Zorgt onstabiele AMOC nu echt voor een toenemende kans op een ijstijd?

De Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), een noord-zuid (meridionaal) gerichte oceaanstroming, beïnvloedt in hoge mate het klimaat in West-Europa. Vaak wordt hij geassocieerd met de warme Golfstroom vanaf de Golf van Mexico, maar die maakt er slechts een onderdeel van uit. De AMOC is lang niet altijd even stabiel, waarom en in welke mate is onderwerp van dit blog. We beginnen bij de ijstijden, maar voor die tijd geven we eerst een korte uitleg van de werking ervan.

• Ontdek ons met bijna 180.000 volgers op Facebook
• We zijn ook actief op X

Werking van Amoc

De AMOC maakt deel uit van de mondiale thermohaliene circulatie, die de oceanen van de wereld verbindt met één enkele ‘transportband’ van continue wateruitwisseling (zie plaatje 1). Relatief zout en warm zeewater van de Atlantische Oceaan stroomt noordwaarts en als het in de Noorse Zeeën komt koelt het af, neemt het gewicht toe en zakt het een paar kilometer in de diepte om vervolgens in de Noord-Atlantische Diep Water stroom (NADW) weer helemaal naar het zuiden terug te keren.

Door uitwisseling met zijn omgeving warmt het diepe water onderweg langzaam op en vermindert daarbij het zoutgehalte (saliniteit), waardoor het uiteindelijk bij Antarctica weer naar de oppervlakte stijgt.

De AMOC verplaatst netto warmte vanaf het zuidelijke halfrond naar de noordelijke Atlantische Oceaan en is dus zeer relevant voor ons klimaat, omdat de zuidelijke retourstroom erg koud en diep is. Zonder de AMOC zouden Noord- en West-Europa zo’n 5 tot 10 graden kouder zijn dan nu.

De hele noordelijke Atlantische Oceaan profiteert: een versterkte AMOC transporteert de warmte vooral naar het zeegebied tussen Ierland en Labrador, tot IJsland aan toe, tegelijk koelt de Antarctische regio af. Bij een zwakke AMOC koelt de noordelijke Atlantische regio af en warmt juist het zuidpoolgebied op.

AMOC gedurende de ijstijden

In de eerste fase sinds zijn ontstaan, 34 miljoen jaar geleden, hadden fluctuaties in de kracht van de AMOC geen bijzonder grote uitwerking. Dat veranderde aan het begin van het Pleistoceen (2,58 miljoen jaar geleden) toen de doorgang tussen Noord- en Zuid-Amerika zich sloot.

De aanvoerroute van warm water uit de Stille Oceaan werd een heel stuk langer en de reeds ingezette langzame afkoeling van het klimaat versnelde zich. Steeds kouder werd het, op het laatst kwam het tot een aantal grote ijstijden. Het Saalien (238.000 – 126.000 jaar geleden) was de een na laatste, Scandinavisch landijs reikte tot aan de Utrechtse Heuvelrug en Nijmegen.

Na een warmere fase, het Eemien, waarin de zeespiegel sterk steeg en het zeewater tot aan de Gelderse Vallei wist door te dringen, werd het gedurende het Weichselien (116.000 – 11.700 jaar geleden) opnieuw onbarmhartig koud. Echter niet zo koud meer als in de eerdere ijstijd: het Scandinavische landijs wist zich nog slechts tot vlak bij de Elbe in Noord-Duitsland uit te breiden.

Juist in deze laatste ijstijd bleef de AMOC een belangrijke rol spelen. Gedurende deze periode vonden een groot aantal abrupte klimaatveranderingen plaats (zie plaatje 2). Deze oscillaties staan ​​bekend als Dansgaard-Oeschger-gebeurtenissen (D-O-gebeurtenissen) naar Willi Dansgaard en Hans Oeschger, die ze ontdekten door in de jaren tachtig de Groenlandse ijskernen te analyseren.

D-O-gebeurtenissen en Heinrich-events

Bij een D-O-gebeurtenis voert de AMOC relatief warm water van zuidelijke breedtes tot aan de Noorse Zee (zie plaatje 3). Hierbij doet zich een snelle opwarming van tussen de 8 °C en 15 °C voor rond Groenland, met daaraan gekoppeld een gelijkwaardige afkoeling boven de Zuidelijke Oceaan. Daar tegenover staan Heinrich-gebeurtenissen, waarbij enorme stromen ijsbergen afbreken van de Laurentide-ijskap boven Canada. Het smeltwater verzwakt de AMOC en de opwarming wordt (tijdelijk) gestopt.

De voorlaatste D-O-gebeurtenis vond zo’n 14.690 jaar geleden plaats, met een heel korte onderbreking werd het warmer tot 12.890 jaar vóór heden. In dat jaar veroorzaakte een enorme stroom smeltwater door de Mackenzie-rivier in wat nu Canada is een abrupte vertraging van de AMOC: meer dan duizend jaar (tot aan 11.700 jaar geleden) keerden de temperaturen op het Noordelijke Halfrond terug naar bijna-glaciale niveaus.

Door die klimaatverandering verschoof de Intertropische Convergentiezone zuidwaarts; regenval in Noord-Amerika nam toe en Zuid-Amerika en Europa werden een stuk droger. Daarna herstelde de situatie zich naar het klimaat zoals wij dat nu kennen.

Meer recente fluctuaties in de AMOC

Sinds het einde van de laatste ijstijd is de AMOC relatief stabiel gebleven. In de laatste 1500 jaar echter is hij enigszins verzwakt. Sedimentmetingen tussen Groenland en Labrador geven inzicht in het zoutgehalte en de stromingssnelheid van het water aldaar (zie plaatje 4). Een grotere uitstroom brengt kouder water en correspondeert met een krachtige AMOC, de zwakkere uitstroom in de twintigste eeuw is een indicatie voor een verzwakte AMOC.

We zien na de DACP (Dark Ages Cold Period), een krachtige AMOC rond 1000, corresponderend met het Middeleeuws klimaatoptimum (Medieval Climate Anomaly). De AMOC kent sinds 1100 een verzwakking, maar midden in de Kleine IJstijd (Little Ice Age) ook sterke fluctuaties. Metingen aan de Golfstroom bij Florida laten een 10% afname zien tussen 1200 en 1850.

Juist als de AMOC in de tweede helft van de negentiende eeuw en in de twintigste eeuw ernstig verzwakt, begint het klimaat enorm op te warmen. Zo worden we ermee geconfronteerd dat ook andere factoren als de AMOC een rol kunnen spelen, natuurlijke vertragingen in de doorwerking, maar ook extreme vulkaanuitbarstingen en menselijke invloeden zoals ontbossing en industrialisatie.

De laatste 150 jaar

Het heeft er dus alle schijn van dat de AMOC vanaf de negentiende eeuw al aan verzwakking onderhevig is geweest. Een detailstudie van Dima en Lohmann uit 2010 (zie plaatje 5) laat zien dat de AMOC nog wel relatief sterk was tussen 1870 en 1890, en daarna van 1930 tot 1970. In 1970 vond er een abrupte verzwakking plaats. Die kan teruggevoerd worden op wat genoemd wordt een Great Salinity Anomaly (GSA), een grote hoeveelheid relatief zoet water die door de Fram-straat tussen Groenland en Spitsbergen naar het zuiden werd gevoerd.

Die heeft een kleine tien jaar lang het zoutgehalte in de noordoostelijke Atlantische Oceaan onderdrukt, en daarmee de doorstroom van zout en warm water vanuit het zuiden. Vervolgens een herhaling meer vanuit het noordwesten, waardoor ook de tachtiger jaren een verminderde AMOC kenden. In de negentiger jaren herstelde zich de situatie.

Kijken we naar een verband met klimatologische schommelingen dan herkennen we de zachte dertiger jaren van de twintigste eeuw – die vallen samen met een sterkere AMOC –, en de koude winters in de tachtiger jaren met de zwakkere AMOC; op het laatst zien we dat de opwarming in de negentiger jaren parallel loopt aan de sterkere AMOC. Hier doorheen spelen ongetwijfeld ook andere factoren, zoals de uitbarsting van de Krakatau in 1883, de bijzonder grote luchtvervuiling in een groot deel van de twintigste eeuw en natuurlijk het versterkte broeikaseffect.

Meest recente periode

Dankzij het Rapid-project zijn voor deze eeuw aanzienlijk betere data beschikbaar voor wat betreft de AMOC. In een studie uit 2018 blijkt dat het watervolume van de AMOC in de periode 2009-2016 ten opzichte van 2004-2008 tot wel vijf Sverdrups is gedaald (zie plaatje 6 met daarin rechts indexen met een omgekeerd teken).

Over die periode zijn de zeespiegel en de zeewatertemperatuur en het transport van latente warmte tegen de noordoostkust van de VS gestegen. Opvallend is vooral de lage waarde van de AMOC in 2009 en 2010 met een volgend dal in 2012 en 2013, jaren met relatief koele zomers en koude en sneeuwrijke winters vergeleken met de jaren ervoor. Vanaf 2013 zien we weer een licht herstel van de AMOC.

Huidige stand van zaken en een blik op de toekomst

De Oras5 metingen van het meridionale warmtetransport in de Atlantische Oceaan geven aan dat dat sinds 2019/2020 weer geringer aan het worden is. De versterkte opwarming van het zeewater bij Labrador (plaatje 7) en de afkoeling bij IJsland in de recente maanden bevestigt dat beeld. Een terugkeer naar het weer van de jaren 2009-2013 is op grond hiervan niet ondenkbaar, met meer hogedruk in de regio Canada-Groenland en West-Europa kwetsbaarder voor polaire uitbraken vanuit het hoge noorden.

Depressie Boris (september 2024) met zijn uitzonderlijke winterse kou in de Alpen en de overstromingen van Polen tot aan Roemenië vanwege het invangen van latente warmte uit de Middellandse Zee, kan als een blauwdruk hiervoor dienen.

Een recente studie laat zien dat de AMOC onder extreme zoetwatertoevoer in het noorden wel degelijk stil kan komen te vallen, resulterend in drastische temperatuurdalingen in Noordwest-Europa. Nader onderzoek is nodig om deze klimaatverandering beter te kunnen kwantificeren, een en ander is ook van belang voor het opstellen van klimaatscenario’s voor de toekomst. ‘Daar zal in de komende jaren nog heel veel discussie over ontstaan tussen de klimaatgroepen wat het meest waarschijnlijke verhaal is.’ (prof. dr. Detlef van Vuuren op het 50-jarige Lustrum van het VWK, 28 september 2024).