Antarctica: ijsgroei of ijsafname?

Door: Dr. Jan Wuite, Enveo, Innsbruck

Volgens een nieuw verschenen studie van NASA-wetenschapper Jay Zwally in het Journal of Glaciology, afgelopen week breed uitgemeten in de media, nam het landijs op Antarctica over de periode 2003-2008 toe met 82 gigaton per jaar. Antarctica zou niet bijdragen aan de zeespiegelstijging maar deze zelfs matigen met zo’n 0,23 mm per jaar. De studie oogstte direct veel kritiek van andere vooraanstaande wetenschappers in het vakgebied. Er zijn immers veel aanwijzingen dat het landijs op Antarctica juist afneemt en dat dat bovendien wel eens een onomkeerbaar proces zou kunnen zijn. Hoe past deze nieuwe studie in dat plaatje, wat betekent het voor de te verwachten zeespiegelstijging en kloppen deze getallen eigenlijk wel? Glacioloog en poolwetenschapper Jan Wuite, werkzaam bij Enveo te Innsbruck en betrokken bij diverse internationale onderzoeken over Antarctica, licht toe.

Eén van de nadelige gevolgen van de klimaatverandering is de mondiale zeespiegelstijging. Op het moment stijgt deze gemiddeld met ruim 3 mm per jaar, dat is twee maal zo snel als gedurende de vorige eeuw. De verwachtingen zijn dat tegen het eind van deze eeuw de zeespiegel met minimaal zo’n 70 cm zal zijn gestegen. De hoofdoorzaken hiervan zijn duidelijk: de wereldwijde afname van landijs (berggletsjers en ijskappen) in combinatie met de uitzetting van zeewater als gevolg van de opwarming. Ter verduidelijking: landijs ligt op land en kan kilometers dik zijn. Dit in tegenstelling tot seizoensgebonden zeeijs (vnl. bevroren zeewater) dat typisch slechts enkele meters dik is en geen directe invloed heeft op de zeespiegel. Diverse studies hebben in de afgelopen jaren laten zien dat de bijdrage van de twee grootste ijskappen op aarde, Groenland en Antarctica, aan de zeespiegelstijging steeds dominanter aan het worden is. De grootste onzekerheid over de te verwachten stijging in de toekomst wordt veroorzaakt door onzekerheid over de bijdrage van Antarctica. Het is mogelijk dat deze door extra sneeuwval – warmere lucht kan meer vocht bevatten – wordt beperkt. Het is ook mogelijk dat het ijs juist steeds sneller naar de oceanen wordt afgevoerd.

Er is veel ijs in Antarctica, op sommige plaatsen is het ijs wel meer dan 4 km dik. De totale hoeveelheid ijs op het continent, wanneer het compleet zou smelten, is goed voor zo’n 58 m zeespiegelstijging wereldwijd. Zelfs wanneer slechts een klein deel hiervan zou smelten zou dat al grote gevolgen kunnen hebben voor laag gelegen gebieden, maar ook voor bijvoorbeeld de oceaan circulatie. Vandaar dat wetenschappers veel onderzoek doen naar massaverandering van de ijskap: de massa-balans.

Figuur 1. Een weergave van de voornaamste processen die een rol spelen bij de afname of aangroei van ijs op een ijskap. Bron: Zwally et al figuur 1.

Drie methodes

Allereerst, hoe meten wetenschappers eigenlijk deze veranderingen? Door de onherbergzaamheid en de enorme dimensies zijn satelliet gegevens de enige reële manier om veranderingen op Antarctica te meten. Deze metingen worden op kleinere schaal ondersteund en gevalideerd door onderzoeksvliegtuigen en sporadische veldgegevens. Er worden in principe drie onafhankelijke methodes gebruikt: satelliet altimetrie, satelliet gravimetrie en de zogenaamde input-output methode (IOM).

Bij IOM, zoals de naam doet vermoeden, worden schattingen van de hoeveelheid ijs die er netto als sneeuwval bijkomt – de zogenaamde surface mass balance – vergeleken met schattingen van de afvoer van ijs naar de oceanen. Die afvoer wordt bepaald door metingen van de snelheid van het ijs te combineren met dikte bepalingen. De relatief jonge gravimetrische methode meet direct veranderingen in de ijsmassa door zeer nauwkeurige veranderingen in het zwaartekrachtveld van de aarde te registreren. De altimetrische methode meet volume veranderingen door middel van herhaalde zeer nauwkeurige hoogtemetingen van het ijsoppervlak. Deze veranderingen kunnen vervolgens omgerekend worden naar massa door schattingen te maken van de dichtheid. De verschillende methodes hebben allen hun eigen sterke punten, maar ook tekortkomingen. De studie van Zwally en collega’s maakt uitsluitend gebruik van deze laatste zogenaamde volumetrische techniek.

IJsgroei

In zijn studie gebruikt Zwally gegevens van verschillende satellieten over twee verschillende periodes: de Europese radar satellieten ERS-1 en ERS-2 voor de periode 1992-2001 en de Amerikaanse ICESat laser satelliet voor de periode 2003-2008. De hoogte metingen worden gebruikt om kaarten te produceren die de hoogteverandering per jaar aangeven. Vervolgens moet gecorrigeerd worden voor hoogtevariaties die geen invloed hebben op de totale ijsmassa, zoals met name de mate van de zogenaamde firn-compactie (het compacter worden van de bovenste sneeuw- en ijslagen in de ijskap) en in mindere mate bewegingen van de aardkorst onder de ijskap. De hoogteverandering die dan overblijft wordt veroorzaakt door enerzijds korte termijn variaties in sneeuwval en anderzijds dynamische veranderingen van de ijskap. De laatste zijn gerelateerd aan de snelheid van ijsstromen richting de oceaan en weerspiegelen de langzame respons van de ijskap op veranderende omgevingsfactoren zoals klimaatverandering. Een cruciale stap is dan om de hoogteverandering om te rekenen naar massa. Hiervoor worden in deze studie meteorologische modellen gebruikt om het aandeel veroorzaakt door sneeuwvalvariaties te bepalen. Wat dan overblijft is in theorie het deel veroorzaakt door dynamische veranderingen van de ijskap.

De wetenschappers komen zo tot de verassende uitkomst dat gedurende de onderzoeksperiode (2003-2008) het steeds groter wordende verlies in de kustgebieden van West Antarctica en het Antarctisch Schiereiland volledig blijkt te worden opgeheven door ijsaangroei in het binnenland van West Antarctica en het veel grotere Oost Antarctica. Met andere worden volgens Zwally en collega’s neemt de totale ijsmassa van Antarctica eerder toe dan af en vangt deze toename een deel van de onafhankelijk waargenomen zeespiegelstijging op. Er wordt wel nog een kanttekening bijgeplaatst: zoals het er thans naar uit ziet zou dat binnen enkele decennia kunnen veranderen.

Scepsis

De kritiek op de studie van Zwally en collega’s is nochtans niet mals. Zo gaat dat in de wetenschap wanneer claims worden gemaakt die in tegenspraak zijn met wat het leeuwendeel van de overige studies en waarnemingen aantonen. Zo wordt bijvoorbeeld geopperd dat de gebruikte methode van volumemeting met ICESat over Antarctica niet nauwkeurig genoeg is om de betreffende conclusies te trekken. We praten namelijk over hoogte verschillen van slechts enkele centimeters, vanwege de enorme oppervlakte van Antarctica kunnen kleine fouten of verkeerde aannames zich al gauw vertalen in compleet andere uitkomsten. Om deze reden wordt in het algemeen meer waarde gehecht aan multi-disciplinaire studies waarin uitkomsten van verschillende methodes met elkaar worden vergeleken. Zo werd enkele jaren terug in het prestigieuze tijdschrift Science een groot onderzoek over het wel en wee van de ijskappen gepubliceerd waaraan veel onderzoeksgroepen deel namen, inclusief die van Zwally. In die studie werden schattingen van de ijsmassaverandering van de drie onafhankelijke methodes, zoals hierboven beschreven, met elkaar vergeleken en de conclusie was een duidelijke afname van het ijs op Antarctica. De lichte groei in Oost Antarctica, en met name Dronning Maud land sinds 2009, viel in het niet bij de afname in het overige deel. De consensus was een afname van 71 gigaton per jaar voor Antarctica als geheel. De onderzoeksperiode liep bovendien langer, namelijk van 1992 tot 2011.

Toch was er ook toen al een vrij grote spreiding in de schattingen voor met name Oost Antarctica, het devies luidde dan ook dat meer metingen gewenst waren zowel in ruimte als in de tijd. De in 2010 gelanceerde altimetrie satelliet CryoSat-2 voldeed hier aan en massabalansen die sinds die tijd zijn geschat met behulp van deze nieuwe altimetrie satelliet, maar ook door middel van satelliet gravimetrie, bevestigen het eerdere beeld van ijsafname in Antarctica, die bovendien ook nog sterker lijkt te worden. Zo laat CryoSat-2 volgens een vorig jaar gepubliceerde studie van McMillan en collega’s een ijsafname van 159 gigaton per jaar zien tussen 2010 en 2013. Het is opmerkelijk dat in deze nieuwe studie van Zwally alleen oudere data tot 2008 geanalyseerd worden en dat deze nieuw beschikbare data niet wordt meegenomen.

Figuur 2. Een overzicht van de massaverandering van Antarctica zoals gerapporteerd door diverse studies. Elke rechthoek geeft het tijdsinterval weer waarover een studie rapporteert, samen met de onzekerheid in de massaverandering. De bruine rechthoeken van de studie van Zwally et al. vallen buiten alle andere studies. Bron: Luke Trusel van Woods Hole Oceanographic Institution.

De verschenen studie staat vooralsnog op zichzelf in zijn claim van ijs aangroei voor Antarctica en is in tegenspraak met een breed scala aan andere studies, inclusief andere NASA-studies, die gebruik maakten van deels dezelfde data of van compleet onafhankelijke onderzoeksmethoden. Het moet dus in de eerste plaats nog maar blijken of de uitkomsten van deze studie overeind blijven na meer rigoureuze wetenschappelijke evaluatie. Daarnaast moet opgemerkt worden dat niet NASA een uitspraak doet zoals op vele websites te lezen is, maar dat een voormalig medewerker van NASA op persoonlijke titel een artikel gepubliceerd heeft.

Als de studie stand houdt, dan roept deze eigenlijk veel andere interessante vragen op, zoals waar komt het deel van de tot nu toe aan Antarctica toegeschreven zeespiegelstijging dan wel vandaan? Wellicht wordt het aandeel van andere oorzaken van zeespiegelstijging tot nu toe dan dus onderschat. In dat geval eindigen we misschien wel met juist meer stijging wanneer Antarctica in de toekomst mogelijk niet meer als buffer werkt zoals de studie van Zwally concludeert.

~

Meer info:
Persbericht Nasa over Zwally et al., opmerkelijk is de later toegevoegde “NOTE”.
RealClimate: “So what is really happening in Antarctica?”.
Uitleg Prof. Richard Alley over de studie van Zwally et al.
Blogs Klimaatverandering over Antarctica.

11 Reacties op “Antarctica: ijsgroei of ijsafname?

  1. Pieter Van der Loo

    Op Wuwt staat meestal onzin maar dit artikel fascineerde me omdat de gepresenteerde feiten me niet fout leken.
    http://wattsupwiththat.com/2015/10/23/polar-puzzle-now-includes-august-data/
    Bijna 37 jaar! geen opwarming op de zuidpool volgens satelietmetingen.
    Dat zou de studie van Zwally dan minder opmerkelijk maken.
    Of heb ik me niet goed laten voorlichten ?

  2. Beste Jan, helder stuk, bedankt. Zwally lijkt voorlopig niet meer dan een outlier.

    Thijs

  3. @Pieter van der Loo

    Normaliter krijg je bij WUWT óf een gekleurd verhaal óf een onvolledig verhaal en vaak ook alleen maar onzin. Dit keer ga ik voor onvolledig want die twee grafieken die je op WUWT ziet, kloppen volgens mij. Daarin zie je echter alléén satelliet-temperatuurdata en via de satellieten is het erg lastig om goede aaneengesloten temperatuur-tijdseries te maken, zoals o.a. door satellietdrift, uitfilteren afkoelende stratosfeer of instrumentopwarming. Daarnaast is de variatie van de satelliet-temperatuurdata groter dan bij de oppervlaktetemperaturen en dus is de onzekerheid groter waarmee een trend vastgesteld kan worden. Buiten de technische moeilijkheden gaan de satellietdata over de lagere troposfeer en daarvan ligt het zwaartepunt zo ergens tussen 2 en 4 km hoogte. Als laatste: UAH geeft gegevens voor de Zuidpool die het gebied van 60 S tot 85 S betreft en RSS zelfs van 70 S tot 60 S. Het centrum van Antarctica zit er dus niet bij en omdat het tot 60 S gaat, zit er ook veel oceaan bij. Die WUWT grafieken gaan dus maar gedeeltelijk over het continent zelf en sowieso niet over het oppervlak.

    Ook bij de oppervlaktetemperaturen is het overigens niet eenvoudig om een goede temperatuurreeks voor het continent Antarctica vast te stellen. In 2013 en 214 is dit nog een keer uitgebreid gedaan door poolonderzoeker Bromwich e.a.:
    http://www.nature.com/ngeo/journal/v6/n2/full/ngeo1671.html
    http://journals.ametsoc.org/doi/abs/10.1175/JCLI-D-13-00733.1
    Duidelijk is dat vooral het schiereiland en West-Antarctica het meest opwarmen en geheel Antarctica over 1958-2012 veel minder. Zie hieronder de data uit dat laatste onderzoek.


    (klik voor een grotere versie)

    Bij de aangroei of afname van het landijs op Antarctica spelen diverse processen een rol en vooral het warmer worden van de oceaan rond Antarctica is daarbij belangrijk en niet zozeer de opwarming boven het oppervlak. Meer info en referenties in:
    https://klimaatverandering.wordpress.com/2014/10/03/tegenpolen-waarom-de-noordpool-zo-snel-opwarmt-en-de-zuidpool-zo-traag/
    https://klimaatverandering.wordpress.com/2015/05/29/whats-up-met-de-ijskap-van-antarctica/

  4. Dat het vaker sneeuwt aan de polen in een opwarmende wereld is inmiddels redelijk bekend. Waarom het ijs dikker wordt op Antarctica lijkt me dan ook voor de hand liggend. Maar ja, die sneeuw kan later deze eeuw natuurlijk steeds vaker omslaan naar regen toe, en dat wordt het een heel ander plaatje! http://www.reuters.com/article/2009/01/16/us-antarctica-glacier-idUSTRE50F35D20090116

  5. Bedankt voor de info! Zeer interessant!

  6. Jos,

    Interessante kost. De studie van Zwally is een van de velen zoals je – terecht (Fig 2) – signaleert. Maar het feit dat het een ‘outlier’ betreft, is geen reden om hem nu al af te serveren. Waar die ‘missing’ SLR dan vandaan komt (je laatste alinea)? Misschien een onderschatting van ‘aquifer depletion’?

    Hier – wellicht ten overvloede – nog twee relevante papers in de ‘Antarctica-reeks’:

    http://www.nature.com/ncomms/2015/151110/ncomms9798/full/ncomms9798.html

    http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature16147.html

  7. Bert,

    Het stuk is geschreven door glacioloog Dr. Jan Wuite, heb je wellicht de inleiding bovenaan gemist?
    Leuk overigens dat je verwijst naar twee recente modelstudies, die zijn zeker bekend en inderdaad interessant. Ik begrijp nu dat je – in tegenstelling tot vroeger – klimaatmodellen relevant vindt?

    De studie van Gomez geeft aan dat gravitatie-effecten invloed kunnen hebben op het toekomstige massaverlies van Antarctica en pleiten ervoor om dat mee te nemen in toekomstige modelstudies betreffende het ijs van Antarctica. Interessant is tevens dat zij aangeven dat deze gravitatie-stabilisatie-effecten het grootst zijn bij lagere CO2 emissie-scenario’s. Mitigatie is in dat geval dus van belang.

    De modelstudie van Ritz concludeert het volgende:
    “We therefore find that MISI in the ASE could drive large and rapid sea-level rise but that the total Antarctic contribution is moderated by important physical constraints.”
    Ze geven daarbij aan dat een bijdrage van Antarctica aan de zeespiegelstijging voor het A1B scenario van 1 meter in 2100 onwaarschijnlijk is volgens hun model. De kans dat het meer wordt dan 10 cm in 2100 is volgens hen 57% en de 95% grens is 30 cm.
    Daarmee zit Ritz et al een stuk hoger dan het IPCC een paar jaar geleden. Die kwamen in hun AR5 rapport (tabel 13.5) voor de bijdrage van Antarctica aan de zeespiegelstijging tot 4 cm (-5 tot 13 cm) voor hetzelfde scenario A1B voor 2081-2100 t.o.v. 1986-2005.

    Saillant detail is tevens dat beide studies er op wijzen dat de desintegratie van bepaalde gebieden van de Antarctische ijskap mogelijk al is begonnen. Meer daarover kun je hier vinden:
    https://klimaatverandering.wordpress.com/2015/05/29/whats-up-met-de-ijskap-van-antarctica/

  8. Jos,

    Ik had er inderdaad overheen gelezen (met excuses aan Jan Wuite); wellicht was ik afgeleid door de regel erboven: “geplaatst door Jos Hagelaars”.

    Ja, Ritz komt wat hoger uit dan AR5 (maar geeft wél een begrenzing aan). Zwally en Gomez vormen daarentegen misschien aanleiding om AR5 neerwaarts bij te stellen. Gomez benoemt overigens – naast de door jou genoemde gravitatie – nog een effect: de relatief snelle ‘elastische’ rebound van de aardkorst ter plekke. Beide effecten werken remmend op het massaverlies.

  9. @Bert,

    “Zwally en Gomez vormen daarentegen misschien aanleiding om AR5 neerwaarts bij te stellen.”

    Nee, dat is gewoon onzin. Misschien moet je het verhaal van Jan Wuite nog een keer lezen. Op basis van de uitkomst van één studie, die duidelijk een outlier is, zou het zot zijn als op grond daarvan een breed assesment als AR5 neerwaarts zou worden bijgesteld.
    Gomez laat alleen zien dat er enkele effecten zijn die remmend kunnen werken (en die remmende werking is beter als we de CO2 emissies inperken), maar kwantificeren dit niet naar de RCP scenario’s. Hun aanbeveling is dan ook om deze effecten in het vervolg mee te nemen. Op grond daarvan kan AR5 uiteraard óók niet ‘bijsteld’ worden.
    Brede assessments nemen alle studies mee, en niet alleen studies die sommigen prettig in de oren klinken. Daarbij is het wel erg vreemd dat je niet vermeldt dat volgens dezelfde single-study-syndroom-logica, Ritz, AR5 naar boven ‘bijgesteld’ zou moeten worden. Wat mij net zo onverstandig lijkt.

    Ik ben nog steeds benieuwd naar je plotselinge bekering aangaande de uitkomsten van klimaatmodellen. Of is die bekering alléén van toepassing op studies die je op een of andere manier bevallen?

  10. Pingback: Antarctica: ice gain or loss? | My view on climate change

  11. Bob Brand

    Er zijn zojuist twee nieuwe publicaties verschenen die de bevindingen in Zwally (2015) in een heel ander daglicht stellen:

    Scambos & Shuman in het Journal of Glaciology betreft twee ernstige problemen in de methodologie van Zwally (2015):

    In diagnosing where the underlying issue in Zwally 2015 might be, we note that there are two main contributions to their strong positive EAIS mass trend from ICESat: (1) ICESat’s Geoscience Laser Altimeter System’s (GLAS) detector saturation and its residual effects after applying standard corrections to the data, and (2) the use of an unconventional method to estimate documented biases between the ICESat data collection campaigns.

    De andere publicatie van Richter, Horwath en Dietrich moet ik eerst nog ’s lezen.

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s