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.