Waarom de wereldwijde zeespiegel verre, verre van vlak is

De meeste mensen gaan er min of meer gedachteloos van uit dat de wereldwijde zeespiegel - afgezien van oppervlakkige golven - vlak is, zoals overduidelijk het geval blijkt voor een meer of een vijver. Vrijwel iedereen heeft op school immers kennisgemaakt met de 'Wet van de communicerende vaten', die inhoudt dat waterpartijen en waterspiegels welke met elkaar in verbinding staan in principe een gelijke hoogte bereiken. De animatie hieronder laat namelijk exact dat principe zien.

Op grond van het bovenstaande zou je dus mogen verwachten dat de wereldwijde oceanen - die feitelijk allemaal met elkaar in verbinding staan - eenzelfde zeespiegelhoogte aanhouden. Niets is echter minder waar en dat heeft er onder andere mee te maken dat de 'Wet van de communicerende vaten' functioneert op grond van de respectievelijke dichtheden van de waterkolommen en de hiermee verband houdende hydrostatische waterdrukken. Dit houdt in dat waterkolommen in communicerende vaten elkaar in evenwicht houden op grond van hun gemiddelde dichtheden en de hierdoor uitgeoefende hydrostatische waterdrukken.....en in beginsel dus niet op grond van te equivaleren niveauverschillen!

Dat zelfs Rijkswaterstaat zich hierin nog flink kan vergissen, blijkt wel uit dit artikel over de problemen met de Zeesluis IJmuiden. (Sorry, misschien hadden we ons artikel eerder moeten publiceren??) Daarnaast - let nu wel even op Rijkswaterstaat - zijn er nog tal van andere omstandigheden die de hoogte van de waterspiegel beïnvloeden die überhaupt niet dichtheids- en waterdruk-gerelateerd zijn. Hieronder zet Dutchcowboys ze voor jullie op een rijtje.

Optredende niveauverschillen zullen er uiteraard continu naar streven deze onbalansen teniet te doen, maar zolang de drijvende krachten achter dichtheids- of andersoortige niveauverschillen persisteren, zullen ook de niveauverschillen persisteren.

De gemiddelde dichtheid én hydrostatische waterdruk van de lokale waterkolom ten opzichte van de gemiddelde dichtheid én hydrostatische waterdruk van de naastliggende waterkolommen bepaalt de afwijking in de hoogte van de lokale zeespiegel. Dit betekent dat de gemiddelde dichtheid én hydrostatische waterdruk van de lokale waterkolom invloed heeft op het lokale zeespiegelniveau. We moeten in dit geval denken aan maximale hoogteverschillen van millimeters of centimeters over kortere afstanden tot decimeters over veel langere afstanden.

Als de gemiddelde dichtheid én hydrostatische waterdruk van de lokale waterkolom uitstijgt boven de gemiddelde dichtheid én hydrostatische waterdruk van de naastliggende waterkolommen, dan betekent dit dat de lokale waterkolom zich in verhouding zal verlagen. Terwijl als de gemiddelde dichtheid én hydrostatische waterdruk van de lokale waterkolom hiervoor onder doet de lokale waterkolom zich in verhouding juist zal verheffen.

Rekenkundig geldt hierbij wel als voorwaarde dat de gemiddelde dichtheden vergeleken worden over strikt gelijkwaardige waterdiepten en -kolommen. D.w.z. dat een waterkolom in een ondiep kustgebied alleen vergeleken mag worden met een bovenste waterkolom van diezelfde verticale hoogte verderop in de oceaan.

Het zoutgehalte (saliniteit) en de temperatuur zijn de belangrijkste factoren met betrekking tot de dichtheid van zeewater. Dat de temperatuur van oceanen van plaats tot plaats kan verschillen, is een 'nobrainer'. Echter de saliniteit kan eveneens van plaats tot plaats verschillen als gevolg van het periodiek smelten van landijs, de periodieke toevloed van zoet water uit rivieren of het zich voordoen van grootschalige verdamping. De eerste twee fenomenen spelen hoofdzakelijk in kustregio's.

De lokale luchtdruk kan de hydrostatische waterdruk van de lokale waterkolom rechtstreeks verhogen of verlagen, waardoor de lokale zeespiegel doorgaans wordt verlaagd of verhoogd in een ordegrootte tot hooguit 30 centimeter. Tijdens zware orkanen kan dit echter oplopen tot maar liefst 1 meter.

Afbeelding: olie met een lagere dichtheid dan water verhoudt zich tot een hoger niveau.

Een aanvankelijk zuiver bolvormige constellatie kan licht afgeplat raken en een equatoriale uitstulping vormen door enigszins haaks uit te dijen op zijn rotatieas als gevolg van de te ondervinden centrifugale krachten. Hierdoor is de diameter van de aarde rond de evenaar ongeveer 43 kilometer groter dan aan de polen. De zeespiegel is als gevolg van diezelfde centrifugale krachten rond de evenaar een tiental meters hoger dan aan de polen. De centrifugale krachten overwinnen ruimschoots de hiermee gepaard gaande hydrostatische waterdrukverhoging.

Als gevolg van een lokaal hogere dichtheid van gesteenten onder de oceaanbodem, in de onderliggende mantel of het bestaan van lokaal verheven massieve structuren uit oceaanbodem kan de zwaartekracht van plaats tot plaats enigszins verschillen. Een lokaal iets hogere zwaartekracht gaat gepaard met een hogere zeespiegel en een lokaal iets lagere zwaartekracht met een lagere zeespiegel. De aantrekkingskracht van de aarde overwint ruimschoots de hiermee gepaard gaande hydrostatische waterdrukverhoging. We spreken hier over een ordegrootte tot maar liefst een ongelofelijke 106 meter lokale verlaging en een 190 meter aan niveauverschillen (zie de afbeelding hieronder).

Hoewel de lokale zwaartekracht rond de evenaar als gevolg van de equatoriale uitstulping heel ietsjes lager is, wordt dit effect op de zeespiegel ruimschoots overtroffen door de centrifugale krachten rond de evenaar. Dit minimale zwaartekracht-effect is overigens geenszins terug te vinden binnen bovenstaande afbeelding.

Wind en lage luchtdruk kunnen de zeespiegel over enorme gebieden in een ordegrootte tot maar liefst 5 meter opstuwen (stormvloed). Stroming is, net als wind, in staat om de zeespiegel op te stuwen tot maar liefst 1 meter. Met name als die winden en stromingen op continenten, obstakels of ondiepten stuiten. Een bijzondere vorm van opstuwing hetzij verlaging door stromingen kan plaatsvinden ter hoogte van onderzeese gebergten, richels of valleien, waardoor het zeespiegelniveau ter plaatse tot wel een halve meter verhoogd resp. verlaagd kan raken (i.c. eigen inschatting).

De getijden van eb en vloed kunnen de zeespiegel periodiek met ongeveer een halve meter verlagen of verhogen. Getijdenverschillen midden op de oceaan bedragen dus ongeveer een meter. Ondiepe kustgebieden en specifiek georiënteerde halfgesloten baaien of inhammen kunnen de getijdenwerkingen flink versterken door o.a. het na-ijleffect van in- of uitstromend zeewater. Ook de afname van golflengte en toename van golfhoogte bij toenemende ondiepte - het bekende tsunami-effect - kan een rol spelen. Uiteindelijk kan het getijdenverschil in extreme situaties oplopen tot maar liefst 16 meter.

Geschatte zeespiegelvariaties heb ik zoveel mogelijk gebaseerd op grond van concrete verwijzingen. Waar het echter ontbrak aan eenduidige informatie heb ik 'i.c. eigen inschatting' vermeld.

Dit bronartikel in het Engels vormde de aanvankelijke inspiratie voor mijn artikel.