Figuur 3.3: Voorraden Zoet Water in de Wereld (bron: xx)
∆(G + O) = (φneerslag− φevapotranspiratie) × τ Waarin • G: hoeveelheid grondwater ([m3]) • O: hoeveelheid oppervlaktewater ([m3]) • φ: waterstroom ([m3/s]) • τ : beschouwde tijdvak ([s])
Het is gebruikelijk om neerslag en evapotranspiratie uit te drukken als N in [mm/dag]. Dan wordt bovenstaande vergelijking vanzelfsprekend
∆(G + O) = (Nneerslag− Nevapotranspiratie) × A × τ0× 1000[mm/m]
Waarbij tau0uitgedrukt wordt in [dag] en A het oppervlak van het gebied in [m2]. Als we vervolgens weten hoeveel vierkante meter oppervlaktewater er in een gebied is, dan kunnen we een eerste schatting uitrekenen van de stijging van dat oppervlaktewater na een periode van hevige neerslag.
De vergelijking kan aangepast worden als we weten dat er bijvoorbeeld een rivier door een gebied stroomt die water afvoer, of dat er een gemaal is dat het water uitpompt, bijvoorbeeld:
∆(G) = (φneerslag− φevapotranspiratie− φrivierof gemaal)× τ
3.3 Water - continentaal en regionaal
De grote waterkringloop beschreven in de vorige sectie is een beschrijving op het aggregatie- of systeem-niveau aarde. Vanzelfsprekend zijn er voor de verschillende continenten, en met name de geografische breedtes, grote verschillen. Deze verschillen vinden hun oorsprong in locatie - de geografische breedte, afstand tot de oceaan, aanwezigheid van hoge bergketens en andere geografische factoren, en ten slotte de thermohaliene circulatie.
3.3.1 Geografische Breedte
Wereldwijd zijn er verschillende klimaatzones te herkennen
tropen: van de evenaar tot + of - 10ebreedtegraad. Deze zone wordt gekenmerkt door een zeer inten-sieve hydrologische cyclus. Er is veel zonneinstraling, de passaatwinden brengen met regelmaat zware regens naar de tropische landmassa’s, waar zich de afgelopen duizenden jaren grote regen-wouden hebben gevormd. Deze zorgen voor een grote plaatselijke evapotranspiratie, die nog eens bijdraagt aan de lokaal overvloedige en soms zeer intensieve neerslag.
subtropen: ruwweg van de 10e tot de 23e breedtegraad (steenbok- en kreeftskeerkring). In deze zone vinden we (tegen de tropen aan) een zone met zeer weinig neerslag - dit zijn de breedtes waar zich de grote woestijnen bevinden (Sahara, Gobi, Nevada desert, centraal Australi¨e etc.) en noordelij-ker resp. zuidelijnoordelij-ker subtropische gebieden met aangename temperaturen en redelijk veel neer-slag. Onderliggende oorzaak is dat rond de evenaar lucht zo heet wordt dat ze tot grote hoogte stijgt, er geen regen uit kan vallen terwijl ze zich verspreid over de woestijngordel. Pas als de lucht is aangekomen op hogere breedtes, zakt ze, en kan er weer regen vallen.
gematigde klimaatz ˆones: Van de 23e tot 57e breedtegraad. Op het noordelijk halfrond is dit de z ˆone waarin zich Noord-Amerika (VS, zuidelijk deel Canada), Noord-West Europa, Rusland en zuid/midden China zich bevinden. In deze z ˆone zijn de corioliskrachten in de atmosfeer groot, waardoor de overheersende windrichting er een is van west naar oost. Verdamping in deze z ˆone uit de oceanen is groot, omdat er nog steeds veel zonnestraling invalt. In Noord-West Europa is het weer wisselvallig, doordat voortdurend wolkenvelden, depressies en hogedrukgebieden aan-gevoerd worden vanaf de Atlantische oceaan. In Noord-Amerika geldt het zelfde (aanvoer vanaf de Grote Oceaan), terwijl het Oostelijk deel van Rusland en China vaak droog zijn, en Japan veel aanvoer heeft van de Chinese Zee. Op het zuidelijk halfrond vinden we hier de zuidelijke punt van Amerika (Argentini¨e, Brazili¨e), Zuidelijk Afrika (van Kenia, Tanzania naar Zuid-Afrika) en een deel van Australi¨e
subarctische z ˆone: van de 57ebreedte graad tot de poolcirkel (66.5ebreedtegraad. In dit gebied wordt het klimaat gekenmerkt doordat er eigenlijk maar twee seizoenen zijn, zomer en winter, met hele korte lente resp. herfst. Het weer is hier minder wisselvallig - de afwisseling van hoge- en la-gedrukgebieden is minder of afwezig. De plantengroei is door de geringe zonneinstraling lang-zaam. De hydrologische cyclus is relatief mild, met beperkte hoeveelheden neerslag. In deze z ˆone vinden we de uitgestrekte toendragebieden van Canada en Siberi¨e. Het uiterste zuiden van Zuid-Amerika, en het Noorden van Antarctica liggen in deze klimaatz ˆone. Omdat het om zeer grote gebieden gaat, vindt hier wel een groot deel van de neerslag en runoff plaats.
arctisch: boven (of beneden) de poolcirkel. Op het Noordelijk halfrond zijn Groenland en de Noorde-lijke ijszee bedekt met land- respectievelijk zeeijs. Op het zuidelijk halfrond vinden we hier de (tot 3 kilometer dikke) ijskap van Antarctica. Rond de poolcirkel komt vooral veel leven voor in de ijszee; op het zuidelijk halfrond is dit bijvoorbeeld het gebied waar krill, een garnalensoort, groeit, het voedsel van een aantal baleinwalvissen (blauwe vinvis, grijze vinvis etc.). Hier is de hydrologische cyclus nog langzamer dan in de subarctische z ˆone.
3.3.2 Regionale Klimaatvariatie
Binnen elk van deze klimaatz ˆones zijn er ook weer grote regionale verschillen. Deze worden in hoofd-zaak veroorhoofd-zaakt door de aanwezigheid en ligging van (hoge) bergketens, en de grote van de land-massa’s. In Noord- en Zuid-Amerika, bijvoorbeeld, fungeert in de gematigde klimaatz ˆone de Rocky Mountains resp. de Zuidelijke Andes als een barri´ere voor neerslag: de wolken van de Grote Oceaan regenen uit tegen of in deze bergketens. Verder naar het Oosten liggen dan grote vlaktes - de Great Plains in Amerika, de pampa’s van Argentini¨e waar jaarlijks nog maar weinig neerslag valt. Op lagere breedtes, met name in Zuid-Amerika, zien we dat daarmee in de Andes de Amazone ontspringt, en ten oosten van deze bergketen juist een enorm regenwoud is ontstaan met een zeer intensieve plaatselijke hydrologische cyclus.
In Noord-West Europa kunnen de weersystemen vanuit de Atlantische oceaan ongehinderd door bergketens ver Europa indringen. Vanzelfsprekend regent het gemiddeld meer naarmate je dichter bij de Atlantische kust komt, maar heel Noord-West Europa kent een behoorlijke jaarlijkse neerslag. Ge-combineerd met een vruchtbare bodem, is dit dan ook al eeuwen een zeer produktief landbouwgebied, iets wat eveneens geld voor de Noordelijke helft van de VS (de Mid-West), Wit-Rusland en de Oekra¨ıne. Op het Zuidelijk halfrond ten slotte is er een vergelijkbaar patroon, met grote vruchtbare landbouw-gebieden in Afrika (Zuid-Afrika, Za¨ıre enz.), Australi¨e en Zuid-Amerika.
3.3.3 El Ni ˜no en La Ni ˜na
Colombia, Ecuador, Peru en Australi¨e hebben te maken met een onregelmatig fenomeen dat in de en-gelse vakliteratuur bekend staat als de ‘‘El Ni ˜no/La Ni ˜na Southern Oscillation of ENSO”. Dit is een oscillatie
3.3. Water - continentaal en regionaal
in het wereldwijde atmosferische systeem, die begint met een verstoring van de passaatwinden. Daar-door veranderen neerslagpatronen en temperatuur in de tropen tijdelijk. De oscillatie duren 1 tot soms wel 2 jaar.
Naast perioden dat de situatie “normaal” is, ontstaan dus afwisselend El Ni ˜no en La Ni ˜na. De eerste staat daarbij voor (meestal een jaar) extreem veel neerslag in Zuid-Amerika, met overstromingen in Noord-Peru en Ecuador tot gevolg, en droogte in Australi´e. Bij La Ni ˜na gaat de slinger precies de andere kant op, en is het extreem droog in Zuid-Amerika, terwijl er in Australi¨e overstromingen kunnen zijn (zoals we in 2010 hebben gezien).
Door de eeuwen heen lijkt het erop dat El Ni ˜no en La Ni ˜na gemiddeld eens in de 5-7 jaar optreden. Er zijn echter ook decennia met drie El Ni ˜no’s of La Ni ˜na’s bekend. Deze ENSO heeft vanaf de prehistorie geleid tot hongersnood en zelfs teloorgang van beschavingen aan de kusten van Zuid-Amerika. In Australi¨e is tot de moderne tijd geen landbouwsamenleving tot ontwikkeling gekomen.
3.3.4 Thermohaliene Circulatie
Oceanografen doen veel onderzoek naar het wereldwijde systeem van thermohaliene circulatie in de oceanen. Dit zijn wereldwijde oceaanstromingen als gevolg van temperatuur- en zoutconcentratie ver-schillen, terwijl oppervlaktestromen ook gedreven worden door de overheersende windrichtingen.
Figuur 3.4: Overzicht van de thermohaliene circulatie (bron: Wikipedia)
Een voor Noord-West Europa uiterst belangrijk deel van dit systeem is de warme golfstroom, die onderdeel uitmaakt van een thermohaliene circulatie in de Atlantische oceaan. In de Noordelijke Ijszee bij Groenland zinkt koud geworden zeewater naar grotere dieptes en stroomt naar de kust van Noord-Amerika. Het water wordt opgewarmd in de oceaan, ten noorden van het Caribisch gebied en stroomt aan de oppervlakte als “warme golfstroom” naar de andere kant van de Atlantische oceaan. Een groot deel van deze stroom gaat langs Noord-Frankrijk en Zuid-Engeland door het Kanaal en doet zijn in-vloed gelden helemaal tot in Scandinavi¨e. De hoeveelheid getransporteerde warmte is zo groot, dat de gemiddelde temperaturen in Noord-West Europa ±6 − 10◦C hoger is dan zonder deze warme golf-stroom. Boven Scandinavi¨e arriveert het inmiddels afgekoelde water weer in de Noordelijke ijszee, om aan een nieuwe cyclus te beginnen.
De thermohaliene circulatiestromen vertegenwoordigen enorme transporten van energie, warmte -de energiestroom verplaatst door -de warme golfstroom wordt bijvoorbeeldgeschat op 1,4 [PW], gelijk aan het thermisch vermogen van een miljoen elektriciteitscentrales van zo’n 700 [MWe]1. Daarmee heb-ben ze een grote invloed op de mate van verdamping en neerslagpatronen op aarde. Door de warme golfstroom is het bijvoorbeeld niet alleen warmer in Noord-West Europa, maar ook natter.
Naast het in figuur 3.4 weergegeven hoofdsysteem, zijn er meerdere “lokale” circulatiestromen. Zo loopt er geografisch gezien onder de evenaar in de Grote Oceaan een circulaire oceaanstroming. Deze loopt van Noord-Peru over de oceaan naar Noord-Oost Australi¨e, langs Australi¨e en naar het Noorden
van Antarctica, vanwaar het water langs de kust van Zuid-Amerika (Chili) naar Noord-Peru, Ecuador en Colombia stroomt.
Aan de kust van Zuid-Amerika (Chili) komt deze voedselrijke, relatief koele Humboldtstroom aan de oppervlakte, en voedt daarmee het Humboldt Large Marine Ecosystem. Nergens is de biomassapro-duktie hoger dan hier (> 300 [gC/m2/jaar]), door de combinatie van voortdurende aanvoer en verver-sing van voedingsstoffen en grote hoeveelheid zonneinstraling [W/m2].
De Humboldtstroom kan worden verstoord door een langdurige El Ni ˜no. In dat geval wordt het voedselrijke Humboldt-water teruggedrongen door voedselarm, opgewarmd water uit tropische gebie-den. Logisch gevolg is het instorten van vangsten van sardines, ansjovis en makreel.