Samenvatting CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Drijven, zinken en dichtheid Een voorwerp ondervindt in een vloeistof een opwaartse kracht. Een bepaalde hoeveelheid vloeistof kun je ook als voorwerp beschouwen. De opwaartse kracht op een voorwerp in een vloeistof is evenredig met de dichtheid van de vloeistof en met het volume van het voorwerp. Een voorwerp zinkt in een vloeistof als de dichtheid van het voorwerp groter is dan de dichtheid van de vloeistof. Een voorwerp drijft in/op een vloeistof als de dichtheid van het voorwerp kleiner is dan de dichtheid van de vloeistof. Een voorwerp zweeft in een vloeistof als de dichtheid van het voorwerp even groot is als de dichtheid van de vloeistof. Figuur 1 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Temperatuur, warmte, verdampen en condenseren De temperatuur van een voorwerp (of een bepaalde hoeveelheid vloeistof of gas) geeft de beweeglijkheid van de moleculen van dat voorwerp weer. Temperatuur heeft als eenheid graad Celsius (oC) of graad Kelvin (K). Warmte is een vorm van energie. Bij netto toevoer van warmte stijgt de temperatuur van een voorwerp. Bij netto afgifte van warmte daalt de temperatuur. Bij contact tussen twee voorwerpen van verschillende temperatuur, gaat warmte (door geleiding) van het voorwerp met de hogere temperatuur naar het voorwerp met de lagere temperatuur. Verdamping van water kost (veel) energie waardoor de vloeistof afkoelt. Bij condensatie of bevriezing van waterdamp ‘ontstaat’ warmte. Bij wolkenvorming warmt de lucht op. CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting t Figuur 2 Aardbevingen en seismogrammen Aardbevingen veroorzaken aard- bevingsgolven die zich door de hele aarde kunnen voortplanten. Een seismometer registreert de longitudinale P-golven het eerst en de transversale S-golven iets later. Uit het tijdsverschil tussen de aankomst van de P- en S-golven wordt de afstand van het seismisch station tot de haard van de beving bepaald. S-golven planten zich alleen voort in vast gesteente en P-golven zowel in vaste stof als in vloeistof. Uit wereldwijde registraties van veel aardbevingen is de opbouw van de aarde afgeleid. P-golven S-golven Figuur 3 Figuur 4 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Opbouw van de aarde De aarde bestaat uit: een vaste binnenkern (1), een vloeibare buitenkern (2), een minder vloeibare mantel (3) en een dunne korst (4). De binnenkern en de buitenkern bestaan voornamelijk uit metalen. De mantel bestaat uit enigszins vloeibare gesteenten. De oceanische korst bestaat vooral uit basalt dat een grotere dichtheid heeft dan de gesteenten van de continentale korst. Naar binnen toe neemt de temperatuur toe, tot bijna 5000 OC. Het binnenste van de aarde koelt al een paar miljard jaar langzaam af. Het verlies van warmte door de aardkorst heen naar buiten, wordt in de huidige tijd voor ongeveer de helft gecompenseerd door warmte die vrijkomt bij radioactief verval in de aarde. 1 2 3 4 Figuur 5 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Drijvende continenten De gesteentes van de aardkorst hebben een kleinere dichtheid dan het enigszins vloeibare mantelgesteente, waardoor de aardkorst ‘drijft’ op de mantel. Tot ongeveer 250 miljoen jaar geleden, was er één groot continent: Pangea. Het huidige Nederland lag toen in de buurt van de evenaar. Daarna is dat ene continent opgebroken in verschillende continentale platen die uit elkaar gedreven zijn door onderliggen- de convectiestromen in de mantel. Figuur 6 wereldatlas van 250 miljoen jaar geleden Figuur 7 wereldatlas van 140 miljoen jaar geleden CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Convectie Door verwarming zet een bepaalde hoeveelheid vloeistof uit. Door ongelijkmatige verwarming onderin een vloeistof, ontstaan horizontale dicht- heidsverschillen. Minder warme vloeistof dringt door de grotere dichtheid onder warmere vloei- stof en tilt die zo op. Dit heet convectie. Zolang de opwaartse kracht op een hoeveelheid warmere vloeistof groter is dan de zwaartekracht op die vloeistof, blijft de warmere vloeistof stijgen. Bovenin wordt de opstijgende vloeistof opzij gedrukt, koelt af en zakt naar beneden. Figuur 8 Figuur 9 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Convectie in de mantel van de aarde Door verwarming zet een hoeveelheid vloeistof uit. Het magma van de aardmantel wordt aan de onderkant verwarmd door de buitenkern en verliest aan de bovenkant warmte aan de aardkorst. Hierdoor ontstaan in de aardmantel convectiestromingen. Convectiestromen in de aardmantel hebben de verschillende platen van de aardkorst uit elkaar gedreven. En op sommige plaatsen worden platen tegen elkaar aan gedrukt (bijv. Himalaya). Of langs elkaar (bijv. Californië), waardoor regelmatig aardbevingen ontstaan. Figuur 10 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Mid-oceanische rug en de vorming van oceaanbodem Waar convectiestromen in de aardmantel ‘bovenkomen’, bevinden zich de vulkanen in de oceaanbodems. In het midden van de Atlantische oceaan bevindt zich over de hele lengte een vulkanische bergketen: de mid-oceanische rug, afgekort MOR. Hier stolt uitgestoten lava tot nieuwe oceaanbodem. Vanuit de mid-oceanische rug bewegen de oceanische bodemplaten uit elkaar. Waar een oceanische plaat tegen een continentale plaat wordt geduwd, schuift de oceaanbodem, door de grotere dichtheid, onder de continentale plaat. Langs een subductiezone bevindt zich op het continent vaak een bergketen met vulkanen. In een subductiezone kan een diepzee-trog zijn ontstaan. Figuur 9 Figuur 10 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Warmte binnenin de aarde De convectiestromingen in de mantel van de aarde worden aangedreven door temperatuurverschillen. De onderkant van de mantel wordt geschat op zo’n 4000 oC en de bovenkant minder dan 1000 oC. Convectiestromingen voeren warmte met zich mee, die het binnenste van de aarde daardoor verliest. Dat het binnenste van de aarde maar heel langzaam afkoelt, is te danken aan: - de grote warmtecapaciteit van de aarde, - de trage stromingen in de mantel en - de goede warmte-isolatie door de aardkorst, - de productie van warmte door verval van radioactieve isotopen in de aarde CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Opbouw van de atmosfeer De dichtheid van de lucht in de relatief dunne schil neemt naar boven toe af. Er is geen duidelijke bovenkant aan de atmosfeer, de lucht wordt steeds ijler. De temperatuur van de lucht neemt naar boven toe af tot aan de tropopauze. Daarboven, in de stratosfeer, neemt de temperatuur van de lucht weer toe. In de tropen ligt de tropopauze een stuk hoger dan in de poolstreken doordat de lucht in de hele troposfeer in de tropen warmer is dan in de poolstreken en de dichtheid van de lucht daardoor kleiner is. Alle weersverschijnselen spelen zich af in de troposfeer, de zone tot aan de tropopauze. Figuur 11 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Atmosferische luchtdruk en hoogte Luchtdruk is kracht per m2 en heeft de eenheid Pascal (Pa). 1 Pa = 1 N/m2 De luchtdruk in een punt is naar (of van) alle kanten gericht in elke richting even groot. De atmosferische luchtdruk in een punt wordt bepaald door het gewicht van alle lucht boven dat punt. De atmosferische luchtdruk neemt af met de hoogte in de atmosfeer. De afname van de luchtdruk met de hoogte neemt af met de hoogte. De grafiek is een (exponentiele) kromme lijn. Zie figuur 12. druk (hPa) Figuur 12 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Figuur 13 a Figuur 13 b Figuur 13 c Zeebries (en ‘snachts: landwind) Een zeebries is onderdeel van een convectieve circulatie in de atmosfeer. Als op een windstille en wolkeloze ochtend de zon opkomt, wordt het landoppervlak sneller warm dan het wateroppervlak. De lucht vlak boven het landoppervlak zet uit en tilt de lucht erboven op waardoor de luchtdruk hoger boven land (A) toeneemt en groter wordt dan op dezelfde hoogte bij B. Er gaat lucht stromen van A naar B, waardoor de luchtdruk bij het zeeoppervlak (C) toe- neemt en boven land (D) afneemt. De grotere luchtdruk boven zee (bij B) dan op dezelfde hoogte boven land (bij D), duwt d lucht van de zee naar het land: zeebries. CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Zonnestraling Ongeveer de helft van de zonnestraling dringt door de atmosfeer heen en wordt door het aardoppervlak geabsorbeerd. Doordat de aarde een bol is, ontvangen de tropen meer zonne-energie dan de gematigde streken en die weer meer dan de poolstreken. De ongelijke opwarming van het aardoppervlak door de zonne- straling is de motor van de algemene circulatie. Figuur 14 Figuur 15 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Figuur 16 Uitstraling Elk voorwerp zendt infrarode warmte- straling uit, ook het aardoppervlak. De intensiteit van de uitgezonden straling neemt toe met de temperatuur. Zonnestraling en infrarode warmtestraling zijn vormen van elektromagnetische straling. De temperatuur van het aard- oppervlak is zodanig dat er, gemiddeld over de hele aarde, evenwicht is tussen de geabsor- beerde zonnestraling en de netto uitgezonden infrarode warmtestraling door de aarde en de atmosfeer samen. Figuur 17 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Broeikaseffect De infrarode uitstraling van het aardoppervlak wordt voor het grootste deel door de broeikasgassen in de atmosfeer geabsorbeerd. Broeikasgassen zijn: kooldioxide (CO2), methaan (NH3), waterdamp (H2O) en ook water. Die geabsorbeerde energie wordt door de atmosfeer weer uitgestraald, zowel naar boven als naar beneden. Door dit broeikaseffect is de gemiddel- de temperatuur op aarde ruim 30 oC hoger dan wanneer er geen broeikas- gassen in de atmosfeer zouden zijn. Figuur 18 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Stralingsoverschot en stralingstekort op aarde Het stralingsevenwicht voor de aarde als geheel geldt niet voor afzonderlijke streken op aarde. In de tropen is een stralings- overschot en in de poolstreken een stralingstekort. De algemene circulatie in de atmosfeer en de oceanen brengt energie van lagere naar hogere breedtes. Een groot deel van die energie wordt in de atmosfeer getransporteerd in de vorm van waterdamp. Het kost energie om water te verdampen (in de tropen) en die energie komt vrij als warmte als de waterdamp weer condenseert (wolkenvorming op gematigde breedtes en in de pool- streken). Figuur 19 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Convectie in de atmosfeer op wereldschaal Door het verschil in ontvangen zonnestraling is de atmosfeer in de tropen ‘dikker’ dan op gematigde breedtes en in de poolstreken. In de bovenlucht gaat lucht afstromen vanuit de tropen naar hogere breedtes. Hierdoor wordt de algemene circulatie in de atmosfeer aangedreven. Door de draaiing van de aarde wordt een stroming in de atmosfeer en in een oceaan op het noordelijk halfrond naar rechts afgebogen en op het zuidelijk halfrond naar links. Dit heet het corioliseffect. Het corioliseffect is nul bij de evenaar en maximaal bij de polen. Figuur 20 Figuur 21 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Algemene circulatie De stromingspatronen van de algemene circulatie in de atmosfeer zijn veranderlijk. Gemiddeld waaien bij het aardoppervlak in de tropen passaatwinden zoals in figuur 22. In de bovenlucht is de luchtstroming de andere op. In Europa is de luchtstroming als onderdeel van de algemene circulatie meestal westelijk (komt uit het westen). Langs dezelfde breedtegraad kunnen er verschillen zijn in reflectie en absorptie van zonnestraling en verdamping van water bij het aardoppervlak. De stromingen van de algemene circulatie lijken daardoor meer op grote wervels, dan op de patronen van figuur 22 en 23. Figuur 22 Figuur 23 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Oceaanstromen Oceaanstromen verzorgen als onderdeel van de algemene circulatie een belangrijk deel van het energietransport naar hogere breedtes. Passaatwinden en dichtheidsverschillen door temperatuurverschillen drijven de grote oceaanstromen aan. Figuur 24 Figuur 25 CONCEPT

Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen K3 Stromingen in de aarde, de atmosfeer en de oceanen Aarde en klimaat | Havo | Samenvatting Oceaanstromen Uit de subtropische wervel in de noord Atlantische oceaan verdampt veel water. Condensatie van deze waterdamp tot wolken verwarmt de lucht die met de overheersende westenwinden naar Europa stroomt. Hieraan dankt ook Nederland zijn zeeklimaat. Tropische cyclonen krijgen hun enorme hoeveelheid energie uit condensatie van waterdamp uit het tropische oceaanwater. Een tropische storing in west-Afrika groeit alleen uit tot een tropische cycloon aan de Amerikaanse oostkust, als het zeewater langs het traject minstens 26oC is en het traject niet te dicht bij de evenaar ligt. Figuur 26 CONCEPT