Doodwater besliste mogelijk zeeslag

Hoewel de stoommachine op volle kracht draaide, lag het schip plotseling bijna stil. „De Fram leek te worden tegengehouden door een mysterieuze kracht en ze luisterde niet naar het roer”, schreef de Noorse ontdekkingsreiziger Fridtjof Nansen tijdens zijn expeditie naar de Noordpool in 1893. „Wij voeren in dødvann, doodwater.”

Vagn Walfrid Ekman, een Zweedse natuurkundige, bevestigde in 1904 als eerste het vermoeden dat het verschijnsel doodwater zich voordoet in een ‘gelaagde zee’. Die kan ontstaan als zoet water uitvloeit over een diepere laag zout water en zich bij rustig weer niet mengt; zoet water is lichter dan zout. Dat gebeurt bijvoorbeeld als er smeltwater uit een rivier een fjord instroomt.

In zijn laboratoriumtank met twee verschillend gekleurde lagen water zag Ekman hoe een modelscheepje onder water, op het scheidingsvlak van zoet en zout, door zijn eigen beweging golven veroorzaakt die het als het ware terugzuigen, waardoor de snelheid dramatisch afneemt. Als het schip met zijn kiel net boven de zoute laag vaart, is dat effect het sterkst.

Klimaatmodellen

Afgezien van enkele meebewegende banen met rimpelingen, zijn die onderzeese golven aan het oppervlak niet te zien; dat blijft glasachtig stil. „Het was alsof we de hele zee met ons meesleepten”, schreef Nansen. En omdat het schip ten opzichte van het water nauwelijks beweegt, valt de druk op het roer weg en kan er nauwelijks nog gemanoeuvreerd worden.

Doodwater – dat zich overal ter wereld kan voordoen waar water door verschillen in zoutgehalte of temperatuur gelaagd is – bleef de wetenschap, voortbouwend op Ekmans experimenten, sindsdien fascineren. Ook omdat die onderzeese golven een nog vrijwel onontgonnen terrein zijn dat een grote rol kan spelen in klimaatmodellen. Het is niet alleen een lokaal maar ook een oceaanomspannend fenomeen.

De nieuwste inzichten komen van een groep Franse onderzoekers onder wie Johan Fourdrinoy, verbonden aan het Centre National de Recherches Scientifiques (CNRS). Behalve het ‘onderwater-kielzog’, dat Nansens schip afremde, onderzochten ze in hun watertank aan de universiteit van Poitiers met modelbootjes en geavanceerde camera’s een tweede, subtieler fenomeen. Dat had Ekman wel beschreven maar het was nooit afdoende verklaard: schepen in doodwater ondergaan eerst ook een reeks versnellingen en vertragingen.

De studie, kortgeleden gepubliceerd in het tijdschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), laat zien dat die pulserende, ‘peristaltische’ beweging eveneens wordt veroorzaakt door de beweging van het schip zelf. Want er ontstaat niet alleen een golf achter het schip, maar ook een ‘boeggolf’ van water dat aan de voorkant wordt weggedrukt. Die onderwatergolven geven het schip steeds een zetje. Het is, schrijft Foudrinoy, alsof het schip „op een hobbelige loopband vaart waarop het heen en weer beweegt”. Overigens is dat ‘oscilleren’ tijdelijk, want uiteindelijk bereikt het schip de constante (en irritant lage) snelheid die Nansen op zijn Fram observeerde.

Mooiweerverdrinkingen

Met hun grotere motorvermogens hebben schepen nu weinig last van doodwater. Maar dit ligt anders voor zeil- en roeiboten. En: voor zwemmers, zegt Leo Maas, hoogleraar fysische oceanografie aan de Universiteit Utrecht. Hij vermoedt dat een aantal mysterieuze ‘mooiweerverdrinkingen’ met doodwater te maken heeft. Die ongelukken gebeurden bij rustig weer wanneer de zon een relatief diep en koel stuk water opwarmt. Zo ontstaat een bovenlaag van een centimeter of vijftig diep met een lager soortelijk gewicht (en drijfvermogen).

Maas deed verschillende ‘zwembadproeven’ met gelaagd water. Daaruit blijkt dat een borstcrawler, die met zijn handen door het grensvlak van warm en koud beweegt, zich opeens veel minder kan afzetten en dus niet meer vooruit komt. „Vergelijk het met op drijfzand lopen”, zegt hij. Bovendien is er „een verticale component”: als een zwemmer met een diepe slag water uit de relatief zware onderlaag omhoog schept, „is het alsof hij een steen optilt”.

Er zijn gevallen bekend van zwemmers die vertelden over wat ze ‘sticky water’ noemden. Uit Maas’ proeven blijkt dat we „zulk anekdotisch bewijs over water dat zich raar gedraagt serieuzer moeten nemen”, zegt hij.

Misschien schreef Tacitus in de eerste eeuw van onze jaartelling er al over (in de Agricola), toen hij de wateren rond de Orkney-eilanden „traag en moeilijk aan de roeiriem” noemde. En een vorig jaar gepubliceerde Franse studie kan mogelijk licht werpen op het verloop van de slag bij Actium (31 voor Christus), denkt onderzoeker Foudrinoy.

Bij dat treffen aan de Griekse westkust tussen de vloot van Octavianus en de (grotere) schepen van het duo Marcus Antonius en de Egyptische koningin Cleopatra, leden de laatsten een smadelijke nederlaag, onder andere omdat ze urenlang stil kwamen te liggen in een smalle doorvaart.

Volgens Plinius de Oudere, omdat remora (zuigvissen) de schepen tegenhielden. Volgens Foudrinoy was het echter mogelijk een gevalletje doodwater. Zijn onderzoek toont dat de remmende werking juist in smal water, zoals fjorden, het sterkst is.