Planetaire circulatie is het mondiale transport van warmte en energie.
Atmosferische fysica is alsof je naar een ingewikkeld mechanisme kijkt met radertjes die allemaal in elkaar grijpen.
De Straalstroom
Bron: makegif.com
De Golfstroom
Bron: NASA
De drie systemen kort samengevat:
- Straalstroom: Een snelle windstroming hoog in de atmosfeer die weersystemen stuurt.
- Golfstroom: Een krachtige, warme zeestroom in de Atlantische Oceaan die warmte naar Europa brengt.
- El Niño: Hierbij warmt de kust van Amerika op door een tijdelijke stijging van de temperatuur van het oceaanwater in de Stille Oceaan, wat het weer wereldwijd verstoort.
- La Niña: Hierbij is de kust van Amerika kouder dan normaal. Daardoor wordt de oostpassaat sterker en valt er veel regen in Azië en Australië.
Hoe ze elkaar beïnvloeden:
- De Straalstroom heeft invloed op de Golfstroom, die deels wordt aangedreven door windpatronen aan het wateroppervlak. Wanneer de Straalstroom door El Niño van positie verschuift, veranderen de windsnelheden boven de Atlantische Oceaan. Dit kan de kracht van de Golfstroom beïnvloeden.
- El Niño verandert de Straalstroom: Tijdens een El Niño verschuift de Straalstroom boven Noord-Amerika, waardoor stormroutes veranderen en windpatronen wereldwijd worden beïnvloed.
- Bij een zeer krachtige El Niño wordt de polaire Straalstroom boven de Atlantische Oceaan aanzienlijk versterkt.
- De oceaan voedt de atmosfeer: De warmte die de Golfstroom en El Niño aan de oppervlakte brengen, warmt de lucht daarboven op. Deze opstijgende warme lucht verandert de luchtdruk en stuurt zo de Straalstroom weer aan.
De polaire Straalstroom ontstaat door het temperatuurverschil tussen de pool en de gematigde breedten. De subtropische Straalstroom wordt gevormd door de grootschalige luchtstroming van de tropen naar de subtropen en wordt beïnvloed door de draaiing van de Aarde.
- De Polaire Straalstroom (Polar Jet)
- Wordt direct aangedreven door het sterke temperatuurcontrast tussen de koude polaire lucht en de warmere gematigde breedten (het polaire front).
- Dit grote temperatuurverschil veroorzaakt een sterke luchtdrukgradiënt (luchtdrukverval) met de hoogte, wat via de thermische windbalans resulteert in zeer krachtige westenwinden op grote hoogte.
- Bevindt zich meestal rond de 50ste tot de 60ste breedtegraad, noorder- en zuiderbreedte.
- De Subtropische Straalstroom (Subtropical Jet)
- Bevindt zich rond de 30ste breedtegraad.
- Het temperatuurverschil tussen de subtropen en de tropen drijft de Hadleycel aan, wat indirect deze Straalstroom veroorzaakt. (Hadleycel behoort de atmosferische circulatie, wat hierna wordt besproken.)
- Warme lucht stijgt op bij de evenaar en stroomt op grote hoogte richting de polen. Omdat de Aarde ronddraait en de afstand tot de aardas kleiner wordt naarmate de lucht richting de polen beweegt, stroomt deze lucht steeds sneller naar het oosten, net als een kunstschaatser die sneller draait wanneer hij de armen intrekt.
In één van m’n vorige verdiepingen stond De straalstroom van het denken centraal: een filosofische metafoor voor een constante, krachtige stroom van onbewuste of bewuste gedachten
Nu wil ik me gaan richten op de meteorologische Straalstroom: een zeer krachtige, sturende wind op een hoogte van 10 km, die het weerbeeld globaal bepaalt. Weerkundigen spreken van een Straalstroom. wanneer de wind op ongeveer 10 kilometer hoogte gemiddeld harder waait dan 100 kilometer per uur, vergelijkbaar met windkracht 11 of meer. Soms loopt die snelheid zelfs op tot wel 350 kilometer per uur!
Gemiddeld is de Straalstroom enkele duizenden kilometers lang, enkele honderden kilometers breed en slechts een paar kilometer hoog. Daarmee vormt hij een smalle, langgerekte band van zeer hoge windsnelheden, die als een krachtige rivier door de atmosfeer kronkelt. Meestal stroomt hij van west naar oost, maar door zijn bochten kan de lucht plaatselijk ook naar het noorden of zuiden bewegen.
Een zwakkere polaire Straalstroom
De polaire straalstroom wordt meestal aangedreven door het temperatuurverschil tussen de koude Noordpool en de warme evenaar, maar
- Door klimaatverandering warmt de Noordpool veel sneller op dan de rest van de wereld, waardoor het temperatuurverschil kleiner wordt.
- Daardoor verliest de Straalstroom kracht en snelheid, en gaat hij sterk slingeren (meanderen). Weersystemen blijven veel langer op één plek hangen, wat kan zorgen voor aanhoudende hittegolven en hittekoepels of wekenlange regenbuien.
Rossby-golven zijn grootschalige, golvende bewegingen (meanders) in de straalstroom die ontstaan door de draaiing van de aarde en temperatuurverschillen tussen de polen en de evenaar. Deze atmosferische golven bepalen voor een groot deel het dagelijkse weer op de gematigde breedtegraden. Rossby-golven zijn bovendien de grootste stoorzenders van de Polar Vortex, de poolwervel, waar ik later op terugkom.
De dominante windrichting over het aardoppervlak en de Straalstroom hoger in de atmosfeer worden beschreven door drie zogenaamde circulatiecellen, die ruwweg liggen in zones van 30 breedtegraden: de polaire cellen (tussen de pool en de 60e breedtegraad), de Ferrelcellen (tussen 60e en 30e breedtegraad) en de Hadleycellen (tussen 30e breedtegraad en de evenaar). De circulatiecellen geven aan wat de dominante windrichting (noord/zuid) is op een bepaalde breedtegraad en bepalen ook in welke zones meestal hoge- of lagedrukgebieden liggen. Hoewel dit een eenvoudig patroon lijkt, is de werkelijkheid ingewikkelder: er is bijvoorbeeld binnen de tropen niet één Hadleycel maar een aantal cellen, die kunnen verschuiven, zich splitsen en samengaan in de loop der tijd.
- George Hadley (1685 – 1768 ) was een Engels jurist en amateur-meteoroloog, die het atmosferisch mechanisme beschreef van de passaatwinden.
-
William Ferrel (1817 – 1891) was een Amerikaanse meteoroloog die theorieën ontwikkelde die de atmosferische circulatiecel op middelste breedtegraden in detail verklaarden.
In West-Europa hebben we te maken met de polaire Straalstroom en de Ferrelcel. De interactie tussen de Ferrelcel en de polaire cel zorgt ervoor dat de polaire Straalstroom ontstaat en ons weer hier zo wisselvallig is. De Ferrelcel functioneert als een gigantisch atmosferisch tandwiel dat warme lucht naar het noorden transporteert, waar het botst op de ijskoude lucht van de polaire cel.
Het is de Ferrelcel die de polaire Straalstroom aandrijft.
- Aan het aardoppervlak beweegt de lucht in de Ferrelcel van 30° naar 60° noorderbreedte (onze regio). Dit veroorzaakt de bekende zuidwestelijke winden. Rond de 60e breedtegraad botst deze relatief warme lucht loodrecht op de ijskoude, zinkende lucht uit de polaire cel.
- Deze ontmoetingsplaats van warme en koude luchtstromen is het polaire front. Omdat warme en koude lucht verschillende dichtheden hebben, mengen ze niet. Dit creëert een thermische barrière.
- Het ontstaan van de Straalstroom: Door het extreme temperatuurverschil over een korte afstand ontstaat hoog in de troposfeer een sterke luchtdrukgradiënt, oftewel luchtdrukverval. Lucht stroomt van het warme hogedrukgebied naar het koude lagedrukgebied. Door de draaiing van de Aarde (het Corioliseffect) buigt deze wind volledig af naar het oosten. Zo ontstaat de polaire Straalstroom.
Waarom waait het naar het oosten of het westen?
Wind ontstaat doordat lucht stroomt van een hogedrukgebied naar een lagedrukgebied. Dit komt door de luchtdrukverschillen: de kracht probeert de druk te verdelen. Hoe groter het drukverschil, des te harder de wind waait.
Wat is luchtdruk eigenlijk?
Luchtdruk is simpelweg het gewicht van de lucht boven ons. Die lucht bestaat uit kleine deeltjes, zoals atomen en moleculen van zuurstof, koolstof en stikstof. Omdat de zwaartekracht aan deze deeltjes trekt, oefenen ze druk uit op de Aarde.
Hoe werkt een gebied met hoge of lage luchtdruk?
- In de kolom boven dat specifieke gebied bevinden zich simpelweg meer luchtdeeltjes.
- Hoog in de lucht koelt de lucht af, wordt zwaarder en zakt samen met de luchtdeeltjes naar beneden.
- Door die dalende beweging worden de deeltjes aan het aardoppervlak dichter op elkaar gedrukt.
- Dicht bij de grond stroomt lucht naar gebieden met een lagere luchtdruk, oftewel lage drukgebieden.
- Op het noordelijk halfrond buigt de luchtstroom naar rechts, terwijl hij op het zuidelijk halfrond naar links afwijkt. Deze beweging staat bekend als het Coriolis-effect.
Als alleen de drukgradiëntkracht zou bestaan, zou de wind rechtstreeks van de evenaar naar de pool waaien. Zodra de lucht echter gaat bewegen, treedt het Coriolis-effect in werking (door de draaiing van de Aarde):
- Op het noordelijk halfrond buigt de Corioliskracht de wind af naar rechts.
- De wind versnelt door de sterke drukgradiënt en buigt steeds verder af.
- Uiteindelijk ontstaat er een balans: de wind waait niet meer van warm naar koud, maar haaks erop, parallel aan de isobaren (lijnen van gelijke druk).
Het evenwicht tussen de drukgradiëntkracht en de Corioliskracht wordt de geostrofische wind genoemd. Rond de 60ste breedtegraad is de drukgradiënt door het grote temperatuurverschil het sterkst, waardoor de wind daar piekt tot de hoge snelheden van de polaire Straalstroom. Dat de straalstroom in de winter veel sterker is, heeft alles te maken met één simpele meteorologische wet: hoe groter het temperatuurverschil tussen twee luchtmassa's, hoe sterker de Straalstroom.
De Golfstroom is een snelle, krachtige en warme oceaanstroming in de Atlantische Oceaan die warm water vanuit de Golf van Mexico naar het noorden en westen van Europa brengt.
Bron afbeelding: Weer.nl
De North Atlantic Subpolar Gyre (de witte stippellijn). Waar de AMOC de hele wereldwijde 'lopende band' vertegenwoordigt, functioneert de subpolar gyre specifiek als de Noordelijke meng- en zinkmachine.
De subpolar gyre kan door de enorme instroom van smeltwater uit Groenland, onafhankelijk van de rest van de AMOC, haperen of stilvallen. Als de circulatie binnen deze cirkel stopt, verliest Europa direct zijn belangrijkste warmtebron.
Later kom ik terug op de Thermohaliene circulatie.
De Golfstroom maakt deel uit van de AMOC en fungeert als een enorme klimaatmotor, waardoor West-Europa veel zachtere winters en een milder klimaat heeft dan andere gebieden, zoals Canada op dezelfde breedtegraad.
De AMOC is de "pomp" van de wereldwijde transportband.
- Warm oppervlaktewater stroomt naar het noorden.
- In de buurt van Groenland koelt het water af, wordt zwaarder en zakt naar de diepzee.
- Dit koude diepzeewater stroomt helemaal naar de Indische en Stille Oceaan.
- In die oceanen warmt het water op, stijgt naar het oppervlak, en stroomt als warme oppervlaktestroom weer terug naar de Atlantische Oceaan.
Kortom: De AMOC is de specifieke, regionale motor van de Atlantische Oceaan die de Thermohaliene Circulatie aandrijft, en die circulatie vormt weer de basis van de Major Global Ocean Currents.
El Niño is een fase van een weerpatroon dat bekend staat als ENSO (El Niño – Zuidelijke Oscillatie). Het zorgt voor temperatuurverschillen in de Stille Oceaan van 1 °C tot 3 °C ten opzichte van normaal. Ook de luchtdruk in de tropische Stille Oceaan verandert daarbij. Deze verschuivingen hebben wereldwijd grote invloed op het weer.
La Niña is de koele tegenhanger van El Niño in de ENSO-cyclus. Het wordt gekenmerkt door een sterke afkoeling van het zeewater in het centrale en oostelijke deel van de Stille Oceaan en door krachtigere passaatwinden langs de evenaar.
ENSO kent drie fasen:
- Neutrale fase: De situatie waarin de zeewatertemperaturen en windpatronen rond het langjarig gemiddelde liggen.
- El Niño: De warme fase, waarbij het zeewater in de centrale en oostelijke Stille Oceaan sterker opwarmt dan normaal. Dit veroorzaakt vaak hevige regenval in Zuid-Amerika en extreme droogte in Australië en Indonesië.
- La Niña: De koude tegenhanger van El Niño, gekenmerkt door ongewoon koud zeewater in dezelfde regio en juist sterkere passaatwinden. Dit leidt vaak tot tegenovergestelde weerpatronen.
Trade winds zijn passaatwinden: constante, heersende winden die het hele jaar door in de tropen en subtropen van oost naar west richting de evenaar waaien.
Passaten ontstaan tussen de subtropische hogedrukgebieden rond de 30° breedtegraad en het lagedrukgebied bij de evenaar. Door de draaiing van de Aarde (het Coriolis-effect) krijgen deze winden een zijwaartse afwijking, waardoor ze afbuigen.
Rond de evenaar komen de noordoostelijke en zuidoostelijke passaatwinden samen en de warme lucht stijgt op, wat zorgt voor veel neerslag. Deze zone wordt de Intertropische Convergentiezone (ITCZ) genoemd.
Doordat het zeewater wereldwijd opwarmt door klimaatverandering, wordt El Niño vaker, heftiger en onvoorspelbaarder. De hogere oceaantemperaturen versterken de natuurlijke processen die dit weerfenomeen aanjagen. Warmer zeewater laat laaghangende wolken verdwijnen waardoor nog meer zonlicht het zeeoppervlak bereikt, wat de opwarming en daarmee de El Niño verder intensiveert. Bovendien werkt een warmere oceaan als brandstof, waardoor de kans op extreem krachtige El Niño’s, de zogeheten ‘super-El Niño’s’, toeneemt.
Tijdens een El Niño verschuift de Straalstroom boven Noord-Amerika, waardoor stormbanen veranderen en windpatronen wereldwijd worden beïnvloed. Wanneer de Straalstroom door El Niño van positie verandert, veranderen ook de windsnelheden boven de Atlantische Oceaan. Dit kan de kracht van de Golfstroom beïnvloeden. De warmte die de Golfstroom en El Niño aan het zeeoppervlak brengen, verwarmt de lucht erboven. Deze opstijgende warme lucht verandert de luchtdruk en beïnvloedt zo opnieuw de Straalstroom.
Hier zie je weer: atmosferische fysica is alsof je naar een complex mechanisme kijkt, met tandwieltjes die perfect in elkaar passen.
Bron mechanisme hieronder: Gears Animated Gifs
De planetaire circulatie heeft nog meerdere radertjes die perfect in elkaar grijpen......
Beide polen hebben een Polar Vortex, oftewel een poolwervel.
De Arctische poolwervel is een permanent grootschalig lagedrukgebied hoog in de atmosfeer boven de Noordpool, gevuld met een enorme poel van extreem koude lucht die tegen de klok in rond de Noordpool roteert.
De Antarctische poolwervel hoog in de atmosfeer boven de Zuidpool is functioneel identiek, maar de rotatierichting is met de klok mee.
- De donkerblauw/paarse kern vormt het hart van de poolwervel. Hier draait een extreem krachtige, snel roterende en ijskoude luchtmassa rond, die vastzit boven Antarctica.
Meteorologen verdelen de poolwervel doorgaans in twee afzonderlijke delen:
Beide poolwervels zijn gigantische, 'wervelende platte schijven van koude lucht" die een heel continent kunnen bedekken.
Vorm en structuur van de polaire wervelkolom door de stratosferische kolom op 5 januari 2025. De bovenkant van de poolwervel is langwerpig en strekt zich uit richting Noord-Amerika, maar de onderkant van de wervel is meer beperkt tot het Noordpoolgebied en zelfs verschoven richting Noord-Europa/Azië.
- De stratosferische poolwervel bevindt zich op een hoogte van ongeveer 10 tot 50 km boven het aardoppervlak. Dit deel van de poolwervel heeft doorgaans de vorm van een cirkel of ovaal, omdat het niet direct wordt beïnvloed door wrijving met het aardoppervlak. De stratosferische poolwervel heeft geen directe invloed op het weer nabij het aardoppervlak. De temperaturen binnen de stratosferische poolwervel kunnen dalen tot onder de -80 °C.
- De troposferische poolwervel is een koude, flinterdunne, wervelende verticale laag die zich uitstrekt van het aardoppervlak tot aan de onderkant van de stratosfeer. Met een dikte van 8 tot 12 km bevindt deze wervel zich in dezelfde laag als ons weer en kan hij invloed uitoefenen op weerpatronen op zowel het zuidelijk als het noordelijk halfrond. Door de wrijving met het aardoppervlak is de troposferische poolwervel veel zwakker dan de stratosferische, vooral dicht bij de grond.
- Sterke stabiele vortex: Houdt de koude lucht gevangen op de Noordpool. De straalstroom is daardoor recht en krachtig.
- Zwakke golvende vortex: De vortex verstoort of splitst, waardoor de straalstroom hard gaat meanderen en ijzige poollucht ver naar het zuiden kan uitstromen.
Sudden Stratospheric Warming (SSW), oftewel plotselinge stratosferische opwarming, komt vooral voor boven de Noordpool, veel minder boven de Zuidpool.
Meestal is de vortex redelijk circulair met één duidelijke kern boven de polen waarin het kan afkoelen tot zo’n 80 graden onder nul op grote hoogte. Door diverse omstandigheden komt het voor dat de vortex van de polen afdrijft of zelfs in twee splitst. Boven het poolgebied merken we soms een plotselinge temperatuurstijging op grote hoogte, waarbij het kwik in slechts enkele dagen wel 50 graden kan stijgen.
Plotselinge stratosferische opwarming ontstaat door een directe verstoring van de poolwervel, waarbij deze krachtige luchtstroming door atmosferische Rossby-golven wordt afgeremd, vervormd of zelfs helemaal uiteengereten.
Rossby- of planetaire golven zijn grootschalige luchtbewegingen in de atmosfeer, veroorzaakt door het natuurlijke herstel van het Corioliseffect. Ze creëren grote bochten in de straalstroom.
Deze verstoring verzwakt de polaire vortex op de volgende manier:
- Grote weersystemen en luchtstromingen die tegen bergketens (zoals de Himalaya of de Rocky Mountains) botsen, sturen krachtige energetische golven omhoog naar de stratosfeer.
- Deze omhoog gestuwde golven breken in de stratosfeer, vergelijkbaar met golven die op het strand slaan. Deze 'klap' remt de razendsnelle westenwinden van de polaire vortex drastisch af.
- Door de afremming stort de compacte, koude lagedrukstructuur van de vortex in. De winden kunnen zelfs volledig van richting veranderen (naar het oosten gaan waaien), waardoor de vortex splitst of van de Noordpool wordt weggedrukt.
- Wanneer de vortex hierdoor verzwakt, zakt de verstoring in de daaropvolgende weken naar beneden richting het aardoppervlak, waardoor de straalstroom sterk begint te golven.
Wanneer de straalstroom gaat kronkelen, ontstaan er grote bochten en golven hoog in de atmosfeer. Hierdoor waait de wind langzamer, blijft het weer langer op dezelfde plek hangen en kunnen langdurige periodes van extreem weer optreden, zoals hittegolven, droogte of juist dagenlange aanhoudende regen.
De Sudden Stratospheric Warming komt, zoals hiervoor is beschreven, vooral voor boven de Noordpool, maar de Zuidpool kent een ander fenomeen.
De Brewer-Dobson-circulatie (BDC), ontwikkeld door de Britse natuurkundige Gordon Dobson en de Canadese natuurkundige Alan Brewer, is het wereldwijde, onzichtbare patroon van luchtstromen in de stratosfeer. Dit systeem verplaatst lucht, ozon en broeikasgassen van de tropen naar de polen. Hoe die zichtbaar kunnen worden weergegeven lees je verderop.
Doordat lucht in en uit de stratosfeer beweegt, bepaalt de Brewer-Dobson-circulatie de temperatuur in de tropische tropopauze en de hoeveelheid waterdamp in de stratosfeer. Deze circulatie beïnvloedt direct de verspreiding en hoeveelheid stratosferisch ozon door het van de tropen naar de polen te verplaatsen. Zo wordt duidelijk waarom tropische lucht minder ozon bevat dan poollucht, ook al wordt het merendeel van het atmosferische ozon in de tropische stratosfeer geproduceerd.
De tropische tropopauze is de overgangszone tussen de troposfeer en de stratosfeer boven de tropen, die zich bevindt op een hoogte van 15 tot 18 kilometer. Door sterke opwaartse warme luchtstromen rond de evenaar wordt de troposfeer hier omhoog geduwd, waardoor de tropopauze hier veel hoger en kouder is dan rond de polen tot wel -80 °C.
Bron afbeelding: blog.weather.US Jack Sillin
Deze afbeelding laat de poolwervel boven Antarctica zien en hoe luchtmassa’s zich daarbinnen bewegen. Het toont de sterke, isolerende barrière in de stratosfeer.
Belangrijke onderdelen op de afbeelding:
- Vortex Core (Kern van de wervel): Het centrale, paarse vacuümachtige gebied direct boven de pool. Hier is de lucht extreem koud en sterk geïsoleerd van de rest van de atmosfeer.
- Boundary Region (Randzone): De groene ring rond de kern vormt een actieve barrière waar krachtige westenwinden (de polar night jet) waaien, die de extreme kou vasthouden.
- Luchtstromen (Rode pijlen): Grote luchtstromen van de Brewer-Dobson-circulatie dalen van bovenaf richting de vortex. Een deel buigt langs de randen af, wat de isolatie van de kern versterkt.
De polar night jet boven Antarctica is een krachtige, cirkelvormige straalstroom van westenwinden die zich tijdens de wintermaanden vormt in de stratosfeer (op zo'n 15 tot 50 kilometer hoogte) rondom de Zuidpool.
- Paars en rood. Dit geeft een zone aan met de hoogste windsnelheden. Het is een enorme, razendsnelle stroom van westenwinden die de buitenrand van de polaire vortex afbakent.
- Het groen/blauwe centrum: Dit is de ijskoude, lagedrukkern die zich direct boven Antarctica bevindt. De polar night jet houdt deze koude lucht volledig geïsoleerd van de warmere luchtmassa's daarbuiten.
Bron afbeelding: nullschool aarde
Het Ozongat
De animatie laat zien hoe de stratosferische temperaturen en het Antarctische ozongat zich op de Zuidpool ontwikkelen. De gegevens zijn verzameld met ozonmeetapparatuur die werd gelanceerd vanaf het Amundsen-Scott Zuidpoolstation. Historische beelden, gebaseerd op eerdere jaren, tonen duidelijk de afbraak van ozon tussen september en oktober, na zonsopkomst. In deze periode wordt ozon op 12 tot 24 kilometer hoogte afgebroken door chemische reacties met chloor en broom uit door mensen gemaakte CFK’s.
De totale "ozon-thermometer” meet de ozonkolom en is gekoppeld aan het oppervlak van het gekleurde deel van het ozonprofiel, waarvan bijna tweederde verdwijnt. Tussen 14 en 21 kilometer hoogte is de ozonlaag vrijwel verdwenen, in een gebied waar in de extreem koude stratosfeer (-90°C tot -130°C) wolken Parelmoerwolken vormen tijdens de lange, donkere Antarctische winter. Deze wolken bevatten ijsdeeltjes die een oppervlak bieden voor speciale chemische reacties, waardoor reactieve chloor- en broomatomen hun vernietigende werk kunnen doen. CFK’s zijn inmiddels verboden volgens het Montrealprotocol en hun concentraties in de lagere atmosfeer nemen af.
Uitleg grafiek
Linker grafiek: Ozonconcentratie)
- Y-as (Hoogte): De hoogte in kilometers (van 0 tot 30 km).
- X-as (Ozon): Dit geeft in millipascals (mPa) aan hoeveel ozon er op een specifieke hoogte aanwezig is.
- Groene lijn: De historische referentielijn (het gemiddelde van vóórdat het ozongat ontstond).
- Blauwe vlak / lijn: De actuele meting op die specifieke dag. Naarmate de animatie door het jaar vordert, zie je dit blauwe vlak in de stratosfeer (tussen 15 en 22 km hoogte) in de herfst/winter (september/oktober) bijna volledig naar nul zakken. Dit visualiseert het ontstaan van het ozongat op verschillende hoogtes.
- Thermometer (Rechts): De totale dikte van de ozonlaag in Dobson Units
Rechter grafiek: Temperatuur)
- Y-as (Hoogte): De hoogte in kilometers.
- X-as (Temperatuur): De temperatuur van -100 °C tot 0 °C
- Groene lijn (Reference): De gemiddelde temperatuur voor die tijd van het jaar.
- Blauwe lijn (Minimum): De koudste temperatuur ooit gemeten op die dag.
- Rode lijn (Current): De actuele temperatuur van de geselecteerde dag. In de winter zie je deze lijn onder de -78 °C zakken. Dit is de kritieke grens waarbij Polar Stratospheric Clouds (polaire stratosferische wolken) ontstaan, die de ozonafbraak versnellen.
Het meet- en zichtbaar worden van de Brewer-Dobson-circulatie.
De Brewer-Dobson-circulatie met zijn neerwaartse takken (de pijlen van bovenaf richting de vortex en de afbuigingen boven Antarctica), worden op deze grafieken "zichtbaar" in de opeenvolgende jaarlijkse cycli van het ontstaan en sluiten van het ozongat. Ook het afbreken van ozon door parelmoerwolken en door CFK’s die door de mens in de atmosfeer zijn gebracht, worden jaarlijks hersteld door deze onzichtbare circulatie.
- Binnen die afgesloten, ijskoude vortex (onder de -78°C op de rechtergrafiek) ontstaan de parelmoerwolken.
- Zodra in de vroege lente (september) het eerste zonlicht terugkeert, activeren deze wolken de chloor- en broomradicalen uit de CFK's. Dit leidt tot de explosieve, gelaagde ozonafbraak die je als de grote "happen" uit het blauwe vlak op de linker grafiek ziet verdwijnen.
- Zodra de vortex in november/december opwarmt en scheurt, neemt de Brewer-Dobson-circulatie het roer weer over en begint de cyclus opnieuw met de aanvoer van verse ozon.
NASA en NOAA hebben het ozongat van 2025 gerangschikt als het vijfde kleinste sinds 1992.
Deze kaart toont de grootte en vorm van het ozongat boven de Zuidpool op de dag dat het in 2025 zijn maximale omvang bereikte. Matige ozonverliezen (oranje) zijn zichtbaar te midden van gebieden met sterkere ozonverliezen (rood).
Het meest recente, volledig gedocumenteerde ozongat boven Antarctica bereikte zijn piek in september 2025 en sloot op 1 december 2025. Volgens data van NASA was dit het vijfde kleinste ozongat sinds 1992 en het kleinste in vijf jaar tijd.
Bron afbeelding: NASA Earth Observatory door Lauren Dauphin,
De wereldwijde luchtcirculatie in de stratosfeer (de zojuist genoemde Brewer-Dobson-circulatie) transporteert warmte en ozonrijke lucht van de tropen naar de polen. Wanneer grootschalige planetaire golven van luchtstromen (Rossby-golven) in de winter en het voorjaar krachtig genoeg zijn, verstoren ze de koude, stabiele poolwervel.
Het breken van de vortex
De vortex breekt op de satellietbeelden tussen 5 en 11 december in verschillende fragmenten.
Door de instroom van planetaire golven en de opwarming door de Zon verzwakt de vortex en breekt deze definitief op. De dynamische barrière verdwijnt. De Brewer-Dobson-circulatie kan nu ongehinderd de poolregio instromen. Deze aanvoer van verse, ozonrijke lucht uit de tropen vult het ozontekort aan en sluit het ozongat volledig, waarna de cyclus in de daaropvolgende winter opnieuw begint.
Zijn er Rossby-golven boven de Zuidpool die de vortex verzwakken en afbreken? Jawel, maar die zijn 'verstopt' in de dynamiek. Deze zijn veel minder sterk en stabiel dan op het noordelijk halfrond. Omdat de zuidelijke oceaan grotendeels vlak en ononderbroken is, ontbreken de grote topografische barrières, zoals de Himalaya en de Rocky Mountains. Die wekken op het noordelijk halfrond continu krachtige golven. Hierdoor zijn de zuidelijke Rossby-golven zwakker, waardoor de Antarctische polaire vortex veel minder vaak wordt verstoord en veel langer standhoudt.
Bovendien spelen ze een soort verstoppertje: Rossby-golven die in november en december de vortex boven de Zuidpool afbreken, bewegen niet horizontaal, maar planten zich verticaal omhoog voort vanuit de troposfeer naar de stratosfeer. Daardoor zijn ze op een gewone weersatellietfoto van het oppervlak niet te zien.
Bron: ResearchGate
Opwaartse Rossby-golven planten zich verticaal voort, van de troposfeer naar de stratosfeer en beïnvloeden de kracht van de polaire vortex boven de Zuidpool.
- De horizontale as geeft de breedtegraad weer (0°–90°, van de evenaar tot aan de polen). De verticale as laat de hoogte zien, uitgedrukt in atmosferische druk (hPa).
- De pijlen geven de richting van de golfenergieflux (golfactiviteit) aan. In de troposfeer (onderaan, rond 1000 hPa) zie je pijlen die verticaal omhoog wijzen richting de stratosfeer (bovenaan, 10 hPa).
- Richting de polen (zoals de Zuidpool op de breedtegraden 60°– 90°) buigen deze pijlen af.
Op een Straalstroomkaart van Europa of Noord-Amerika zie je Rossby-golven direct: de Straalstroom kronkelt daar flink heen en weer, van noord naar zuid. Boven de Zuidelijke Oceaan is die golfbeweging zo subtiel dat de Straalstroom nagenoeg recht oogt.
De Antarctische Circumpolaire Stroming
De Antarctische Circumpolaire Stroming, ook wel de westenwinddrift genoemd, is de krachtigste en grootste zeestroom ter wereld. Deze stroming verplaatst wel 52 duizend zwembaden met water en dat iedere seconde! Het water stroomt met de klok mee (van west naar oost) rond het continent en verbindt de Atlantische, Indische en Stille Oceaan.
De Antarctische Circumpolaire Stroming is de grootste door de wind aangedreven stroom op Aarde en een cruciale schakel in de wereldwijde thermohaliene circulatie. De ACC staat niet los van deze ‘lopende band’ van diepzee- en oppervlaktestromen, maar fungeert als de hoofdmotor en het centrale knooppunt ervan.
De ACC verbindt de Atlantische, Indische en Stille Oceaan met elkaar. Water uit de verschillende oceanen stroomt erin samen, mengt zich, en splitst zich later weer af.
Rond Antarctica koelt extreem zout water af en zinkt naar de oceaanbodem (Antarctisch bodemwater). Dit is een van de belangrijkste drijvende krachten achter de wereldwijde thermohaliene circulatie. Tegelijkertijd zorgt deze stroming voor het opwellen van diep water naar de oppervlakte, waardoor warmte en voedingsstoffen wereldwijd worden herverdeeld. Doordat de stroming zo krachtig rond Antarctica raast, wordt warm oppervlaktewater uit de tropen tegengehouden, waardoor het continent klimatologisch geïsoleerd en ijskoud blijft. Diep onder water vindt via de diepzee een enorme, constante uitwisseling plaats met de rest van de wereldwijde oceanen.
Samenvatting van de gesproken tekst van de video:
- De Zuidelijke Oceaan herbergt de sterkste en diepste stromingen ter wereld, die de circulatie van zeewater over de gehele wereldzee beheersen, grotendeels aangedreven door afkoeling en de vorming van zee-ijs. Bij dit proces wordt zout afgestoten, wat resulteert in koud, zeer dicht water dat naar de bodem zinkt. Dit "Antarctic Bottom Water" verspreidt zich vervolgens over de oceaanbodem, terwijl onderzoekers de circulatie analyseren door middel van lagen met constante dichtheid.
- Maar....de verwachting is dat dit niet permanent zo zal blijven, omdat klimaatverandering deze barrière nu al fundamenteel aan het verstoren is. Hoewel de Antarctische circumpolaire stroom de krachtigste zeestroom ter wereld—Antarctica al miljoenen jaren lang succesvol heeft geïsoleerd van tropische warmte, blijkt uit recent klimaatonderzoek dat dit "schild" begint te haperen. Recente klimaatmodellen en oceanografische studies tonen aan dat de stroom tegen 2050 met ongeveer 20% kan gaan vertragen als de CO₂-uitstoot hoog blijft. Hieronder staat hoe deze verstoring werkt en wat de gevolgen zijn.
Op een diepte van 4.000 tot 6.000 meter gelden extreme natuurkundige wetten. Toch stroomt en functioneert het Antarctisch Bodemwater hier continu via een samenspel van druk, temperatuur en het landschap van de zeebodem.
Bron: Dive and discover
Het Antarctische bodemwater is de koudste, zoutste en dichtste watermassa op Aarde en bevindt zich op een diepte van meer dan 4000 meter in de oceanen. Het beslaat ongeveer 30% tot 40% van het totale oceaanvolume. Deze enorme watermassa fungeert als een wereldwijde klimaatmotor en drijft de onderste kringloop van de mondiale thermohaliene circulatie (de oceanische transportband) aan.
Thermo- duidt op temperatuur, -halien op het zoutgehalte.
De thermohaliene circulatie is als een wereldwijde “lopende band” die alle oceanen met elkaar verbindt. Het is een volledig, driedimensionaal netwerk dat over de hele planeet stroomt.
Het zout dat de thermohaliene circulatie aandrijft, zit van nature al in de oceanen en komt oorspronkelijk uit de chemische verwering van gesteenten aan het aardoppervlak, evenals uit onderzeese gebergten en vulkanen. Binnen het systeem van de thermohaliene circulatie verandert de concentratie van dit zout lokaal door twee specifieke natuurprocessen:
- Sterke verdamping in de tropen
Wanneer warme oppervlaktestromen, zoals de Golfstroom door subtropische gebieden zoals de Golf van Mexico bewegen, verdampt er extreem veel water door de hitte. Omdat alleen het zoete water verdampt, blijft het zout achter in de oceaan. Hierdoor stijgt het zoutgehalte (de saliniteit) van het achterblijvende water aanzienlijk.
- IJsvorming bij de polen
Wanneer dit warme, zoute water richting de noordelijke poolstreken, zoals rond Groenland en IJsland stroomt, koelt het hard af. Zodra de temperatuur zo laag wordt dat er zee-ijs gevormd wordt, treedt er zoutuitstoting op: omdat zout niet mee kan bevriezen in het ijskristal, wordt het resterende zout uit het ijs geperst en in het omringende vloeibare water geduwd.
Rond Antarctica werkt dit proces volgens dezelfde natuurkundige principes van temperatuur (thermo) en zoutgehalte (haline), maar er speelt ook nog een ander mechanisme mee.
Southern Meridional Overturning Circulation (SMOC)
De term SMOC staat voor Southern Meridional Overturning Circulation, een zuidelijke lus van de wereldwijde thermohaliene circulatie. Dit systeem transporteert warmte, koolstofdioxide (CO₂) en voedingsstoffen tussen de diepzee en het oceaanoppervlak.
Deze Antarctische lus wordt gedreven door ijsvorming en zoutuitstoot rond de Zuidpool. Omdat dit water kouder en zouter is, dus zwaarder, dan het Noord-Atlantische water, kruipt de SMOC onder de AMOC-stroming door (zie de blauwe stroming met pijl onderin afbeelding) en komt terecht op de bodem van de wereldwijde oceanen. De SMOC is de zuidelijke tegenhanger van de Noord-Atlantische AMOC.
- AMOC (Atlantische Meridional Overturning Circulation): Warm water stroomt aan het oppervlak naar het noorden, koelt daar af, zinkt en stroomt als koud, zuurstofrijk en voedselarm diepwater (North Atlantic Deep Water) weer terug naar het zuiden.
- SMOC ( thermohaliene circulatie): In de Zuidelijke Oceaan vindt grootschalige opwelling plaats. Hier stijgt het koude, zuurstofarme en voedselrijke diepwater weer naar het oppervlak.
De SMOC is een diepe oceaanstroming rond Antarctica, functioneert als de grootste klimaat- en voedingsstoffenregelaar ter wereld. Het stuwt diep, koud water omhoog naar het oceaanoppervlak (upwelling).
- Dit water zit bomvol opgeslagen voedingsstoffen zoals ijzer en nitraten.
- Deze voeden het fytoplankton (microalgen) in de Zuidelijke Oceaan. Dit vormt de absolute basis van de mariene voedselketen. Zonder deze motor zouden wereldwijde visserijen en ecosystemen op den duur instorten.
- De Zuidelijke Oceaan absorbeert normaal gesproken ongeveer 40% van alle door de mens uitgestoten CO₂.
- De SMOC transporteert een deel van deze koolstof naar de diepe oceaanlagen waar het eeuwenlang veilig opgeslagen blijft.
Klimaatverandering verstoort de SMOC. Deze verstoring zorgt voor een omkering: nu wordt eeuwenoud, koolstofrijk dieptewater (dat gigantische hoeveelheden CO₂ bevat) naar boven gebracht, waardoor de Zuidelijke Oceaan verandert van een koolstofput in een koolstofbron, wat de wereldwijde opwarming van de Aarde kan versnellen of zelfs kan verdubbelen.
Domino-effect op de Atlantische stroming van de AMOC. De oceanen zijn, zoals besproken, via de wereldwijde Thermohaliene circulatie met elkaar verbonden.
- De SMOC pompt onder normale omstandigheden diepwater (Antarctic Bottom Water) naar het noorden.
- Als de SMOC hapert of van structuur verandert, heeft dit een direct domino-effect op de AMOC. Een verzwakking van de SMOC destabiliseert de Noord-Atlantische stromingen, wat het risico op een plotselinge klimaatkanteling in Europa vergroot.
Het Smelten van de Antarctische ijskappen
Normaal gesproken reguleert de SMOC de warmtebalans rond de Zuidpool.
- Door veranderingen in de stroming (en de toename van warmere watermassa's aan het oppervlak) stijgt de opwaartse warmtestroom.
- Hierdoor smelten het Antarctische zee-ijs en de gletsjers sneller vanaf de onderkant, waardoor subglaciale meren in hoog tempo de oceaan instromen.