Je leest:

Stroming in een estuarium uitzoeken tot op de bodem

Stroming in een estuarium uitzoeken tot op de bodem

Auteur: | 21 mei 2002

Bodemdieren in een getijdegebied hebben continu te maken met stroming, zij zijn dan ook aangepast aan die voortdurende waterbeweging. Maar zelf hebben ze door hun vorm ook weer invloed op de snelheid van het water in hun omgeving. In een stroomgoot kan naar stromingseffecten worden gekeken terwijl andere factoren zoals temperatuur en zoutgehalte constant worden gehouden.

In de Nederlandse kustgebieden is het water altijd in beweging. In getijdengebieden zoals de Waddenzee en de Oosterschelde stroomt het water met vloed over de bij laagwater droog liggende zandplaten heen en met eb weer richting de Noordzee. Uitleg over het getij en waardoor eb en vloed veroorzaakt worden staat o.a. op een site van Ecomare.

De Oosterschelde is een estuarium. Dat is een gebied langs de kust, gedeeltelijk omringd door land, waar een rivier, in dit geval de Schelde, in zee uitstroomt en het rivierwater zich vermengt met het zeewater. Eb en vloed zijn hier zelfs ver landinwaarts nog merkbaar. Bij opkomend water (vloed) worden er deeltjes het estuarium in getransporteerd, bij afgaand water (eb) gaan er deeltjes richting de Noordzee. Voedseldeeltjes, slib en plankton kunnen op deze manier over grote afstanden getransporteerd worden. In de bodem van het estuarium, in het zand, leven o.a. kleine bodemdieren die zich niet verplaatsen, zoals wadpieren, kokkels en mossels. De bodemdieren worden ook wel benthos genoemd, naar het Griekse woord voor bodem. Zij leven in het grensgebied tussen het water en de bodem en hebben hun hele leven te maken met langsstromend water. Wat betekent stroming voor dit benthos?

Stroming op de centimeter

De stroming die over deze bodemdieren heengaat voert niet alleen voedsel deeltjes en zuurstof aan maar zorgt ook voor de afvoer van hun uitwerpselen en de verspreiding van de larvale stadia. Als het water niet zou stromen en steeds nieuwe deeltjes aan zou voeren, zou de voedsel voorraad snel uitgeput zijn en het afval zich ophopen. Hierdoor is het vóórkomen van stroming een voorwaarde van bestaan voor deze leefgemeenschappen. Stroming heeft ook een nadeel: bij hogere snelheden, die bijvoorbeeld voorkomen tijdens najaarsstormen, kunnen de dieren uit het sediment gespoeld worden of kunnen ze bedolven worden onder een laag aangevoerd zand.

Bodemdieren hebben zelf vaak veel invloed op de stroming doordat ze bijvoorbeeld de bodem ruwer maken dan een normale zandbodem, denk bv. aan een mosselbed. Hierdoor vertragen ze de waterstroom direct boven het mosselbed waardoor voedseldeeltjes uitzakken naar de beneden en ze op die manier meer te eten hebben. Ook bepalen ze voor een deel hoe stevig de zeebodem is, doordat ze het sediment loswoelen of juist verstevigen door binding met slijm (diatomeeën), of door stevig aan elkaar vast te zitten (mosselbed). Omdat er zoveel factoren spelen in deze wisselwerking is het lastig om de directe invloed van stroming op kleine bodemdieren in het veld te onderzoeken.

De Stroomgoot

Om toch iets te kunnen zeggen over de invloed van stroming op bodemdieren en de invloed van bodemdieren op stroming, kunnen de dieren uit het estuarium gehaald worden en in een stroomgoot (zie afbeelding 1) geplaatst.

Afbeelding 1. Flume tank van het NIOO-KNAW in Yerseke op het centrum voor Estuariene en Mariene Ecologie.

Een stroomgoot genereert stroming over de bodem in een soort kanaal. Het water in de goot kan op verschillende manieren versneld worden, bv. met een rotor of een schoepenrad. Het voordeel boven de veldsituatie is dat alles te controleren is en er dus constante omstandigheden tijdens het experiment zijn (denk aan licht gehalte, zoutgehalte en temperatuur).

Bodemgrenslaag

Wanneer water over een vast oppervlak (zoals de bodem) stroomt vormt het een zogenaamde grenslaag. Precies op het grensvlak van water en bodem is de stroomsnelheid 0. Door de ruwheid en onbewegelijkheid van de bodem wordt het water afgeremd totdat het helemaal niet meer stroomt op de bodem zelf. Geleidelijk, volgens een logaritmisch profiel, neemt de stroomsnelheid naar boven toe. Bodem planten en dieren leven dus altijd in een snelheidsgradiënt of zijn er direkt afhankelijk van.. De hoogte van deze bodemgrenslaag wordt bepaald door de ruwheid van de bodem en de oorspronkelijke snelheid in de waterkolom, denk aan een laag van ongeveer 10 centimeter hoogte, waarin de stroomsnelheid afremt tot aan de bodem. (zie afbeelding 2).

Afbeelding 2. Schematische weergave van de bodemgrenslaag met bodemdieren die daar voorkomen

Een stroomgoot voor benthisch (bodem) onderzoek is in principe gebouwd om een mooie, volledig ontwikkelde, bodemgrenslaag te hebben boven het gedeelte waar je experimenten doet. De snelheidsgradiënt in het water zorgt voor een horizontale kracht op de bodem, de bodemschuifspanning, als deze kracht te groot wordt zal er erosie van de bodem ontstaan. In zeeën, estuaria en rivieren is de stroming altijd turbulent, behalve in het onderste laagje ( ongeveer 1 mm van de bodem) waar wervels in het water niet meer door kunnen dringen. Vooral dit laatste laagje is erg belangrijk voor bodemdieren die voedsel uit de waterkolom opnemen omdat de gradiënt in dit laagje o.a. bepaald hoe snel er transport van bovenliggend voedselrijk water naar onderliggende lagen water is. Die onderste lagen water zijn snel uitgeput van het aanwezige voedsel doordat de bodemdieren het gebruiken. Om de effecten die planten en dieren op stroming hebben goed zichtbaar te maken wordt in de stroomgoot turbulentie sterk gereduceerd. Het water wordt in de bochten van de stroomgoot mooi gelaagd gehouden door het door tientallen pvc pijpen te laten stromen terwijl in het veld stroming vaak instabiel is door eb en vloed werking en golfbewegingen.

Voor elke vraag een andere opstelling

Bij het bouwen van een stroomgoot of, het meer gebruikte Engelse woord, flume tank moet er met veel dingen rekening gehouden worden. Voor elke vraagstelling is er een andere soort flume vereist. Als je met zeewater in plaats van zoet water werkt, zal dat gevolgen hebben voor de te gebruiken materialen. Een flume voor onderzoek naar golfwerking zal anders gebouwd worden dan een flume die gemaakt is voor onderzoek naar stroming veroorzaakt door het getij. Het water kan aangedreven worden door verschillende technieken die allemaal hun eigen nadelen hebben. Als je onderzoek wilt doen naar de bodemgrenslaag zal de goot diep en breed genoeg moeten zijn omdat je bij elke wand, ook de zijwanden, remming van de stroming in de waterkolom krijgt. Een stroomgoot voor biologisch onderzoek mag niet giftig zijn voor levende organismen, bovendien moet het mogelijk zijn een gehele gemeenschap van bodemorganismen in een relatief ongestoorde toestand te observeren. Denk hierbij bijvoorbeeld aan een mosselbed. De meest gebruikte techniek hiervoor is het uit het veld halen van een gedeelte zand met de dieren erin of een stuk mosselbed wat vervolgens in de de stroomgoot wordt geplaatst. Het gedeelte waar het stuk bodem ligt waar we onderzoek naar willen doen heet de werksectie van de flume. Een verstelbare bodem in de werksectie is een voorwaarde om stroming over een bodem van gelijke hoogte te kunnen meten. Om echt wat te kunnen meten moet de goot toegankelijk zijn voor meet instrumenten en manipulatie door de onderzoekers en liefst ook gedeeltelijk doorzichtig voor observatie en fotografie of video beelden. Al deze voorwaarden betekenen vaak dat je van een enorme stroomgoot maar een klein stukje overhoudt waarin de omstandigheden precies goed zijn om onderzoek te doen aan stroming over een gemeenschap van bodemdieren.. Bij de werksectie word meetapparatuur opgehangen om stromingsprofielen of opgelost sediment wat uit de bodem is geërodeerd te meten.

Bij de bouw van stroomgoten is schaal heel belangrijk. Natuurlijk kunnen we geen stroomgoot bouwen die even groot is als de Oosterschelde maar het probleem met waterstroming is dat gemeten processen zich slecht laten vertalen naar processen op een andere schaal. Met een andere schaal bedoelen we een andere orde van grootte, het is dus moeilijk de grote Oosterschelde te vergelijken met een relatief kleine labopstelling. Stroming in een groot kanaal heeft andere eigenschappen dan stroming in een klein, smal gootje. Hiermee moet rekening worden gehouden bij de constructie van een stroomgoot en bij interpretatie van de data. Afbeelding 3 laat een schematische bouwtekening van de flume op het NIOO-CEMO zien.

Informatie verkregen door onderzoek in de stroomgoot kan ook gebruikt worden als input in een computer model. Het maken van modellen geeft inzicht in hoe belangrijk iets is ten opzichte van andere dingen. Een voorbeeld: door de filtersnelheid van mossels, gemeten in de flume, te variëren in een model met andere schelpdieren erin zoals kokkels en oesters, kun je inzicht krijgen in hoe belangrijk mossels nou zijn voor het uitfilteren van algen uit het water.

Afbeelding 3. Schematische tekening van de stroomgoot te Yerseke (van bovenaf)

BioFlow, samen werken aan stromingsonderzoek in de biologie .

In Yerseke, waar de stroomgoot van het NIOO-CEMO staat, wordt naar verschillende processen gekeken die allemaal als overeenkomst hebben dat ze plaatsvinden in de bodemgrenslaag. Zo wordt er onder andere gekeken naar transport van voedsel in een zeegras bed, stroming over een mosselbed, en naar de vestiging van schelpdierlarven. Schelpdierlarven zijn heel erg klein en de bodemgrenslaag is dan ook een hele uitdaging om doorheen te komen op weg naar de bodem en de rest van hun leven als mossel of kokkel.

Maar niet alleen in Nederland zijn er mensen aan het werk aan stroming. In Europa staan een beperkt aantal stroomgoten voor biologisch onderzoek in de bodemgrenslaag en aan bodemorganismen. Elke stroomgoot is uniek en de wetenschappers die ermee werken doen net allemaal op een ander vlak onderzoek aan de bodemgrenslaag. Door een netwerk te vormen kan er informatie en kennis uitgewisseld worden tussen de verschillende faciliteiten. Ook kunnen apparaten om bv. stroomsnelheid te meten gekalibreerd worden door ze in meerdere stroomgoten te testen. Dit vrij nieuwe Europese netwerk heeft de naam BioFlow gekregen.

Afbeelding 4. Logo Bioflow

Een groot aantal landen zoals Nederland, Zweden, Duitsland, Engeland, Letland, Frankrijk, Denemarken en Portugal werken aan BioFlow mee. Binnenkort zal er begonnen worden met het organiseren van de eerste bijeenkomsten en het opzetten van een webpagina.

Bronnen

Bioflow – Description of Work (report 10 July 2001) Muschenheim, Grant, Mills (1986) Flumes for benthic ecologists: theory, construction and practice. MEPS 28:185-196 Nowell, Jumars (1987) Flumes: theoretical and experimental considerations for simulation of benthic environments. Oceanogr. Mar. Biol. Ann. Rev. 25:91-112

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI).
© Nederlands Instituut voor Biologie (NIBI), sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 21 mei 2002

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.