theoretisch. Het is meer een gedachtenexperiment.

Maar het is een kleine moeite om dat experiment in het echt uit te voeren. Dat is wat hier eigenlijk te melden valt. Eergisteren is een koker gerold van een stevig stuk plastic. De koker, door elastiekjes dichtgehouden, werd in het water gestoken van een emmer die tot de rand toe vol stond. De onderopening bleef vrij van de emmerbodem. De ene hand hield de koker rechtop, de ander bracht het wateroppervlak in kabbeling en de derde liet wat vulpeninkt uit een limonaderietje in het midden van de koker lopen. Resultaat: zodra het wateroppervlak kabbelde, dook de inktwolk naar beneden. Elke keer opnieuw en heel overtuigend. De werkelijkheid blijkt de theorie van Kenyon dus niet te volgen. Maar een verklaring ontbreekt nog.

De volgende vraag was natuurlijk: zouden die buizen met kleppen eigenlijk wel werken? Voor dat onderzoek werd de plastic koker wat ingekort en aan de onderzijde voorzien van een ‘klep’ in de vorm van een lekgestoken pingpongbal (die onder water volstroomt). De bal kwam te rusten op een ruime ronde opening in de overigens afgesloten onderzijde van de koker. Een satéstokje hield de slag van de bal voldoende klein. Er was maar één hand nodig om de koker-met-klep in kalme vertikale cadans te brengen. Maar hij pompte als een trein, dat zag je al zonder inkt.