De Noorse poolreiziger Fridtjof Nansen ondernam in 1893 een expeditie om als eerste de Noordpool te bereiken. Bij een eilandengroep ten noorden van Rusland kwam zijn schip nauwelijks vooruit: ‘De Fram leek te worden tegengehouden door een mysterieuze kracht en ze luisterde niet naar het roer’.
Nansen schreef dat het schip in doodwater voer.
a) Wat kan Nansen bedoeld hebben met ‘ze luisterde niet naar het roer’?
Normaal verandert een varende boot van richting als de schipper het roer verdraait. De Fram ‘luisterde niet’ naar het roer, dus de richting waarin hij vaart veranderde niet. Dat lijkt op wat gebeurt als een schip stil ligt: dan gebeurt er niets als het roer verzet wordt. Maar de Fram vaart wel. Daarom zal Nansen gezegd hebben dat hij in ‘doodwater’ lag.
Voordat we ingaan op wat doodwater inhoudt, kijken we naar het verschijnsel drijven. Op de foto (figuur 1) zie je de Fram die vastzit in ijs.
b) Waarom drijft ijs?
Water zet uit bij bevriezing. Daardoor is de dichtheid van ijs kleiner dan die van water.
Zoals ijs op water drijft, zo drijft zoet water op zout water. Dat gebeurt bijvoorbeeld als een rivier met smeltwater – dat is zoet water – in een fjord stroomt. Zie figuur 2.
c) Waarom drijft zoet water op zout water?
Zout water is water waarin zout is opgelost. De dichtheid van zout water is groter dan die van zoet water. Daarom drijft zoet water op zout water.
Jaren na de expeditie denkt een Zweedse natuurkundige dat hij misschien kan verklaren wat er met de Fram gebeurde. Hij bootst de situatie na in een waterbak, met een modelbootje. De kiel van dat bootje steekt in het zoute water.
d) Geef in figuur 2 de positie van het bootje aan.
De onderzoeker merkt dat er iets vreemds gebeurt als hij het bootje voorttrekt: er komen onderwatergolven op het scheidingsvlak van zoet en zout water. Het bootje komt moeilijker vooruit.
e) Wijs in de tekening de plek van die onderwatergolven aan.
Zie rode pijlen:
f) Denk je dat die vanuit het schip te zien zijn? Waarom?
Nee. Zoet water en zout water zien er precies hetzelfde uit. Je kunt dus niet zien dat het grensvlak tussen zoet en zout water golft.
g) Bedenk een manier waarmee de onderzoeker de onderwatergolven zichtbaar maakt.
Hij kan met wat kleurstof het zoete water een andere kleur geven, zodat het grensvlak goed te zien is.
h) Waarom zou Nansen gesproken hebben over een mysterieuze kracht?
Nansen zag niets in het water. De wind waaide gewoon. En toch kwam de Fram niet vooruit. Als dat niet geheimzinnig is!
De NRC van 14 oktober 2020 schrijft dat Franse wetenschappers het oude Zweedse onderzoek weer hebben opgepakt. Zij vinden dat het bootje twee soorten onderwatergolven maakt: achter het bootje en vooraan. Die geven samen afwisselend zetjes vooruit en achteruit.
i) Welk gevolg heeft dat voor de beweging van de boot?
Het bootje wordt afwisselend naar voren en naar achteren geduwd. Het gaat schokkend varen.
Wat Nansen meemaakte is uitzonderlijk. Zeilboten hebben er maar zelden mee te maken.
j) Wat was het uitzonderlijke aan de situatie waarin Nansen verzeild raakte?
Dat hij met zijn boot zeilde in water waar uit een rivier smeltwater instroomde, zonder dat dat mengde met het zeewater. Het moet dus op een bijna windstille dag geweest zijn, anders waren de lagen wel gemengd. En doodwater is er alleen als er twee lagen zijn.
De Franse onderzoekers denken dat doodwater misschien de oorzaak is geweest van de nederlaag van de Egyptische koningin Cleopatra in de zeeslag tegen de Romeinen in 31 voor Christus. Haar vloot kwam uren stil te liggen in een smalle doorvaart vanuit de Ambracische Golf.
k) Zoek een kaart van deze Golf.
Bron: Wikipedia
l) Waardoor zou hier doodwater kunnen zijn ontstaan?
Het water van rivieren die in de Golf uitmonden moet via een nauwe doorgang naar de Ionische Zee. Als de temperatuur van het water in de Golf hoger is dan in de Zee, kun je een warme laag water krijgen die drift op het koudere zeewater. Dat is precies de situatie die doodwater veroorzaakt.
Professor Leo Maas van de universiteit van Utrecht denkt dat de uitkomsten van de Fransen een aantal mysterieuze verdrinkingsgevallen kunnen verklaren. Hij liet iemand zwemmen in water met twee lagen. Wat blijkt? De zwemmer kan zich opeens veel minder afzetten. Bovendien schept hij bij een diepe slag water uit de onderlaag omhoog.
m) Bedenk een situatie uit het dagelijks leven waarin er in zwemwater twee lagen ontstaan met verschillende dichtheid.
Misschien heb je zelf weleens gemerkt dat op een warme zomerdag het water beneden je lichaam kouder is dan de bovenlaag. Die is door de zon verwarmd. Warm water is een beetje uitgezet. Het heeft daardoor een lagere dichtheid dan de rest van het water. Dan kan het in een laag op het koude water drijven.
Doodwater kan dus echt een probleem zijn.
