Continentale en regionale verschillen in de hydrologische kringloop

Wanneer de hydrologische kringloop op het aggregatie- of systeemniveau aarde beschreven wordt, wordt voorbij gegaan aan de continentale en regionale verschillen die er zijn. Deze verschillen vinden hun oorsprong onder andere in locatie (geografische breedte, afstand tot de oceaan), aanwezigheid van hoge bergketens en de thermohaliene circulatie.

Geografische breedte

Wereldwijd zijn er verschillende klimaatzones te herkennen:
• tropen: van de evenaar tot de 10^e breedtegraad. Deze zone wordt gekenmerkt door een zeer intensieve hydrologische kringloop. Er is veel zonnestraling en de passaatwinden brengen met regelmaat zware regens naar de tropische landmassa's, waar zich de afgelopen duizenden jaren grote regenwouden hebben gevormd. Deze regenwouden zorgen voor een grote plaatselijke evapotranspiratie, die nog eens bijdraagt aan de lokaal overvloedige en soms zeer intensieve neerslag.
• subtropen: ruwweg van de 10^e tot de 23^e breedtegraad (steenbok- en kreeftskeerkring). In het gebied van deze zone dat zich tegen de tropen aan bevindt, valt zeer weinig neerslag en liggen de grote woestijnen (Sahara, Gobi, Nevada woestijn, centraal Australië etc). Noordelijker resp. zuidelijker in de subtropische zone liggen gebieden met aangename temperaturen en redelijk veel neerslag. Onderliggende oorzaak is dat rond de evenaar lucht zo heet wordt dat deze tot grote hoogte stijgt waardoor er geen regen uit kan vallen in het gebied dicht tegen de tropen (daar waar dus de woestijnen liggen). Pas bij hogere breedtes zakt de lucht en kan er weer regen vallen.
• gematigde klimaatzones: van de 23^e tot 57^e breedtegraad. Op het noordelijk halfrond is dit de zone waarin zich Noord-Amerika (VS, zuidelijk deel Canada), Noordwest-Europa, Rusland en zuid/midden China bevinden. In deze zone zijn de corioliskrachten^w in de atmosfeer groot, waardoor de overheersende windrichting van west naar oost is. De verdamping uit de oceanen is in deze zone groot doordat er nog steeds veel zonnestraling is. In Noordwest-Europa is het weer wisselvallig doordat voortdurend wolkenvelden, depressies en hogedrukgebieden aangevoerd worden vanaf de Atlantische oceaan. In Noord-Amerika geldt hetzelfde (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 bevindt zich hier de zuidelijke punt van Zuid-Amerika (Argentinië, Zuid-Brazilië), zuidelijk Afrika (van Kenia, Tanzania naar Zuid-Afrika) en een deel van Australië.
• subarctische zone: van de 57^e breedtegraad tot de poolcirkel (66,5^e breedtegraad). In dit gebied wordt het klimaat gekenmerkt door eigenlijk maar twee seizoenen, zomer en winter, en een heel korte lente resp. herfst. Het weer is hier minder wisselvallig: de afwisseling van hoge- en lagedrukgebieden is minder of afwezig. De plantengroei is langzaam door de geringe zonnestraling. De hydrologische kringloop is relatief mild met beperkte hoeveelheden neerslag. In deze zone bevinden zich de uitgestrekte toendragebieden van Canada en Siberië. Het uiterste zuiden van Zuid-Amerika en het noorden van Antarctica liggen ook in deze klimaatzone. Hier vindt wel een groot deel van de wereldwijde neerslag en runoff plaats doordat het om zeer grote gebieden gaat.
• arctisch: boven (of beneden) de poolcirkel. Op het noordelijk halfrond zijn Groenland en de noordelijke ijszee bedekt met land- respectievelijk zeeijs. Op het zuidelijk halfrond bevindt zich 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. Krill is het voedsel van een aantal baleinwalvissen (o.a. de blauwe en grijze vinvis). In dit gebied is de hydrologische kringloop nog langzamer dan in de subarctische zone.

Regionale klimaatvariatie

Binnen elk van bovenstaande klimaatzones zijn er ook weer grote regionale verschillen, die in hoofdzaak veroorzaakt worden door de aanwezigheid en ligging van (hoge) bergketens en de grootte van de landmassa's. In de gematigde klimaatzone van Noord- en Zuid-Amerika fungeren bijvoorbeeld de Rocky Mountains resp. de zuidelijke Andes als een barrière 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 en de pampa's van Argentinië, waar jaarlijks nog maar weinig neerslag valt. Op lagere breedtes, met name in Zuid-Amerika, is te zien dat ten oosten van de Andes, de bergketen waar de Amazone ontspringt, juist een enorm regenwoud is ontstaan met een zeer intensieve plaatselijke hydrologische kringloop.

In Noordwest-Europa kunnen de weersystemen vanuit de Atlantische oceaan ongehinderd door bergketens ver Europa indringen. Vanzelfsprekend regent het dichter bij de Atlantische kust gemiddeld meer, maar heel Noordwest-Europa kent een behoorlijke jaarlijkse neerslag. Gecombineerd met een vruchtbare bodem is dit dan ook al eeuwen een zeer productief landbouwgebied, iets wat eveneens geldt voor de noordelijke helft van de VS (de Mid-West), Wit-Rusland en de Oekraïne. Op het zuidelijk halfrond is er een vergelijkbaar patroon met grote vruchtbare landbouwgebieden in Afrika (Zuid-Afrika, Zaïre etc.), Australië en Zuid-Amerika.

Thermohaliene circulatie

Oceanografen doen veel onderzoek naar het wereldwijde systeem van thermohaliene circulatie: oceaanstromingen (circulatie in de oceanen) door dichtheidsverschillen als gevolg van verschillen in temperatuur en zoutconcentratie. Daarnaast bestaat er windgedreven circulatie: stromingen in de oceanen veroorzaakt door wind, wat met name speelt aan het oppervlak. In onderstaande figuur zijn met rode lijnen de oppervlaktestromen en met blauwe lijnen de diepzeestromen aangegeven.


Een voor Noordwest-Europa uiterst belangrijk deel van dit systeem is de warme golfstroom, die een onderdeel is 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 heeft invloed tot in Scandinavië. De getransporteerde hoeveelheid warmte is zo groot dat de gemiddelde temperatuur in Noordwest-Europa ca. 6 tot 10 °C hoger is dan zonder deze warme golfstroom. Boven Scandinavië arriveert het inmiddels afgekoelde water weer in de Noordelijke ijszee en begint aan een nieuwe kringloop.

De thermohaliene circulatiestromen zorgen voor enorme transporten van energie in de vorm van warmte. De hoeveelheid energie in de warme golfstroom wordt bijvoorbeeld geschat op 1,3 PW (Steele et al. (2009)). Thermohaliene circulatie heeft daarmee een grote invloed op de mate van verdamping en de neerslagpatronen op aarde. Door de warme golfstroom is het bijvoorbeeld niet alleen warmer in Noordwest-Europa, maar ook natter.

Naast het hoofdsysteem dat in de figuur weergegeven is, zijn er meerdere lokale circulatiestromen. Zo is er (geografisch gezien) onder de evenaar in de Grote Oceaan een circulaire oceaanstroming. Deze gaat van Noord-Peru over de oceaan naar Noordoost-Australië, langs Australië 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^w aan de oppervlakte en voedt daarmee het Humboldt Large Marine Ecosystem. Door de combinatie van voortdurende aanvoer en verversing van voedingsstoffen en de grote hoeveelheid zonnestraling is er nergens een hogere biomassaproductie dan hier (er wordt meer dan 300 g/m²/jaar aan koolstof vastgelegd). De Humboldtstroom kan worden verstoord door een langdurige El Niño. In dat geval wordt het voedselrijke Humboldt-water teruggedrongen door voedselarm, opgewarmd water uit tropische gebieden met als vanzelfsprekend gevolg een keldering van de aantallen sardines, ansjovis en makreel.

El Niño en La Niña

Colombia, Ecuador, Peru en Australië hebben te maken met een fenomeen dat in de Engelse vakliteratuur bekend staat als de El Niño/La Niña Southern Oscillation (ENSO)^w. Dit is een oscillatie in het wereldwijde atmosferische systeem die begint met een verstoring van de passaatwinden en als gevolg heeft dat de neerslagpatronen en temperatuur in de tropen tijdelijk veranderen. De oscillaties duren 1 tot soms wel 2 jaar.

Naast perioden dat de situatie normaal is, ontstaan dus afwisselend El Niño en La Niña. De eerste staat daarbij voor (meestal een jaar van) extreem veel neerslag in Zuid-Amerika, met overstromingen in Noord-Peru en Ecuador tot gevolg, en droogte in Australië. Bij La Niña gaat de slinger precies de andere kant op en is het extreem droog in Zuid-Amerika, terwijl er overstromingen in Australië^w kunnen zijn (zoals in 2010 het geval was).

Door de eeuwen heen lijkt het erop dat El Niño en La Niña gemiddeld eens in de 5 tot 7 jaar optreden. Er zijn echter ook decennia bekend met drie El Niño's of La Niña's. Deze ENSO heeft vanaf de prehistorie geleid tot hongersnood en zelfs teloorgang van beschavingen aan de kusten van Zuid-Amerika. In Australië is tot de moderne tijd geen landbouwsamenleving tot ontwikkeling gekomen.

Bronnen

Steele et al. (2009), Steele, J.H., Thorpe, S.A., Turekian, K.K. (2009). Climate and Oceans - a derivative of the Encyclopedia of Ocean Sciences, 2nd Ed., Academic Press.