Föreläsningar i Charkiv: Plastskräpet ute i oceanerna – resebrev (6)

I Charkiv var mitt föreläsningsprogram lite splittrat, eftersom jag skulle ställas inför en blandning av studerande i meteorologi, geografi och ekologi. För att tillfredsställa alla smak- och intresseinriktningar hade jag satt samman en föreläsning som tog som utgångspunkt någon slags minsta gemensamma nämnare: det skulle handla om allt skräp, i synnerhet plastpåsar, flaskor m m, som flyter omkring i oceanerna.

Skräp samlas i mitten i de stora oceanvirvlarna.

Att det är skräp i världshaven är illa nog. Vad som är värre är att detta skräp inte är jämnt utspritt. I så fall skulle det förr eller senare sköljas upp längs med kusterna, där de skulle kunna plockas bort. Nej, skräpet samlar sig i jättelika “öar” mitt ute i oceanerna. Det finns mycket om denna nersmutsning på webben, men ingenstans har jag sett något om varför det är på det här sättet. Men det trodde jag mig kunna förklara.

Schematisk bild av hur corioliseffekten får all skräp att ackumulera i mitten på de stora oceanvirvlarna.

Stora oceanvirvlar
I de stora oceanerna strömmar vattnet i stora virvlar, medsols på norra halvklotet, motsols på södra. De drivs huvudsakligen av de stora vindsystemen: från väster mot öster på höga latituder (p g a av de förhärskande västvindarna), från öster mot väster på låga (p g a passadvindarna).

Som bekant (?) avlänkas på grund av jordens rotation all rörelse åt höger på norra halvklotet och åt vänster på södra av den s.k. Corioliseffekten*). Det gäller både havsvattnet samt allt det som flyter i det, t ex skräp.

Men skräpet har lättare att avlänkas än vattnet. När vatten avlänkas in mot virveln ackumuleras det i en svag uppförbacke som bromsar vidare avlänkning (geostrofisk balans). Men de miljarder plastpåsar och plastflaskor som ligger och flyter, hindras inte av någon ackumulation utan kan ta sig nästan fram till virvelns mitt. Och där stannar de.

En gammal karta från 1891 där någon med tysk grundlighet kartlagt ansamlingen av tång och sjögräs i Nordatlanten.

Sargassohavet och Bermudatrianglen
Jag påminde församlingen om att detta egentligen inte var något helt nytt. När européerna på 1500-talet skulle ta sig till Mellan- och Sydamerika, upptäckte de att vattnen utanför Florida – Sargassohavet – var tjockt av tång, sjögräs, annan kringdrivande växtlighet och till och med drivved. Det hände inte så sällan att fartygen fastnade i skräpet. När nytillkomna fartyg kom in i dessa vatten och såg rester av gamla fartyg flyta omkring, uppstod rykten om att Sargassohavet var en farlig plats. I modern tid gick det över i föreställningar om att i Bermudatriangeln kunde inte bara fartyg utan också flygplan försvinna ner i djupet. Men, alla vi som nu förstår corioliseffekten är befriade från vidskepliga föreställningar om mystiska försvinnanden i Bermudatrianglen.

Dåliga förklaringar
Sedan gick jag vidare och förklarade, eller påminde om, att en rörelse som hela tiden påverkas av en konstant kraft som är vinkelrät mot rörelsen, driver in denna i en cirkelbana. Som exempel tog jag spänningen (kraften) i ett snöre fastknuten i en sten som svingas runt, runt. Eller attraktionskrafterna mellan månen och jorden som hela tiden är vinkelräta mot rörelsen och ger månen en (så gott som) cirkelrund bana. Detta innebär att också corioliskraften, som ju alltid är vinkelrät mot rörelsen, måste driva in den i cirklar.

De förklaringar av corioliseffekten som presenteras i läroböcker och på webben, strider mot att rörelsen skulle gå in i en cirkelrörelse. En vanlig bild är en kanon som avlossas från Nordpolen söderut, längs Greenwichmeridianen. Hade inte jorden roterat hade kulan passerat rakt över Sahara, men på grund av rotationen från väster mot öster kommer dock kulan, enligt denna “förklaring” att passera väster om Sahara, vid den afrikanska Atlantkusten.

Om vi nu skickar iväg ett föremål från Charkiv rakt söderut med t ex 15 m/s, väntar vi, enligt denna “förklaring” att föremålet inte rör sig rakt söderut över Turkiet, utan svänger av västerut och kanske passerar över Grekland. Men så sker inte: föremålet skulle istället snurra runt i en cirkel vars radie är proportionell mot hastigheten, i detta fall omkring 15 mil. Föremålet skulle mer eller mindre hålla sig kvar över Charkiv oblast (Charkivregionen).

Denna fundamentala mekanism strider mot “sunda förnuftet”. Med avseende på atmosfären och oceanerna innebär den att jordrotationen gör det nästan omöjligt för luft och havsvatten att strömma några längre sträckor. Att den ändå gör det beror på att andra krafter än bara corioliskraften är verksamma, i första hand de kraftiga tryckskillnadskrafter som uppstår mellan områden med mycket luft (högtryck) och områden med mindre luft (lågtryck).

SMHI:s drivande boj
För att visa att detta inte är lek med matematik brukar jag ta fram en av mina favoritbilder:

Rörelsen hos en av SMHI:s oceanografiska bojar sommaren 1969 utanför Stockholms skärgård.

En av mina SMHI-kollegor, oceanografen Barry Broman, studerade sommaren 1969 rörelsen hos en del av SMHI:s bojar som flöt omkring i Östersjön. Den 25 juli blåste det upp från väster och drog med sig ytvattnet österut. När vinden bedarrat fortsatte dock vattnet att röra sig “i tangentens riktning” på grund av den låga friktionen i vattnet.

Men corioliseffekten böjde av rörelsen åt höger, i en medurs cirkel. Hade det inte varit för en permanent djupström hade bojen snurrat runt i en cirkelrörelse så stor som den teoretiskt beräknade nere till höger i bilden. Men tack vare djupströmmen drev bojen, samtidigt som den snurrade, sakta västerut. Som ni kan se stämmer storleken på de observerade virvlarna väl med den teoretiskt beräknade.

Och sedan spann jag vidare på detta med fler exempel från atmosfär och hav, enkom för att visa problemet i många läroböcker i de matematisk-naturvetenskapliga ämnena: matematiken är alltid korrekt, men tolkningen av vad matematiken berättar är ofta bristfällig. Om detta har jag skrivit tidigare.

Katastrofal föreläsning
Den här presentationen hade gjort lycka hos meteorologer och geografer. Det som speciellt gladde mig var när jag fick höra att en av studenterna gått till sin professor (som inte kunnat delta) och undrat om det som AP sagt verkligen stämde. Det hade professorna hållit med om, vilket ju var skönt. Men poängen var att professorn var så förvånad över att denne, som lite “medelmåttig” ansedd student hade korrekt kunnat återge allt jag sagt!

Men när jag kom till ekologerna blev det en liten katastrof: de hade väntat sig en ekologisk föreläsning och hängde inte alls med. Jag höll alltså mitt föredrag (på de sedvanliga 40 + 40 minuterna) inför så gott som döva öron. Aldrig har jag känt mig så hopplös och värdelös som efter den föreläsningen.

Men tröst och uppmuntran var återigen inte långt borta. En e-post på kvällen från en kollega i S:t Petersburg förmälde att Ryska statliga hydrometeorologiska centralanstalten (RosHydromet, deras SMHI) i Moskva hade celebrerat sin undervisningsavdelnings 30-årsjubiléum. Man hade just givit ut en broschyr över de gånga tre decennierna. I e-posten fanns ett foto av bokens baksida:

Fotot ur den meteorologiska skolans jubiléumsbok: “Vi inbjuder Er att studera på Federala statliga institutionen för vidareutbildning ‘Institutet för avancerade studier för ledare och specialister’. Den kunskap som erhålles vid Institutet kommer att vara till nytta för Ert praktiska arbete.”

Fotot av mig är från våren 2016 i Moskva då vi på den statliga meteorologskolan spelade in ett tiotal videoföreläsningar. Det som gladde mig mest var att den bilden med mig hade som bakgrund en av mina favoriter, bilden som bäst framhäver kvintessensen av Corioliseffekten. Så jag var inte helt oförstådd…

Nästa  avsnitt: Sleepless in Kiev?

*) I haven heter mekanismen “Ekman-transport” som är en komplicerad variant av Corioliseffekten, vilken dock i slutändan ger en transport av vatten och skräp i rät vinkel mot vindens riktning.

  2 kommentarer for “Föreläsningar i Charkiv: Plastskräpet ute i oceanerna – resebrev (6)

  1. Bengt Svensson
    2018-05-19 kl. 17:54

    Kanske vore det lättare att acceptera, om än inte “förstå” dessa rörelser, om man tänkte sig Jordens yta som en perfekt curlingbana utan någon som helst friktion från underlaget? Ditt föremål skulle vara en curlingsten, som gled iväg från Charkiv med 15 m/sek, åt vilket håll som helst och återkom från motsatt riktning nästa dag. Med betydligt högre fart söderut (men utan luftfriktion!) skulle det faktiskt passera över Grekland. Och med en fart av ca 7900 m/sek från Nordpolen skulle det följa samma bana som de polära satelliterna (fast nere på jordytan/curlingbanan), alltså korsa ekvatorn i svag sydsydvästlig riktning, och därefter böja av åt vänster på södra halvklotet och passera över Sydpolen.

  2. Anders Persson
    2018-05-20 kl. 0:51

    Bengt S.: “Jordytan som en perfekt curlingbana”? Jo, det är precis det jag antar! Som framgår av bilden skulle en curlingsten, ivägskickad med 15 m/s från Charkiv åt vilket håll som helst, följa en cirkelrörelse med nästan 15 mils radie och inte ens komma utanför Charkiv oblast. Radien är proportionell mot hastigheten dividerad med sinus för latituden, dvs ökar söderut.

    Stenen skulle återvända, inte “nästa dag”, utan lite mer än en halv dag på våra latituder. Detta är svårt att förstå, men det är så jordrotationen påverkar rörelser på jordytan, också i luft och hav, driver in dem i små cirkelrörelser. På https://atmos.washington.edu/gfd_exp/exp_e/doc/pd/images/pd07.gif har du en animering av rörelsen hos en boj på 30 graders latitud där omloppstiden ökat till ett dygn.

    I de djupa oceanerna tillkommer sedan den sk. “Ekmantransporten” omnämnd i min fotnot, en komplicerad variant av Corioliseffekten, vilken dock i slutändan ger en transport av vatten och skräp i rät vinkel mot vindens riktning.

    Att förstå avvikelsen med en satellit som gör ett varv runt jorden på 90 minuter med en hastighet av 7-8 km/sekund är, som du säger, mycket lättare, och det är den liknelsen som många läroböcker och websajter använder. Men vad lär det oss om hur föremål som flyter omkring i oceanerna beter sig?

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *

Denna webbplats använder Akismet för att minska skräppost. Lär dig hur din kommentardata bearbetas.