Klimaatverandering, ijssmelt en zeespiegelstijging

Dat het klimaat aan het veranderen is, hoeven we u niet meer te vertellen. De laatste maanden is de klimaatverandering ook een ‘hot topic’ in de media. Duizenden scholieren kwamen de afgelopen weken de straat op om te ijveren voor een strenger klimaatbeleid, zowel in België als Nederland. In vorige artikels legden we reeds uit wat klimaatverandering precies inhoudt. In dit artikel gaan we wat dieper in op het effect van de klimaatverandering op het smelten van de ijskappen en de bijbehorende stijging van de zeespiegel, die daar rechtstreeks een gevolg van is.

Klimaatverandering

Het is algemeen geweten dat het klimaat verandert en ook de menselijke invloed op het klimaat valt niet meer te betwisten. Dat laatste blijkt nu ook uit een recente Nature Paper. De klimaatverandering als dusdanig kan nu worden opgevat als een wetenschappelijk paradigma binnen de klimaatwetenschap. Momenteel is het globaal gesproken reeds 1 graad warmer vergeleken met de pre-industriële periode, zoals beschreven in één van de vorige artikels. De evolutie van de globale temperatuur sinds 1850 is mooi samengevat in een animatie van de NASA. Hierin is duidelijk te zien dat, vooral de laatste 30 jaar, het klimaat drastisch is opgewarmd.

Niet enkel de atmosfeer is echter opgewarmd, ook de oceanen. Meer nog… 93 procent van de extra warmte a.g.v. de klimaatverandering wordt geabsorbeerd door de oceanen. Deze extra warmte in de oceaan zorgt er bovendien ook voor dat het water gaat uitzetten. Als de oceaan dus opwarmt, zal het water uitzetten en zal het oceaanwater een groter volume innemen, met een stijging van de zeespiegel tot gevolg. Er wordt geschat dat ongeveer de helft van de zeespiegelstijging, die we nu reeds vaststellen, veroorzaakt wordt door deze expansie van het zeewater.

De stijging in CO2 concentratie sinds 1950 (groene lijn) en de opwarming van de oceanen sinds 1950 (blauwe lijn). (Afbeelding via Zeke Hausfather).

Effect op smelten noordpoolijs

De opwarming van de aarde heeft natuurlijk ook een effect op de ijsmassa op aarde: het zee-ijs op de Noordpool, de gletsjers op het land en natuurlijk ook op de grote ijskappen van Groenland en Antarctica.

Het noordpoolgebied is zeer gevoelig voor de opwarming van de aarde. Het effect is er zelfs meer dan dubbel zo groot, zoals duidelijk te zien is in bovenstaande animatie. Dit, als gevolg van sterke zogenaamde ‘feedback mechanismes’. Een voorbeeld daarvan is de albedo-ijs feedback. Ijs is wit van kleur en reflecteert veel zonnestraling. Als het ijs echter smelt op de noordpool, komt er oceaanwater in de plaats en dat is beduidend donkerder, waardoor het veel meer warmte absorbeert. Hierdoor warmt het lokaal nog feller op, waardoor er opnieuw meer smelt… en zo ontstaat er dus een oneindige feedback-lus, die zichzelf versterkt en zorgt voor een fellere opwarming. Dit fenomeen wordt ook wel eens de ‘polar amplification’ genoemd.

Dit mechanisme – polar amplification – zorgt er tevens ook voor dat het temperatuurcontrast tussen de evenaar en de polen kleiner wordt en de straalstroom zwakker wordt. Hierdoor vergroot de kans op blokkades, zoals we die de afgelopen jaren ook vaker zien.

Het effect van de klimaatopwarming op het smelten van het noordpool-ijs is duidelijk merkbaar. De laatste jaren verliest men daar significante hoeveelheden ijs, met 2012 als recordjaar, toen het noordpool-ijs haar laagste punt bereikte. In de toekomst wordt het zelfs waarschijnlijk dat in de zomer het gebied volledig ijsvrij zal zijn…! Hoewel veel mensen dit denken, draagt het smelten van het noordpool zee-ijs niet bij tot de zeespiegelstijging. Dit is het gevolg van de wet van Archimedes. Het volume dat het ijs inneemt, is precies het volume water dat vrijkomt bij het smelten van het ijs, waardoor het zeeniveau netto niet zal veranderen als het ijs smelt! Het verhaal is echter anders voor ijs dat opgeslagen ligt op het land (gletsjers en ijskappen). Wanneer dit smelt, wordt dit afgevoerd naar de oceaan en zorgt dit wel voor een verhoging van het zeeniveau.

Jaarlijkse gemiddelde omvang van het arctische zee-ijs. Een duidelijke neerwaartse trend is te zien.

Effect op smelten gletsjers

Ook de gletsjers smelten in een sneltempo weg als gevolg van de opwarming van de aarde. En ook dat is alarmerend, want onze aarde telt maar liefst om en bij de 215 000 gletsjers! In totaal ligt daarbij zo’n
158.000 km³ ijs opgeslagen op het land, zoals berekend werd in een recente studie. Het smelten van de gletsjers is reeds zeer goed merkbaar op het terrein. Als je foto’s vergelijkt van de gletsjers van vorige eeuw met recente foto’s, kun je duidelijk zien dat een groot deel van de ijsmassa reeds verdwenen is! Onze collega Lander Van Tricht kan je daar alles over vertellen als gletsjerexpert (glacioloog). Een groot deel van de stijging van het zeeniveau die we nu reeds hebben (om en bij de 20 cm) is veroorzaakt door de smelt van de gletsjers. Als alle gletsjers op aarde volledig zouden smelten, zou er potentieel een 30 cm aan zeeniveau kunnen bijkomen.

gletsjers evolutie
Cumulatief massaverlies van verschillende gletsjers op aarde sinds 1950. (https://wgms.ch/faqs/)

Effect op smelten Groenland en Antarctica

Ook de ijskappen op Groenland en Antarctica verliezen massa de jongste jaren.

Groenland

Ook Groenland warmt sneller op dan het globale gemiddelde. Tijdens de zomer is het er gemiddeld zo’n 5 graden warmer sinds midden jaren ’90 en in de winter is het gemiddeld reeds 2 graden warmer. Ook het massaverlies verloopt er sneller sinds het midden van de jaren ’90 (zo’n 0.65 tot 0.73 mm per jaar in zeeniveau equivalent tussen 2012 en 2016). Dit massaverlies uit zich in oppervlaktesmelt en runoff (afvoer). Een deel van deze verhoogde smelt op Groenland kan toegeschreven worden aan natuurlijke fluctuaties, alsook aan de effecten van de klimaatverandering en ‘polar amplification’. Deze natuurlijke fluctuatie heeft bijvoorbeeld te maken met de NAO-index, die er de laatste jaren vaker positief is. Hierdoor kwam er vaker een hogedrukblokkade voor met ook abnormaal hoge temperaturen door aanvoer van warme lucht uit het zuiden. De relatieve bijdrage van deze natuurlijke fluctuaties en de klimaatverandering aan de verhoogde smelt blijft echter een open vraag. Daarover is dus nog meer onderzoek nodig. Uit klimaat-model-simulaties blijkt echter wel dat extra smelt op Groenland kan bijdragen tot een stijging van het zeeniveau van 1 tot 15 centimeter tegen het einde van deze eeuw.

Antarctica

Ook Antarctica (de zuidpool) verliest ijs sinds de jaren ’90. Dit ijsmassaverlies versnelt zelfs nog wat de laatste jaren (tussen 0.5 en 0.73 mm per jaar). Massaverlies treedt vooral op in het westelijk deel van het Antarctisch continent, dat grotendeels haar zogenaamde ‘grounding line’ (het punt waar de ijskap overgaat in een drijvende ijsplaat) onder zeeniveau heeft liggen. Hierdoor is het gebied veel gevoeliger voor basale smelt (smelt onderaan de ijsplaat) als gevolg van warmer zeewater. Het continent verliest vooral massa langs haar uitlaatgletsjers, die tot drie keer toe meer ijs afvoerden de laatste jaren, vergeleken met de jaren ’90. Het oostelijk deel van Antarctica is echter vrij stabiel en wint zelfs nog licht aan massa. Dit, als gevolg van een toename van de neerslag door een toename in de vochtigheid (een warmere atmosfeer kan meer waterdamp bevatten). Toch zijn er de laatste jaren ook gebieden in Oost-Antarctica die ijs hebben verloren, met name de Tottengletsjer in het zuidoosten van het continent. Deze gletsjer heeft eveneens zijn ‘grounding line’ onder zeeniveau, wat hem kwetsbaarder maakt.

Gedurende mijn doctoraat zal ik de komende jaren deze gletsjer bestuderen aan de hand van modelsimulaties. Ik zal daarbij ook trachten te achterhalen of het massaverlies komt van natuurlijke variaties, door de klimaatverandering, of beiden. Uiteindelijk is het ook de bedoeling om een voorspelling te maken van hoe deze gletsjer zal evolueren de komende 30 jaar.

Huidige projecties voor het einde van deze eeuw berekenen een potentiële, toekomstige bijdrage van Antarctische smelt aan de zeeniveaustijging tot maximaal 1 meter. Ook hierbij kunnen feedbackmechanismen een cruciale rol gaan spelen. Een goed voorbeeld hiervan is het zogenaamde ‘marine ice sheet instability’ mechanisme. Een mechanisme waarbij het smelten van ijs een kettingreactie teweeg brengt, waardoor er nog meer smelt optreedt en het ijs zich blijft terugtrekken. Als de ijsplaat dunner wordt (hetzij door oppervlaktesmelt, afkalven van ijs, of door basale smelt als gevolg van intrusie van warm zeewater) en het ijs zich terugtrekt (de zogenaamde grounding line), kan er meer ijs afgevoerd worden. Als het gesteente onder het ijs afhelt naar de ijsmassa toe, is dit een onstabiele situatie en blijft het ijs zich terugtrekken tot de helling van het gesteente omkeert. Op die manier kan er dus potentieel zeer veel ijsmassa verloren gaan.

Dit mechanisme – marine ice sheet instability – is een zogenaamd ‘tipping point’ mechanisme (kantelpunt-mechanisme) dat op grote schaal in werking kan gaan treden op Antarctica wanneer een bepaalde graad van opwarming overschreden wordt. Als dit zou gaan gebeuren in de toekomst, dan zou dit potentieel een onomkeerbaar verlies van delen van Antarctica tot gevolg kunnen hebben, weliswaar op een tijdschaal van enkele eeuwen tot millennia…. Recente studies schatten dat dit kantelpunt voor Antarctica zou liggen rond of net boven de grens van 1.5-2 graden opwarming. Ook voor Groenland ligt het tippingpoint rond hetzelfde niveau. Dit betekent dat, zelfs als we nu grote inspanningen doen om de opwarming te beperken tot onder 2 graden, wanneer deze mechanismen in werking zouden treden, we potentieel onomkeerbaar (delen van) Antarctica en Groenland kunnen verliezen. Belangrijk hierbij wel is echter de tijdschaal. Ijsmassa’s reageren zeer traag op externe forcering (bv. de opwarming van de atmosfeer), waardoor we pas echt het effect zullen zien op lange termijn, een termijn van enkele eeuwen tot millennia. Het effect van wat we nu uitstoten en de opwarming van de atmosfeer op dit moment, zou dus grote gevolgen kunnen hebben op de langere termijn.

MISI
Illustratie van het ice-sheet instability mechanisme. Een stabiele situatie (links) en een onstabiele situatie (rechts). (Hanna et al. 2013).

Een leuk weetje: Als Groenland volledig zou smelten zou de zeespiegel met ongeveer 7 meter stijgen; als Antarctica volledig zou smelten, zou het zeeniveau potentieel met 58 meter kunnen stijgen. Dit zal uiteraard niet gebeuren op korte en middellange termijn. Als het ooit zover zou komen, zijn we al gauw enkele duizenden jaren verder…


Lees ook eens: