Antarctica smelt sprongsgewijs

Klimaat Als het smelten van het zuidpoolijs eenmaal is begonnen, is dit proces nauwelijks meer te stoppen.

Antarctica
Antarctica Foto Michael Studinger

De ijskap op Antarctica zal in een opwarmende wereld niet gelijkmatig smelten, maar met sprongen. Dat concludeert een groep wetenschappers op basis van computersimulaties. Hun resultaten zijn deze woensdag gepubliceerd in Nature.

Bij de eerste sprong zal het westelijk deel van die ijskap (de West Antarctic Ice Sheet, WAIS) versneld afsmelten. In hun simulatie voltrekt die sprong zich bij een opwarming van 2 graden Celsius – sinds de pre-industriële tijd is de gemiddelde temperatuur op aarde 1,1 °C gestegen.

Als dit proces is begonnen, is het nauwelijks nog omkeerbaar. De zeespiegel kan er wereldwijd met gemiddeld 3,5 meter extra door stijgen. Hoe snel dat gaat hangt af van de hoeveelheid broeikasgassen die de mens nog uitstoot. Wetenschappers schatten nu dat het tussen de vijfhonderd en ruim duizend jaar duurt.

In een opwarmende wereld zullen de ijskappen op Groenland en Antarctica krimpen, en hun aandeel in de zeespiegelstijging zal toenemen. Maar hoe snel dat gaat, en via welke processen, daarover bestaat grote onzekerheid. Terwijl het dramatische gevolgen kan hebben – het compleet wegsmelten van de ijskappen op Groenland en Antarctica zou de zeespiegel over een periode van waarschijnlijk duizenden jaren met respectievelijk 7 en 58 meter verhogen.

In hun onderzoek simuleren de wetenschappers de reactie van de Antarctische ijskap op een gestage temperatuurverandering. Ze lieten de temperatuur oplopen met stapjes van eentienduizendste dan wel eenduizendste graad Celsius per jaar, tot het 10 °C warmer was dan pre-industrieel. Bij die opwarming verdween de ijskap helemaal. Daarna lieten ze de temperatuur, in hetzelfde tempo, weer afnemen.

De ijskap reageert niet gelijkmatig, zo blijkt uit de simulatie. Er treden twee sprongen op die niet lineair verlopen. Bij een opwarming van circa 2 °C versnelt het smelten van de West-Antarctische ijskap. Dit komt vooral doordat opwarmend oceaanwater de in zee eindigende gletsjertongen verdunt. De tongen, die normaal fungeren als een rem op het afstromen van de gletsjers, bieden steeds minder weerstand. Op een gegeven moment stromen de gletsjers versneld de zee in.

Tussen de 6 en 9 °C opwarming krimpt de – veel grotere – Oost-Antarctische ijskap versneld. Hier ligt een ander mechanisme aan ten grondslag. Naarmate het warmer wordt zal het boven op de 3 tot 4 kilometer hoge, meestal bevroren ijskap steeds vaker dooien. De top van de ijskap zakt daardoor, en komt in lagere, warmere luchtlagen terecht, waardoor het ijs nog vaker smelt.

Systeem in twee toestanden

De onderzoekers laten met hun simulatie ook zien dat de Antarctische ijskap gedrag vertoont dat ze beschrijven als hysterese. Een systeem kan daarbij in twee toestanden verkeren, en afhankelijk van de toestand reageert het anders op invloeden van buitenaf. In het geval van de ijskap betekent het dat als hij bijvoorbeeld zijn eerste sprong heeft gemaakt, er extra veel ‘moeite’ nodig is om hem weer in zijn toestand van voor die sprong te krijgen. Volgens de berekeningen krijgt de ijskap zijn pre-industriële volume pas terug als de gemiddelde temperatuur op aarde is gedaald tot 3 °C ónder het pre-industriële niveau.

„Dit is een diepgaande conclusie”, reageert hoogleraar Christina Hulbe van University of Otago in Nieuw-Zeeland, die de dynamiek van ijskappen bestudeert en niet bij het onderzoek betrokken was. „Als de temperatuur een kritische grens passeert kun je niet via dezelfde weg terug om de voormalige ijskap terug te krijgen.” Het wijst, zo schrijft ze in een e-mail, op de immense implicaties van de opwarming die de mens veroorzaakt.

Volgens Michiel van den Broeke, hoogleraar polaire meteorologie aan de Universiteit Utrecht, en ook niet bij de studie betrokken, biedt het nu gepubliceerde onderzoek een „waardevolle bijdrage” aan het inzicht in de Antarctische ijskap. Volgens hem zijn de computermodellen die de ijskapdynamiek simuleren sterk verbeterd. „Ze lijken aardig op wat we zien.”

Toch nemen de modellen nog steeds niet álle invloeden en terugkoppelingen mee. „Het zijn nog steeds geïdealiseerde modellen”, zegt Van den Broeke. Hij benadrukt dat de temperatuurstijging in de simulatie veel langzamer gaat dan in de werkelijkheid, waar de stijging tot nu toe ruim een graad per honderd jaar bedraagt – tien tot honderd keer sneller dan in de simulatie. „Dat maakt het per definitie lastig om de gemodelleerde opwarming te vergelijken met wat we in werkelijkheid meten en voor de komende honderd jaar voorspellen.”

Instabiliteit van de ijskap

Dat zegt ook hoogleraar fysische oceanografie Sybren Drijfhout, verbonden aan het KNMI en aan de Universiteit van Southampton. „Ten opzichte van de simulatie kan het in de werkelijkheid twee kanten op: de sprongen die de ijskap maakt doen zich sneller of langzamer voor”, zegt hij. Drijfhout denkt dat eerste. „Omdat het model een aantal processen niet meeneemt waarvan we weten dat die de instabiliteit van de ijskap versnellen.”

Dat is ook in lijn met het zogeheten 1,5-graden-rapport (2018) van het IPCC, het klimaatpanel van de Verenigde Naties. Het stelt dat de instabiliteit van de Antarctische ijskap „getriggerd zou kunnen worden” bij een opwarming tussen de 1,5 tot 2 °C.

In een ander rapport, dat vorig jaar verscheen, heeft het IPCC haar prognose van de zeespiegelstijging voor het eind van deze eeuw naar boven bijgesteld, van 74 (de prognose in 2013) naar 84 centimeter, bij een scenario van toenemende uitstoot van broeikasgassen. Sommigen zien die toename als een teken dat de eerste sprong – het versneld smelten van de WAIS – al is ingezet. Daar is nog veel discussie over, zeggen Van den Broeke en Drijfhout.