Zwemmen in de golfstroom

Zwemmende zeedieren verplaatsen zoveel water dat ze helpen de grote golfstromen in stand te houden.

Algen, kwallen en andere oceaanorganismen verplaatsen zoveel zeewater dat ze bijdragen aan het in stand houden van koude en warme golfstromen. Veel zeedieren foerageren ’s nachts aan het oppervlak en trekken zich overdag terug in dieper, veiliger water. Tijdens die dagelijkse tochten trekken ze veel zeewater mee in hun kielzog. Hun bijdrage is vergelijkbaar met de invloed van wind en getijdewerking, schrijven bio-ingenieurs Kakani Katija en John Dabiri van het California Institute of Technology in Pasadena. Als ze omhoog zwemmen stuwen ze koud water mee. Als ze weer wegduiken – om in de diepte aan hun natuurlijke vijanden te ontsnappen – trekken ze relatief warm oppervlaktewater naar beneden (Nature, 30 juli).

Deze zuigende werking van migrerende oceaanorganismen helpt om koud oceaanwater naar boven te brengen dat door afkoeling aan de polen naar beneden is gezakt. Naast de invloed van zon, maan en aardrotatie verdient het zwemmen van zeedieren volgens de auteurs een plaats in klimaatmodellen.

Katija en Dabiri baseren hun conclusies op onderzoek aan kwallen (Mastigias) die leven in een meer op Palau, een afgelegen eiland in de Stille Oceaan. Met kleurstoffen en lasers maakten zij de stroming in het kielzog van de kwallen zichtbaar.

De studie is belangrijk, omdat klimaatwetenschappers niet goed begrijpen waar grootschalige zeestromingen zoals de warme Golfstroom hun energie uit putten om aan de praat blijven. “In de buurt van de polen zakt oceaanwater door afkoeling omlaag”, zegt de Deen André Visser, oceanoloog aan de technische universiteit in het Deense Charlottenlund. “Waardoor het water later weer omhoog komt is niet helemaal duidelijk. In de energiebalans waarmee klimaatwetenschappers deze zeestromingen beschrijven zit een gat. Het betreft eenderde van de totale optelsom. In principe leveren zwemmende dieren voldoende energie om het gat op te vullen. Het probleem is dat de mechanische energie, die zeeorganismen al zwemmend opwekken, snel als warmte verloren kan gaan.”

Visser schreef twee jaar geleden een kritisch commentaar op de hypothese dat zwemmende dieren de oceaancirculatie substantieel beïnvloeden (Science, 11 mei 2007). Hij legt uit dat de meeste organismen die vertikaal door de waterkolom bewegen kleiner dan een centimeter in doorsnee zijn. Ze zijn daarmee te klein om substantiële waterstroming in hun kielzog te veroorzaken. De grote organismen, zoals walvissen en kwallen, leveren met zijn allen samen onvoldoende energie voor een beslissende bijdrage aan de instandhouding van oceaanstromingen. “Het nadeel van kleine organismen”, zegt Visser aan de telefoon, “bij het op gang brengen van oceaancirculatie, is te vergelijken met het nadeel dat je hebt als je een dun plastic staafje gebruikt om je koffie te roeren. Een echte lepel is groter en daarmee breng je de koffie makkelijker in beweging.”

De Caltech-auteurs vestigen echter de aandacht op een andere vorm van turbulentie die zwemmende dieren veroorzaken. Als iets zich door het water beweegt ontstaan niet alleen wervelingen in het kielzog, het dier of object sleept ook water met zich mee. “Water rondom en aan de voorkant moet opzij”, zegt Visser. “Daardoor ontstaat een waterbel rond het organisme. Daarachter ontstaat een kolom van water die het organisme als het ware meesleept.”

Ruim vijftig jaar geleden al beschreef Charles Darwin – een kleinzoon van de gelijknamige evolutiebioloog – dit type stromingen in een wetenschappelijke publicatie. Hij bouwde voort op werk van de Ierse natuur- en wiskundige George Gabriel Stokes die al in de 19de eeuw ontdekte dat dit fenomeen van belang was om de beweging van een slinger door de lucht goed te begrijpen.

Katija en Dabiri hebben de waterverplaatsing rond een object dat door het water klieft nu in beeld gebracht bij de kwallen van Palau. Vervolgens vatten zij de driedimensionale kwallenhek- en boeggolf in formules.

Visser deelt hun conclusie dat ook kleine organismen volgens dit mechanisme turbulentie kunnen veroorzaken: “Wel heb ik mijn twijfels bij het natuurkundige model dat zij gebruiken. Als een organisme dat omhoog beweegt, een lange waterkolom met zich mee omhoog trekt, dan moet die op zeker moment toch afbreken. Daarmee houden de auteurs in hun model geen rekening.”

De invloed van levende organismen op zeestromingen zal de komende jaren wel in de belangstelling blijven staan, denkt Visser. Hij denkt te weten hoe de kwestie kan worden opgelost. “Zelf werk ik alleen met modellen en formules. Maar wetenschappers die experimenten doen, zouden een aquarium van twintig bij twintig bij twintig meter moeten bouwen, waarin ze kwallen laten rondzwemmen. Onder dergelijke gecontroleerde omstandigheden zouden we het probleem een beslissende klap op zijn kop kunnen geven.”