De oceaan is geen badkuip
Jerry Mitrovica is hoogleraar geofysica aan de Havard Universiteit in de VS. Daar denkt hij ook na over de wisselwerking tussen de oceaan en het ijs. In de afgelopen twee miljoen jaar was die wisselwerking intensief. Op het ene moment werd er water aan de zee onttrokken, waardoor de zeespiegel daalde en er enorme ijskappen ontstonden. We zijn dan weer in een ijstijd beland. Met een zekere regelmaat smolt het ijs weer af, steeg de zeespiegel en belandden we in een warmere tussenijstijd of interglaciaal. Wij leven nu, met ruim zeven miljard mensen, in de laatste tussenijstijd, die de geologen het Holoceen noemen.
Jerry neemt je in zijn colleges, die op YouTube zijn te vinden, in gedachten mee naar Groenland. Stel je voor, zegt hij, dat je aan de kust van Groenland zit terwijl de ijskap op een catastrofale manier wegsmelt. Toch duurt dat, volgens hem, wel even; tenminste een paar eeuwen. Dus voor het gemak zit je in een tijdmachine. Het is algemeen bekend, dat het afsmelten van de Groenlandse ijskap tot een zeespiegelstijging van ruim zeven meter zal leiden. Dus verwacht je, dat het achter je wegstromende water van de smeltende ijskap, je natte voeten gaat bezorgen. Dat, terwijl de grote metropolen aan de laaggelegen kusten in verre landen ook worstelen om hun hoofd boven water te houden.
Maar daar aan de kust van Groenland gebeurt iets onverwachts. De zee trekt zich terug. De zeespiegel daalt met honderd meter in plaats van, zoals verwacht, ruim zeven meter te stijgen. Geen natte voeten dus. Hoe kan dat?
Het antwoord op die vraag heeft te maken met het feit dat de oceaan geen badkuip is. Het oceaanoppervlak laat heuvels en dalen zien. Die heuvels en dalen van water zien we niet, omdat de hellingen ervan niet stijl zijn. Ook is het een uitermate dynamisch oppervlak dat sterk reageert op de erbovenliggende atmosfeer, de ‘oceaan’ van lucht.
Het oceaanoppervlak
Dat het zeeoppervlak er nog al woest kan uitzien, dat weten we al eeuwenlang. Stormen die op de kust beuken, monstergolven die onverwachts schepen meesleuren in de diepte en enorme draaikolken die als warme of koude ‘tollen’ de oceaan oversteken. Ze zijn er allemaal. En niet alleen maar aan het oppervlak. De onderwaterwereld zit ook vol verassingen. Zo kunnen er onder andere bij de Straat van Gibraltar, onderwatergolven en draaikolken ontstaan door het verschil in wrijvingen tussen het koude, instromende water uit de Atlantische Oceaan en het warme, uitstromende water uit de Middellandse Zee. Op een diepte van duizend meter bewegen deze tollen zich door de zee. Aan het oppervlak ervan veroorzaken ze heuveltjes die met satellieten zijn te zien en te volgen.

Kaart van de verschillen tussen de zeespiegelstijging van eind 2009 tot eind 2012.In de rode gebieden is de zeespiegelstijging het groots; in de blauwe gebieden daalt de zeespiegel.
Sinds januari 1993 wordt het zeeoppervlak nauwkeurig in de gaten gehouden door satellieten als Topex/Poseidon, Jason-1, de OMST/Jason- 2, Envisat, ERS-1 en ERS-2 en GOCE, de eerste, in 2009 gelanceerde, zwaartekracht-satelliet van de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA). GOCE staat voor Gravity Field and Steady State Ocean Circulation Explorer. Het is een fantastisch, hightech precisie-instrument waarmee, onder andere, nieuwe gegevens worden verzameld over de oceaanstromingen, de inwendige eigenschappen van de aarde en zeespiegelveranderingen. Door deze satellietmetingen weten we dat de gemiddelde mondiale zeespiegelstijging (GMSL) nu 3,3 millimeter per jaar is. Dat is vijftig procent meer dan het gemiddelde van 2,2 mm per jaar, in de twintigste eeuw.
De hellingen van de heuvels en dalen in het water-landschap zijn zo gering dat wij ze niet zien als we er over varen. Onder invloed van de CO2-vervuiling door de menselijke activiteiten begint dit landschap echter te veranderen. Immers door het warmere klimaat beginnen de grote ijskappen op aarde af te smelten. Hierdoor stijgt de zeespiegel, zoals de satellietmetingen laten zien. Maar dat is niet het hele verhaal. Getijmeters, waarmee al sinds het einde van de negentiende eeuw de waterstand wordt gemeten, laten echter grote regionale verschillen zien. Zo is de gemiddelde zeespiegelstijging in Europa, 1,5 mm per jaar. Dat is heel wat minder dan het gemiddelde over de twintigste eeuw. Dit verschil wordt het Europese probleem genoemd. De oorzaak? Het afsmelten van de Groenlandse ijskap.
Eigenlijk is het verwarrend om over een gemiddelde, mondiale zeespiegelstijging te spreken. De oceaan is hiervoor te complex en de reactie ervan op de wisselwerking oceaan-ijskappen is ook ingewikkeld. Het zijn geen communicerende vaten, waarbij water domweg van de oceaan op het land wordt opgeslagen of juist andersom. Het blijkt dat de opslag van zeewater in een ijskap het omringende oceaanwater aantrekt. Hierdoor wordt de zeespiegel daar hoger. Op een andere schaal lijkt dit op de aantrekkingskracht van de Maan op de Aarde, waardoor de getijden ontstaan en waardoor de rotatiesnelheid van de aarde heel langzaam afneemt.
Vingerafdrukken
Tot tien jaar geleden overheerste het idee dat de oceaan op een badkuip lijkt, de discussie over de zeespiegelstijging door klimaatverandering. Het feit dat er zulke grote verschillen waren tussen de reeksen getijmetingen was een eldorado voor de klimaatsceptici. Voor Jerry Mitrovica was het, zoals hij zo laconiek tijdens zijn lezingen zegt, een reden om eens rustig te gaan zitten nadenken. En dat bracht hem op het idee dat er bij het ontstaan van ijskappen uit het oceaanwater eigenlijk drie belangrijk aspecten zijn.
Een geologische, waarbij de ondergrond waarop de ijskap zich vormt, door isostatische bewegingen het extragewicht van de ijskap compenseert. Het gevolg is dat het land onder de ijskap soms wel honderden meters daalt en de bodem er omheen juist omhoog komt. Verdwijnt de ijskap dan gebeurt het omgekeerde. Het gevolg is dat zeventiende eeuwse vissershaventjes aan de Botnische golf in Zweden nu meters boven de zee liggen.
Daarnaast oefent de ijskap een aantrekkingskracht op het zeewater uit, waardoor er zich rondom de ijskap juist meer water verzamelt. Hier is de zeespiegel dus hoger. Verdwijnt de ijskap dan verdwijnt het effect en daalt de zeespiegel juist veel meer dan men tot toen toe verwachtte. Tot slot is een ijskap van invloed op de positie van de draaiingsas van de aarde. Dat heeft vervolgens weer een effect op de verdeling van het zeewater langs de evenaar. Dit verschijnsel is te vergelijken met het al dan niet plaatsen van een gewicht op de rand van een wiel om het uit te balanceren. Door het gewichtje wordt de balans ervan veranderd.
Dit alles maakt dat bij het afsmelten van een ijskap of een deel ervan, de zeespiegel niet overal evenveel stijgt zoals dat in een badkuip zou gebeuren. Met behulp van computermodellen berekende Jerry Mitrovica wat de gevolgen voor de zeespiegelstijging zouden zijn als de Groenlandse ijskap of die van West-Antarctica zou smelten.
Dat leverde een sterk verschillend beeld op. Omdat klimaatverandering beide ijskappen zal doen afsmelten wordt het eindresultaat ingewikkeld en (nog) moeilijk voorspelbaar. De algemene conclusie is dat de zeespiegel in de buurt van de ijskap daalt, tot wel honderd meter, en dat die juist extra stijgt in gebieden die ver van de ijskap zijn verwijderd. De kaartjes waarop deze gevolgen voor de zeespiegel zijn te zien, noemt men de vingerafdruk van een ijskap.
IJskappen Groenland en West-Antarctica smelten
Dat de Groenlandse ijskap afsmelt is wel zeker. De manier waarop dat gebeurt, zorgt regelmatig voor vette krantenkoppen. Eigenlijk is het Arctisch gebied een laboratorium geworden van de snelle door de mens veroorzaakte (klimaat)veranderingen met mondiale gevolgen. Op dit moment is de Groenlandse ijskap de enige op het Noordelijke Halfrond. Dat was tijdens de laatste IJstijd wel even anders. Toen lagen er ook enorme ijskappen op Schotland, de Barentszzee, Scandinavië en Siberië, Noord-Amerika.

De Groenlandse ijskap trekt water naar zich toe. Hierdoor is de zeespiegel rondom de ijskap hoger. Smelt de ijskap dan wordt niet alleen water aan de oceaan toegevoegd, maar verdwijnt ook de aantrekkingskracht van de ijskap. Hierdoor zal de zeespiegel tot een afstand van 2.000 kilometer dalen (donker blauwe gebieden) in plaats van te stijgen. Die daling moet ergens anders worden gecompenseerd (licht tot donkergele gebieden). Voor Nederland en Vlaanderen is dit goed nieuws. Hier blijft deze zeespiegelstijging beperkt tot ongeveer twee meter.
Wat de West-Antarctische ijskap betreft is de situatie juist andersom. De kleurencode geeft ook in dit geval de afwijking aan ten opzichte van de mondiale, zeespiegelstijging van drie tot zes meter. Hieruit blijkt dat de grootste zeespiegelstijging als gevolg van het afsmelten van dit ijs juist wel van belang is voor de West-Europese landen. Dit is geen goed nieuws voor Nederland en Vlaanderen. Voor Washington DC is het echter zeer slecht nieuws omdat daar de zeespiegel juist extra zal stijgen. Met als gevolg dat het Witte Huis in zee verdwijnt.
Er is echter een groot verschil tussen beide ijskappen. Die van Groenland ligt op het land en kan dus alleen afsmelten door de warmte in de atmosfeer. Het West-Antarctische ijs ligt echter op een archipel. En dat kan een wereld van verschil zijn. Dit ijs kan immers zowel door het warmere zeewater als door de warme atmosfeer versneld afsmelten. Of en hoe dat gebeurt, is nog niet duidelijk. Vergelijkingen met de situaties uit de vorige warme tussenijstijd helpen hier ook niet veel. Hoewel de algemene temperatuur toen 1 tot 2oC hoger was (een niveau dat wij in het midden van deze eeuw ook zullen bereiken) dan nu, is de door de mens veroorzaakte opwarming veel sneller dan die van toen.
Oude vingerafdrukken vertellen…
Het onderzoek van de vingerafdrukken van oude, verdwenen ijskappen, zoals die slechts 25.000 jaar geleden op het Noord-Amerikaanse continent en op Scandinavië en Siberië voorkwamen is nog maar net begonnen. Hoewel de natuurkunde ervan, volgens Jerry Mitrovica slechts “Newton onder de appelboom” is, zijn de conclusies belangrijk voor de toekomst. Aan de ene kant laat dit nieuwe onderzoek zien, hoe weinig we eigenlijk weten over het systeem oceaan. Aan de andere kant zijn er veel nieuwe uitdagingen.
Ook laat het zien dat wetenschap leuk, maar complex is. Immers de waarnemingen van getijmeters gaven een ander verhaal, althans dat dacht men, dan de waarnemingen met satellieten. En toch blijkt dat niet zo te zijn. Die conclusie zat teveel tussen onze oren. We gingen teveel uit van het idee van ‘de oceaan als een badkuip’. Het probleem van het verschil in informatie van de getijmeters en de mondiale waarnemingen is volgens Jerry Mitrovica, dat men de zwaartekracht binnen het systeem oceaan was vergeten. De oceaan is geen badkuip. De oceaan is een vierdimensionale ruimte, waarbij de tijd de vierde dimensie is. De oceaan is een oceanische ruimte, een systeem binnen het Systeem Aarde.
Geschreven in Wetenschap | 0 Reacties | Vaste link | Afdrukken









































