IJskoude onzekerheden

Klimaatwetenschap Niemand kan de toekomst van het noordpoolzee-ijs voorspellen, maar het smelt razendsnel.

Karel Knip

Rond de noordpool zijn geen ijsbrekers meer te huur. Geen ijsbrekers en geen andere ijsversterkte schepen. Op wat nog beschikbaar is wordt onmiddellijk beslag gelegd door marien geologen die proberen de voorraden olie en gas onder de bodem van de Noordelijke IJszee in kaart te brengen. Door nood gedwongen wagen de overige wetenschappers zich tegenwoordig met hun onversterkte onderzoeksschepen in het gebied. Hun problemen werden vorige week breed uitgemeten in Nature, dat 14 redactionele pagina’s wijdde aan de ontwikkelingen rond de pool. ‘After the ice.’

Maar je kúnt ook met onversterkte schepen de IJszee in, noteerde het blad uit de mond van een verblufte onderzoeker die net terugkeerde uit de Beaufortzee. “Een paar jaar geleden liepen we hier nog vast in het ijs, nu kwamen we bijna niets meer tegen.”

Na de beruchte zomer van 2007, toen een ongekend en tot op heden ongeëvenaard ijsverlies optrad, was het vreemd stil geworden rond de arctische ijsontwikkelingen. Dramatische voorspellingen uit dat jaar (al binnen zes, nee, vijf jaar kon de IJszee ’s zomers ijsvrij zijn) werden niet herhaald. Zelfs leek, zoals de grafiek rechtsonder laat zien, in de jaren na 2007 weer een herstel van het ijs op te treden.

Dat is nu voorbij. In de afgelopen zomer zakte de arctische ijsbedekking tot tegen het record van 2007, er bleef niet meer dan 4,7 miljoen km2 ijsbedekte zee over. Het staat in detail beschreven op de site van de Amerikaanse National Snow and Ice Data Center (nsidc.org). Weer lagen de noordwestelijke en noordoostelijke doorvaart open. Het ijsverlies (zoals gemeten in september, als de ijsbedekking op zijn laagst is) staat nu op 12 procent per decennium; in 2007 was het nog 10 procent. Nog schokkender is de teloorgang van het meerjarige, dikke ijs. Tegenwoordig bestaat meer dan de helft van het ijsareaal uit dun eerstejaars ijs. Dertig jaar geleden was dat nog maar 20 procent. Van het alleroudste zee-ijs is alleen nog een smalle strook over langs de Canadese noordkust. Het zijn dramatische ontwikkelingen die zich, geologisch gezien, in razend tempo voltrekken. En het gaat steeds harder.

Gaat het echt steeds harder? Dat is op dit moment de grote vraag. En: als het ijs helemáál gaat, als het ijs in een kwade zomer totaal verdwijnt, komt het dan ooit nog terug, of bestaat er zoiets als een tipping point, een omslagpunt waarna geen herstel meer mogelijk is? Dat is ook een vraag.

Wereldwijde opwarming

De kwesties komen aan de orde in een recent overzichtsartikel in Oceanography van de Amerikaanse geofysicus Donald Perovich (september 2011, op internet). Het is een leesbare actualisering van het laatste IPCC-rapport dat alweer bijna vijf jaar oud is. Het antwoord op de vragen is niet alleen van belang voor de toekomstige delfstoffenwinning, voor het pooltoerisme en het zeetransport tussen Europa en Oost-Azië, maar ook en vooral voor de klimaatverandering verder op aarde, want de invloed van het zee-ijs is groot. Het ijsverlies kan de mondiale opwarming versterken (zie kader). Via het vrijkomende zeeoppervlak kunnen de oceanen misschien extra CO2 opnemen (maar waarschijnlijk niet, schreef Science op 30 juli 2010). Als het smelten van het zee-ijs de overhand krijgt over het aanvriezen, kan een verzoeting van de IJszee optreden die van invloed zal zijn op het soort oceaanstromingen dat door dichtheidsverschillen gedreven worden (de ‘thermohaliene cyclus’).

Het probleem is dat niemand de toekomst van het zee-ijs met enige zekerheid kan voorspellen. Het poolgebied is moeilijk te modelleren omdat er zoveel processen op elkaar inwerken. En de rekenuitkomsten van de klimaatmodellen kunnen voor wat betreft het noordpoolgebied niet op hun juistheid worden getoetst omdat er in het verleden maar mondjesmaat meteorologische waarnemingen zijn verricht. Weinigen zagen nut in het meten van temperatuur en sneeuwval.

De pijnlijke waarheid is dat het zee-ijs rond de noordpool ruim twee keer zo snel verdwijnt als de modellen begrijpelijk kunnen maken. Voor zover ze er al in slagen de ligging van het zee-ijs uit historische gegevens te ‘voorspellen’ (in feite komen ze 1 miljoen km2 te hoog uit), schieten ze ook nog volkomen tekort in de beschrijving van de dikte van het ijs. De feitelijke diktevermindering is nu 16,5 procent per decennium, schrijft de Franse glacioloog Pierre Rampal in de Journal of Geophysical Research (29 september 2011). Dat is bijna vier keer zo snel als de klimaatmodellen voorspellen.

Het belangrijkste nieuwe inzicht sinds het verschijnen van het laatste IPCC-rapport is dat de klimaatmodellen voor het poolgebied geen ‘excellente modellen’ zijn (zoals het in 2007 nog heette), maar modellen met onacceptabele tekortkomingen. In het wetenschappelijk debat wordt daar steeds minder omheen gedraaid, want wie de polen niet goed modelleren kan, kan ook de klimaatverandering elders op aarde niet betrouwbaar voorspellen.

Jarenlange ijsverzwakking

Waar zit het gebrek? De invloeden die op het ijs werkzaam zijn, worden onderscheiden in dynamische (of ‘mechanische’) en thermodynamische krachten. Onder de eerste vallen de krachten die het ijs in beweging brengen, dus zeestromingen en wind, en atmosferische drukverschillen die wind veroorzaken. De thermodynamische krachten zijn van invloed op smelten en aanvriezen. Te denken valt aan het weerkaatsend vermogen van het ijs, aan de toestroming (‘advectie’) van warm water of warme lucht en aan- of afwezigheid van bewolking.

Veel van deze krachten werkten in gelijke, ongunstige zin samen toen in 2007 dat ongekende ijsverlies optrad. Perovich noemt die gebeurtenis, die zich vooral aan de kant van Alaska en Oost-Siberië manifesteerde, dan ook de perfect storm. Hij somt de invloeden op. Aan het ijsverlies ging een jarenlange ijsverzwakking vooraf waarbij sterk oud ijs geleidelijk werd vervangen door jong zwak ijs. Toen trad toestroming op van warm water uit de Stille Oceaan door de Beringstraat. Het smeltende en verdwijnende ijs verhoogde de absorptie van zonnewarmte in het gebied (‘ijs-albedo-effect’). Later stelde zich een atmosferische luchtdrukverdeling in die een wind in stand hield die veel ijs uit het poolgebied afvoerde door de Framstraat (het grote ventilatiegat tussen Spitsbergen en Groenland) naar de Atlantische Oceaan. Dezelfde drukverdeling voerde veel warme lucht aan naar de pool uit gebieden boven de Stille Oceaan. De finishing touch kwam van afnemende bewolking boven het westelijk deel van de IJszee, waardoor meer zonnewarmte werd ingestraald dan in andere jaren.

De gevolgen zijn bekend, maar niemand weet hoe groot de kans op herhaling is. Ergens tussen de opgesomde invloeden schuilen invloeden die de klimaatonderzoekers nog slecht modelleren. Volgens het IPCC-rapport van 2007 zit het hem vooral in de wind op hoge geografische breedte, in de vertikale en horizontale menging van oceaanwater en in de warmteuitwisseling tussen de atmosfeer en het ijs- en zeeoppervlak. De zojuist genoemde Pierre Rampal, inmiddels werkzaam op het MIT in Boston, vestigde twee weken geleden de aandacht op een heel ander punt: als de modellen de ijsdikte volkomen verkeerd voorspellen, voorspellen ze ook de beweeglijkheid en de snelheid van het ijs volkomen verkeerd, schrijft hij. Want jong dun ijs is veel beweeglijker dan oud, dik ijs. Jong ijs is minder sterk, valt sneller uiteen en laat zich, uiteengevallen, makkelijker verdunnen. In lage concentraties komt het niet gauw tot stuwing. Het reageert snel op wind en kan dan snel door de Framstraat worden afgevoerd. Maar de gangbare ijsmodellen laten, zag Rampal, juist geconcentreerd dik ijs heel snel stromen.

Rampal ontdekte in verdere analyse welke primitieve, en onjuiste, schema’s de modellen gebruiken voor de ijsreologie, dat is de beschrijving van het stromingsgedrag van het ijs. Wat meer is: als hij de onjuiste aannames min of meer handmatig corrigeerde, kreeg hij modeluitkomsten die veel dichter bij de feitelijke waarnemingen lagen.

Geen ‘tipping point’

De analyse van Rampal is nog te jong om het gezag ervan te kunnen taxeren en onduidelijk is of zij nog van invloed kan zijn op het tipping point-debat dat nu juist afgelopen jaar beslecht leek. In december 2006 voorspelde Marika Holland van het National Center for Atmospheric Research in Colorado in de Geophysical Research Letters dat de gestage teruggang van de zee-ijsbedekking rond de noordpool door het ijs-albedo-effect vroeg of laat in een fatale versnelling zou raken. Dat had zij uit een modelstudie afgeleid. Toen het jaar erop dat zware ijsverlies optrad, leek haar gelijk bevestigd en steeg de commotie naar grote hoogte. De angel in Hollands voorspelling school in de zogenoemde ‘hysterese’: als het ijs eenmaal verdwenen was zou het met geen mogelijkheid meer zijn terug te krijgen, want daarvoor bleef de ijsvrije IJszee teveel zonnewarmte absorberen. Dit is het tipping point.

Inmiddels is een reeks van modelstudies gepubliceerd waaruit kan worden afgeleid dat er géén tipping point bestaat. Het ijs kan en zál volgens deze modellen tussen 2030 en 2070 wel degelijk volkomen verdwijnen – dat wil zeggen: tijdens de zomermaanden – maar het kan altijd weer terugkeren als de mens de uitstoot van broeikasgassen voldoend heeft getemperd. Steffen Tietsche uit Hamburg liet in januari 2011 in Geo-physical Research Letters zien dat de ’s zomers opgeslagen warmte in de poolwinter altijd weer voldoende kan worden afgevoerd, juist omdat er geen ijslaag is. De atmosfeer boven de pool zal er voldoende van opwarmen om toestroming van warme lucht uit zuidelijker streken te blokkeren. Zo kan toch weer ijs ontstaan. Andere modelstudies hebben zijn conclusies bevestigd.

Dat er bij nader inzien geen tipping point bestaat is als uitzonderlijk goed nieuws opgevat door politici en natuurvrienden en zelfs door Nature (16 december 2010: ‘The prospects for polar bears’). Dat dit niet verhindert dat het zee-ijs ’s zomers volkomen verdwijnt, wil kennelijk niet goed doordringen.