Het nieuws over Antarctica is meestal geen goed nieuws

Alleen al vanwege de afbeelding hierboven is een artikel dat onlangs verscheen in Nature een blogstukje waard. Het artikel: “Contribution of Antarctica to past and future sea-level rise” van DeConto en Pollard (het volledige artikel is toegankelijk via de link onderaan het nieuwsbericht op de site van Nature over dit onderzoek en via de link in een lezenswaardig artikel van de Washington Post) borduurt voort op eerder onderzoek naar mechanismen die delen van de ijskap van Antarctica instabiel kunnen maken. De te verwachten bijdrage van Antarctica is de grote onzekere factor in projecties van de zeespiegelstijging in deze eeuw en de eeuwen daarna. Dit is dus een terrein waar voor de wetenschap nog veel te ontdekken is, en de kennis hierover lijkt in flink tempo toe te nemen. DeConto en Pollard menen dat ze met de kennis die er inmiddels is de zeespiegelstijging die volgens paleoklimatologische reconstructies volgde op de laatste glacialen behoorlijk goed kunnen verklaren. Dat zou er op wijzen dat men de belangrijkste mechanismen inmiddels aardig in beeld heeft. En daarmee zouden toekomstprojecties aan betrouwbaarheid winnen.

Eerst even terug naar die afbeelding hierboven en naar het begrip instabiliteit. Of: waarom komt in de wetenschappelijke literatuur zo vaak het woord “collapse” voor, wanneer het om het smelten van grote ijsmassa’s gaat? Dat lijkt niet voor iedereen duidelijk te zijn. Zo meende een wetenschapsjournalist van een grote Nederlandse krant dat het gebruik van dat woord zou wijzen op een apocalyptisch wereldbeeld (of zoiets) en had een bekende Nederlandse pseudoscepticus het laatst over het “instorten van zeeijs”. De realiteit is dat het hier over instorten in de letterlijke betekenis gaat: bezwijken onder het eigen gewicht.

Wat is er dan precies aan de hand? IJsmassa’s van honderden meters of kilometers hoog houden niet in een keer op wanneer het onderliggende land beneden zeeniveau komt. Dus: waar het land op zou moeten houden en de oceaan zou moeten beginnen, ligt er gewoon nog ijs op de bodem. De enorme druk van het bovenliggende ijs duwt de ijsmassa langzaam weg in de richting van de oceaan, tot aan de plek – of eigenlijk: het gebied – waar het oceaan en ijs contact maken. In een stabiel klimaat blijft de overgang tussen ijs en oceaan op (min of meer) dezelfde plek liggen: het ijs dat in het overgangsgebied smelt wordt weer aangevuld vanuit de stromende gletsjer, die op zijn beurt weer wordt aangevuld door sneeuwval. In een opwarmend klimaat is dat minder vanzelfsprekend. De oceaan wint langzaamaan terrein en er verdwijnt ijs in het overgangsgebied. Omdat het om zulke enorme ijsmassa’s gaat, waar enorme krachten op rusten, kan het smelten van een deel van het ijs voldoende zijn om het hele overgangsgebied instabiel te maken. De boel dondert dan in elkaar. Extra vervelend: het ijs in het overgangsgebied geeft tegendruk aan de verder landinwaarts gelegen gletsjers, die langzaam naar de oceaan bewegen. Als die tegendruk wegvalt, kan de gletsjer sneller stromen, met mogelijk een snelle stijging van de zeespiegel tot gevolg. Natuurlijk hangt wat er precies gebeurt voor een aanzienlijk deel af van lokale omstandigheden. De afbeelding hieronder illustreert dat aan de hand van de snelheid waarmee het ijs beweegt.

Stroomsnelheid van het ijs op Antarctica, volgens modelberekeningen van DeConto en Pollard. De zwarte lijnen geven aan tot waar het ijs op de bodem rust.

DeConto en Pollard onderscheiden twee types instabiliteit van het ijs, die beide schematisch worden weergegeven in de afbeelding helemaal bovenaan dit stuk:

Marine Ice Sheet Instability (MISI). Als het oceaanwater warmer wordt zorgt dat ervoor dat de ijsplaat aan de onderkant smelt. De dikte van de ijsplaat neemt dus af. Bovendien kan het oceaanwater steeds verder onder het ijs komen. Beide factoren kunnen een toename van de stroomsnelheid van het ijs veroorzaken en uiteindelijk tot instabiliteit leiden. Dit smelten van onderaf werd tot enkele jaren geleden als de meest bepalende factor gezien voor de snelheid waarmee Antarctica ijs kan verliezen.

Marine Ice Cliff Instability (MICI). Sinds enkele jaren is er een tweede bepalende factor in beeld. Als de atmosfeer warmer wordt smelt er meer ijs aan het oppervlak van de ijsplaat. Het smeltwater sijpelt door het ijs naar beneden en kan dan op verschillende manieren (zie het gastblog van Peter Kuipers Munneke van twee jaar geleden hierover) de structuur van het ijs verzwakken. Dit kan bijdragen aan het uiteenvallen van een ijsplaat. Als dit gebeurt biedt de ijsplaat geen steun meer aan de verderop gelegen hoge ijsmassa, waardoor een instabiele ijsklif kan ontstaan, die onder zijn eigen gewicht kan bezwijken.

De afbeelding hieronder laat de bijdrage van Antarctica aan de zeespiegelstijging en de snelheid van zeespiegelstijging zien die DeConto en Pollard berekenen voor de komende vijf eeuwen voor drie verschillende RCP emissiescenario’s. Het slechte nieuws: meerdere meters zeespiegelstijging per eeuw is een reële mogelijkheid. Het minder slechte nieuws: het duurt hoogstwaarschijnlijk nog wel even totdat het zo ver is. Het goede nieuws: we kunnen het waarschijnlijk nog voorkomen.

Bijdrage van Antarctica aan de hoogte (boven) en de snelheid (onder) van zeespiegelstijging bij verschillende emissiescenario’s volgens DeConto en Pollard. De pijltjes in de onderste grafiek geven (bij benadering) het moment aan waarop specifieke gletsjers een kantelpunt bereiken.

DeConto en Pollard laten ook zien wat er volgens hun berekeningen in het jaar 2500 overblijft van het ijs op Antarctica bij de drie scenario’s.

Hoogte van het ijs op Antarctica in het jaar 2500 bij de verschillende emissiescenario’s

Behalve het slechte en goede nieuws dat ik eerder meldde, volgt er ook nog wel wat verontrustend nieuws uit dit onderzoek en enkele andere recente onderzoeken. Het begint er namelijk op te lijken dat de wetenschap tot nu toe wel erg optimistisch is geweest over deze onzekere factor. Het kader hieronder geeft (met dank aan medeblogger Jos) een overzicht van verwachtingen die de verschillende IPCC rapporten gaven.

IPCC FAR (1990)

“On the whole, the sensitivity of Antarctica to climatic change is such that a future warming should lead to increased accumulation and thus a negative contribution to sea level change” (p274)

IPCC SAR (1995)

“For the Greenland and Antarctic ice sheets, the simplifying assumption made for the present set of model projections is that the dynamic response can be ignored on the time-scale of decades to a century ” (p. 382)

IPCC TAR (2001)

“The Antarctic ice sheet is likely to gain mass because of greater precipitation…” (p. 74)

IPCC Fourth Assessment Report (2007)

“For stabilization in 2100 with SRES A1B atmospheric composition, antarctic SMB would contribute 0.4 to 2.0 mm yr–1 of sea level fall (Table 10.7). Continental ice sheet models indicate that this would be offset by tens of percent by increased ice discharge (Section 10.6.4.2), but still give a negative contribution to sea level, of –0.8 m by 3000 in one simulation with antarctic warming of about 4.5°C (Huybrechts and De Wolde, 1999).” (p. 830)

IPCC Fifth Assessment Report (2013)

“In summary, ice-dynamics theory, numerical simulations, and paleo records indicate that the existence of a marine-ice sheet instability associated with abrupt and irreversible ice loss from the Antarctic ice sheet is possible in response to climate forcing. However, theoretical considerations, current observations, numerical models, and paleo records currently do not allow a quantification of the timing of the onset of such an instability or of the magnitude of its multi-century contribution.” (p. 1174)

Vorig jaar kwamen twee onderzoeken (Golledge et al. en Ritz et al.) uit op een bijdrage van Antarctica van maximaal 39 centimeter, respectievelijk 30 centimeter aan het eind van deze eeuw. Volgens DeConto en Pollard zou dit meer dan een meter kunnen zijn. En 15 meter in 2500. Het staat natuurlijk nog allerminst vast dat de projecties van DeConto en Pollard juist zijn, en het zou al helemaal voorbarig zijn om te zeggen dat toekomstige projecties nog hoger uit zullen vallen. Maar onaangename verrassingen lijken me niet uit te sluiten. Het is inmiddels duidelijk dat de bijdrage van Antarctica aan de zeespiegelstijging in belangrijke mate afhangt van kantelpunten: zodra een gletsjer instabiel wordt is er geen weg meer terug en kan een flinke versnelling van de zeespiegelstijging het gevolg zijn. Het onderzoek hiernaar is nog in volle gang en het zou zowel flinke meevallers als tegenvallers op kunnen leveren met betrekking tot het moment waarop kantelpunten worden bereikt en de gevolgen als dat gebeurt.

Als afsluiter, om de lezer niet met een al te vervelend gevoel achter te laten, nog een aardig weetje. Eerder had ik het erover dat het ijs op Antarctica niet meteen ophoudt als het onderliggende land tot beneden de zeespiegel daalt. Dat blijkt niet alleen aan de kust van Antarctica te gelden: een behoorlijk deel van het land van Antarctica ligt beneden de zeespiegel. En toch is daar geen oceaan. Vanwege het ijs.