't IJs glijdt

De zeespiegel zou deze eeuw catastrofaal snel kunnen stijgen, volgens nieuwe studies. Maar niet iedereen is al overtuigd. Karel Knip

Onder het wegsmeltende ijs van West Groenland komen vuile stoflagen tevoorschijn die uit de laatste ijstijd stammen (FOTO IMAU) IMAU

Door de opwarming van het klimaat kan de zeespiegel deze eeuw veel méér en veel sneller gaan stijgen dan tot dusver wordt aangenomen. Verrassende ontwikkelingen op Groenland en Antarctica hebben deskundigen tot het inzicht gebracht dat een catastrofale stijging van de zeespiegel niet langer valt uit te sluiten. 't Kan al voor 2100 op gang komen en onomkeerbaar blijken.

Zo ongeveer is het redactioneel commentaar samen te vatten dat Science op 24 maart toevoegde aan een reeks van artikelen over waargenomen of verwacht ijsverlies op de ijskappen van Groenland en Antarctica. Het waren artikelen van zeer uiteenlopende aard en zwaarte, maar het kost weinig moeite ze onder één noemer te brengen: de ijskappen kunnen veel sneller reageren op klimaatverandering dan altijd is aangenomen en ze reageren nú. Daarbij is nogal wat 'positieve terugkoppeling' (zelfversterking) denkbaar en kan zelfs een 'point of no return' worden gepasseerd. Dan is de catastrofe onafwendbaar geworden.

De redactie van Science slaat een ongekend alarmistische toon aan. Het enthousiasme over nieuwe ontdekkingen heeft hen duidelijk meegesleept. En hen niet alleen, want in de wereld van de geleerden zelf heerst eveneens grote opwinding. Maar hoe interessant het nieuwe werk ook is, het gaat om veranderingen die nèt zijn getreden. Niemand weet hoe lang ze zullen duren en of ze een ingrijpende trendbreuk aankondigen.

zwaartekracht

In de zes Science-artikelen komen heel verschillende aspecten van het ijskap- en gletsjeronderzoek ter sprake. Eén artikel bespreekt een nog experimentele methode om uit de verandering van het lokale zwaartekrachtsveld het ijsverlies aan de zuidpool af te leiden. Antarctica verliest massa, komt daar voorlopig uit. Twee artikelen behandelen het pas onlangs ontdekte fascinerende fenomeen van gletsjerbevingen: als het bed waarover een gletsjer glijdt door opwarming of watertoevoer extra glibberig is geworden kan de gletsjer incidenteel met een ruk vooruitschieten (zie graphic linksonder). Dan ontstaat een karakteristieke bodemtrilling die op seismogrammen is terug te vinden. In een vierde stuk lanceert onderzoeker Bindschadler zijn vermoeden dat gletsjers die in zee stromen extra gevoelig worden voor opwarming door zeewater zodra ze zich hebben teruggetrokken van hun eindmorene (het puin dat ze voor zich uit hadden geschoven). Een stukje positieve terugkoppeling dus: een krimpende gletsjer gaat misschien steeds sneller krimpen (zie graphic rechtsonder).

Ten slotte zijn er twee nauw samenhangende artikelen waarin een reconstructie gemaakt wordt van het klimaat in het laatste 'interglaciaal' (130.000 jaar geleden), inclusief de toestand van de cryosfeer (alles wat ijs is) en waarin men na een lange redenatie tot de conclusie komt dat de zeespiegel rond 2100 wel eens net zo snel en hoog kan stijgen als toen mogelijkerwijs is gebeurd. Het waren in het bijzonder deze twee artikelen die aanleiding gaven tot allerlei alarmistische conclusies in de media. Logisch: ze voorspellen weinig minder dan een catastrofe op korte termijn.

intrigerend

En al eerder dit jaar waren andere intrigerende artikelen verschenen. Op 6 januari berichtten Church en White in Geophysical Research Letters dat zij in de zeespiegelrijzing nu voor het eerst, na veel gereken, een versnelling hadden aangetoond. Op 17 februari signaleerden Rignot en Kanagaratnam in Science dat de afvoersnelheid van veel Groenlandse gletsjers in de periode 1996-2005 formidabel was toegenomen, hier en daar zelfs was verdubbeld. Conclusie: de massabalans van Groenland was negatief geworden, de ijskap leed aan netto ijsverlies van ruim 150 km

Begin maart publiceerden Nasa-onderzoekers Zwally en Giovinetto c.s. in de Journal of Glaciology de resulaten van het meest uitputtende onderzoek tot dusver aan de massabalansen van de ijskappen. Ongelukkig genoeg wordt daarin juist verklaard dat het ijsverlies aan de randen van Groenland in de periode 1992-2002 ruimschoots werd gecompenseerd door extra sneeuwval in het hoge binnenland. Groenland zou juist netto ijs opslaan. Scienceredactie heeft deze hinderlijke dissonant deze week in een overzichtsverhaal professioneel weggepoetst. Desgevraagd had Zwally, schrijft het blad, toegegeven dat hij er inmiddels anders over dacht. Als de Groenlandse gletsjers zo snel stroomden als Rignot had vastgesteld, moest de massabalans wel negatief geworden zijn, zei hij. Er was nu een verlies van 30 tot 40 km3per jaar, zei zijn 'gut feeling'.

Eigenlijk een onverantwoordelijke reactie', zegt de Utrechtse hoogleraar Hans Oerlemans, gezaghebbend expert op het gebied van gletsjeronderzoek. Je kan toch niet op grond van drie jaar afwijkende metingen je eerdere conclusies zomaar opgeven. Wij doen al sinds 1989 metingen op West-Groenland en durven nog steeds geen conclusie te trekken.' Ook overigens vindt hij de bundel artikelen 'een beetje een miskleun'. Ik heb overwogen een commentaar in te sturen, maar eigenlijk wist ik niet goed waar ik beginnen moest.'

Met wat goede wil zou je kunnen zeggen dat alle artikelen passen binnen het onderzoek aan de massabalans van de ijskappen. Nog steeds is niet precies bekend wàt de ijskappen doen (of ze massa winnen of verliezen), waaròm ze doen wat ze doen (het kan nog een reactie zijn op de laatste ijstijd) en hoe dat beeld onder invloed van het broeikasffect gaat veranderen. Het is van eminent belang daar inzicht in te krijgen omdat de uitgestrekte ijskappen op hun beurt een grote invloed hebben op het klimaat en ook, of vooral, omdat ze van grote invloed kunnen zijn op de stijging van het zeeniveau. Ook van de zee is eigenlijk nog steeds niet bekend waarom hij stijgt zoals-ie dat doet. Het gaat veel sneller dan verklaarbaar is (zie kader).

De massabalans van een ijskap als van Groenland of Antarctica bestaat uit het verschil tussen de ophoping van sneeuw in het centrum en het verlies van ijs door verdamping en afvoer van smeltwater en het loslaten van ijsbergen aan de randen. Deze componenten zijn nauwelijks afzonderlijk meetbaar, daarvoor zijn de ijskappen te groot. Maar sinds een jaar of tien zijn satellieten in gebruik waarmee de absolute hoogte van het ijsniveau heel precies en over zeer grote oppervlakten te meten is. Al wat eerder werd datzelfde werk gedaan vanuit vliegtuigen. De uitkomsten van het onderzoek zijn wat verwarrend geweest, maar inmiddels is, zoals uit het genoemde artikel van Zwally en Giovinetto blijkt, wel een conclusie toegestaan.

Radar-hoogtemetingen door de Europese satellieten ERS-1 en ERS-2 toonden aan dat West-Antarctica tussen 1992 en 2002 jaarlijks netto 47 gigaton ijs verloor, maar dat Oost-Antarctica 16 gigaton won door extra sneeuwval: in combinatie een verlies van 31 gigaton. (Een gigaton ijs is ongeveer 1,1 km3 ijs, goed voor 0,003 millimeter zeespiegelrijzing). De zware drijvende ijsplaten voor de kust van Antarctica ('shelf ijs' van honderden meters dik) verliezen ijs in het westen en winnen (meer) in het oosten, maar hun gedrag is niet van invloed op het zeeniveau omdat de platen al in zee drijven. De Groenlandse ijskap werd in dezelfde meetperiode aan de randen dunner, maar in het midden, dankzij sneeuwval, dikker, in totaal goed voor een netto-ijswinst van 11 gigaton. Al met al moet de invloed van de ijskappen op de zeespiegelstijging tussen 1992 en 2002 (die inmiddels op 2,8 mm. per jaar wordt geschat) maar uiterst gering geweest zijn. Een procent of twee', zei Zwally in een interview, vóór zijn 'gut feeling' hem van oordeel deed veranderen. Zwally beschouwt het ijsverlies van West-Antarctica als een late reactie op de laatste ijstijd. Groenland reageert zoals je kunt verwachten van een opwarmend klimaat.

Oerlemans toont zich onder de indruk van het werk van Zwally en Giovinetto. Maar we moeten niet vergeten dat het tot dusver geologisch gezien maar momentopnamen zijn. We weten praktisch niets van de natuurlijke variatie, we weten niet eens hoe de ijskappen zouden reageren als het klimaat vanaf nu constant zou blijven. Het staat vast dat satellietonderzoek zoals met de ERS-1 en ERS-2 de toekomst heeft. Maar tegelijk staat vast dat uitgebreid veldwerk nodig blijft om de satellietmetingen te valideren. Om een voorbeeld te geven: na één of twee warme zomers zien wij soms de bovenste laag firn (firn is overjarige, korrelige sneeuw) plotseling een meter inklinken. Dat is een niveaudaling die niets met massaverlies te maken heeft. Ikzelf zou toch graag langs zo'n zes relevante transecten op Groenland continu veldwaarnemingen doen on de waarnemingen van satellieten te kalibreren.'

Ook het radar-interferometrisch onderzoek aan de stroomversnelling van Groenlandse gletsjers door Rignot en Kanagaratnam met gegevens van satellieten als de de ERS-1, ERS-2, Radarsat-1 en Envisat kan op Utrechtse bewondering rekenen. De grote aandacht die het kreeg was op zijn plaats. Maar, zegt Oerlemans, ook bij dit soort waarnemingen moet je je blijven afvragen: is het geen tijdelijk effect, kan het over acht jaar niet heel anders zijn. We weten er nog zo weinig van.

Logischerwijs is hetzelfde voorbehoud van toepassing op de toename van het aantal gletsjerbevingen die door Göran Ekström van Harvard is gesignaleerd. Het ligt voor de hand dat deze in verband staat met de stroomversnellingen die door Rignot zijn waargenomen en daarvan een onafhankelijke bevestiging is. Maar het jaarlijkse aantal gletsjerbevingen is pas drie jaar significant aan het stijgen en dus is het nog te vroeg voor een conclusie. Het kan morgen weer ophouden.

Toch heerst in de wereld van glaciologen en ijskapkenners onmiskenbaar een sfeer van opwinding, zoals uit verschillende interviews (bijvoorbeeld bij Nature, New York Times en BBC) valt af te leiden. Het idee heeft er postgevat dat de huidige klimaatverandering wel eens geen geleidelijke maar een abrupte reactie van de ijskappen zal opwekken. Dat zou dan vooral zijn toe te schrijven aan allerlei zelfversterkende effecten die onder de noemer 'positieve terugkoppeling' (positive feedback) vallen. Het simpelste voorbeeld daarvan is het effect van ophoping van smeltwater op een gletsjeroppervlak. Dat smeltwater verlaagt het albedo (weerkaatsend vermogen) van de gletsjer waardoor die meer warmte opneemt van de zon dan voorheen, nog meer smelt en nog meer smeltwater verzamelt. Enzovoort. Hierboven werd al het voorbeeld genoemd van de krimpende mariene gletsjer die zich heeft teruggetrokken van zijn eindmorene en opeens veel meer onder invloed staat van de warme zee.

smeltwater

Veel aandacht is er de laatste jaren voor de invloed van oppervlakkig smeltwater op de wrijving tussen het gletsjerijs en de bodem waarover het schuift. Afhankelijk van de samenstelling van die ondergrond kan smeltwater dat via spleten en dergelijke doordringt naar de diepte die bodem beduidend glibberiger maken. Het effect daarvan kan nog weer verder versterkt worden als de gletsjer inderdaad sneller gaat schuiven en al doende meer wrijvingswarmte produceert dan voorheen.

Heel spectaculair kan ook het gevolg zijn van wegvallende buttressing. De vrije uitstroming naar zee van veel gletsjers op Groenland en Antarctica wordt min of meer belemmerd of vertraagd door enorme drijvende ijsplaten van honderden meters dik die zij daar zelf hebben doen ontstaan. Afhankelijk van hun vorm en uitgestrektheid worden ze gletsjer-tongen (glacier tongues) of ijsplaten (shelf ice) genoemd. De tegendruk die de platen bieden aan het opdringende gletsjerijs heet 'buttressing'. Op diverse plaatsen rond Antarctica en Groenland zijn inmiddels zware ijsplaten opgebroken en in veel gevallen reageerden de gletsjers erachter met een stroomversnelling. De vrees is dat dit een wetmatigheid zal blijken te zijn (al is dat nog lang niet zeker).

Het moet aan deze sfeer van kleine wetenschappelijke opwinding hebben gelegen dat de twee alarmistische stukken van Jonathan Overpeck (University of Arizona) en Bette Otto-Bliesner (National Center for Atmospheric Research, NCAR), beiden co-auteur in elkaars stukken, zo pontificaal in Science terecht kwamen. De auteurs gebruikten hetzelfde geavanceerde klimaatmodel (het CCSM-2 model van NCAR) voor reconstructie en analyse van het klimaat en de ijstoestand in het laatste interglaciaal (tussenijstijd). In het bijzonder onderzochten zij de periode 130.000 tot 118.000 jaar geleden toen de zeespiegel, net als in het huidige interglaciaal, een extreme hoogte had bereikt. Er zijn aanwijzingen - geen bewijzen - dat de zee toen nog 4 à 6 meter (of zelfs méér) hoger stond dan nu. Waar kwam dat extra water vandaan, hoe snel kwam het en kan het vandaag weer komen? Dat wilde Overpeck weten.

Hij gebruikte de resultaten van Otto-Bliesner die in het stuk waarvan zij eerste auteur is vooral uitweidt over het succes van de klimaatreconstructie (die natuurlijk op een zware computerberekening steunt). Het bijzondere van de studie was dat er ook een driedimensionaal model voor de reactie van ijskappen op warmtestromen aan was toegevoegd. Verder moest uitdrukkelijk rekening worden gehouden met de grote invloed van veranderingen in de aardbaan en de stand van de aardas op de warmtehuishouding van de aarde. Ze zijn door Milankovic in 1930 als de oorzaken van het komen en gaan van ijstijden beschreven. Rond 130.000 tot 127.000 jaar geleden ontving het noordelijk halfrond ongewoon veel zonnestraling, vooral in voorjaar en vroege zomer. De Groenlandse ijskap blijkt zeer gevoelig voor vroege warmte.

tevreden

Otto-Bliesner is tevreden over haar klimaatreconstructie. Het model genereerde temperaturen en andere waarden die redelijk overeenkomen met het (weinige) dat uit die tijd bekend is van onderzoek aan boorkernen uit het ijs. In het bijzonder is Otto-Bliesner tevreden over de uitkomst van het driedimensionale ijskapmodel. Het model liet zien hoe de ijskap op Groenland zich binnen drie millennia terugtrok tot een relatief kleine steile ijsbult ( a steep ice dome) in het centrum van Groenland. Dat komt schitterend overeen met de reconstructie die de onderzoekers Cuffey en Marshall op heel andere gronden eerder maakten in Nature (6 april 2000). Let wel: de conclusie is dus dat grote oppervlakten van Groenland in die hoogtijdagen geheel ijsvrij waren. Lang niet alle onderzoekers gaan hier voetstoots van uit (ook Oerlemans niet).

En passant heeft Otto-Bliesner c.s. onderzocht of de grote hoeveelheid zoet smeltwater die Groenland kennelijk in zee heeft gestort het driedimensionale stelsel van zeestromingen (de thermo-haliene circulatie) in de Atlantische Oceaan kan hebben stilgelegd. Dat blijkt niet geval. In het ergste geval zou hij 25 procent kunnen afzwakken, is haar oordeel (na een tamelijk lukrake exercitie).

zes meter

Van wezenlijk belang is haar conclusie dat het smelten van de Groenlandse ijskap de zeeën wel veel, maar nooit meer dan zo'n drie meter kan hebben doen stijgen. Dat is het uitgangspunt geworden voor de exercitie van Overpeck. Want als de zeeën in werkelijkheid wel 4 tot 6 meter (of zelfs meer) zijn gestegen, dan moet ook Antarctica voor een deel in zee zijn gevallen. Om preciezer te zijn: West-Antarctica, want dat wordt al sinds 1978 als heel labiel beschouwd. Overpeck noemt zegge en schrijve twee artikelen die hem steunen in zijn vermoeden. Daarna staat hij nog voor de taak om uit te leggen waaròm West-Antarctica volgens hem destijds uiteenviel en in zee gleed. Want het zuidelijk halfrond was toen, volgens het klimaatmodel, niet bijzonder opgewarmd. Eigenlijk komt hij er niet uit. Hij vermoedt dat de zeespiegelrijzing die Groenland opwekte iets deed knappen aan de zuidpool en anders moet het wel aan veranderde zeestromingen hebben gelegen.

Onnavolgbaar zijn de soepele passages waarin hij probeert aan te tonen dat ons al binnen een eeuw een zeespiegelrijzing van centimeters per jaar te wachten staat, louter omdat het rond 2100 warmer zal zijn dan in een periode ná de ijstijd (14.000 tot 7.000 jaar geleden) waarin de zee ook zo snel steeg. Alsof de ijstoestand, de Milankovic-parameters, de atmosferische samenstelling en de vegetatiezones nu niet heel anders zijn dan toen. En alsof collega Otto-Bliesner niet net had aangetoond dat Groenland er 3.000 jaar voor nodig had om de zee 3 meter te doen stijgen: 1 millimeter per jaar. Het werd mij ook niet helemaal helder', zegt Oerlemans voorzichtig.

Zoveel staat vast: het gaat niet goed met de grote ijskappen. Ze verliezen ijs, ze rommelen meer dan vroeger, de gletsjers versnellen en de platen voor de kust breken op. Het zeeijs trekt zich terug en het zeeniveau stijgt steeds sneller. Maar de catastrofe van Jonathan Overpeck is nog ver buiten beeld.