Hoe opwarming van Antarctica de zeespiegelstijging zou kunnen temperen

Automatisch weerstation Kohnen op Antarctica. (Foto: Institute for Marine and Atmospheric Research, Universiteit Utrecht)

Het is algemeen bekend: van al het ijs dat er is op aarde ligt het overgrote deel op Antarctica. Het ligt voor de hand dat een deel van dat ijs zal smelten als Antarctica opwarmt. De vraag die veel wetenschappers bezighoudt is: hoeveel en hoe snel? Over het antwoord bestaat nog flink wat wetenschappelijke onzekerheid, omdat er nogal wat factoren meespelen. Onderzoek naar de stabiliteit van de basis van gletsjers op Antarctica bracht de afgelopen jaren nogal eens slecht nieuws, maar met een nieuw onderzoek kwam er onlangs goed nieuws vanaf de bovenkant van het ijs. Verschillende Amerikaanse en Europese instituten hebben aan het onderzoek meegewerkt. Hoofdauteur van het artikel is NASA-onderzoeker Brooke Medley, een van de andere auteurs is Carleen Tijm-Reijmer van de Universiteit Utrecht. De titel van het artikel in Geophysical Research Letters geeft de afloop van het verhaal al weg: “Temperature and snowfall in western Queen Maud Land increasing faster than climate model projections.” In het onderzochte gebied op Antarctica is over de afgelopen 19 jaar een temperatuurstijging gemeten van meer dan 1°C per decennium; aanzienlijk sneller dan verwacht werd op basis van modelprojecties. En met de gestegen temperatuur is ook de hoeveelheid sneeuw die er valt flink toegenomen. De gemeten waarden liggen buiten wat er te verwachten zou zijn op basis van natuurlijke variabiliteit.

Dat meer kou ook meer sneeuwval oplevert is een misverstand dat zo af en toe nog wel eens voorbijkomt in klimaatdiscussies. Natuurlijk is er kou nodig voor sneeuw, maar te koud is ook niet goed, omdat de hoeveelheid waterdamp die lucht kan bevatten afneemt als de temperatuur daalt. Bij temperaturen ver beneden het vriespunt kan er daarom hooguit zo nu en dan een minivlokje vallen en de zwaarste sneeuwval komt alleen voor bij temperaturen net onder 0°C. Opwarming van echt koude gebieden zal daarom in het algemeen tot gevolg hebben dat er meer sneeuw valt, zo is de verwachting. En dat is precies wat dit onderzoek vindt.

Locatie van meetstation Kohnen, Koningin Maudland in het westen van Oost-Antarctica

Het onderzoek richt zich op de omgeving van het meetstation Kohnen in het westen van Koningin Maudland op Oost-Antarctica. Het schetst dus een lokale situatie. Het is goed denkbaar dat de situatie elders op Antarctica nu of in de toekomst vergelijkbaar is (volgens een vorig jaar verschenen onderzoek neemt op de schaal van het gehele continent de sneeuwval toe, met de sterkste stijging op het Antarctisch Schiereiland) maar dat neemt niet weg dat er grote lokale verschillen kunnen zijn. Verder is het van belang dat het onderzoek zich concentreert op de atmosferische processen die een rol spelen bij de accumulatie van sneeuw op het Antarctische continent: neerslag, verdamping (of eigenlijk: sublimatie) en verplaatsing van sneeuw door de wind. Waar veel onderzoek (en zeker onderzoek dat de aandacht trekt) naar het smelten en afkalven van Antarctisch landijs kijkt, belicht deze studie de andere kant van de massabalans: wat er binnenkomt. Natuurlijk is het de totale massabalans die bepaalt hoeveel Antarctica bijdraagt aan de zeespiegelstijging. De toename van de neerslag en de accumulatie van sneeuw die daar het gevolg van is kan een deel van het smeltende ijs compenseren. Maar het resultaat van de totale massabalans blijft dat Antarctica ijs verliest.

Niet alleen de resultaten van het onderzoek zijn interessant, ook de manier waarop men tot die resultaten komt is de moeite waard. Die is, bij wijze van spreken, de hele klimaatwetenschap in een notendop: een combinatie van paleoklimatologisch onderzoek, heranalyses, modelsimulaties en metingen. De metingen komen van het automatische weerstation Kohnen, dat sinds 1997 in bedrijf is. Een ijskern uit de omgeving van dit station is gebruikt voor de paleoklimatologische analyse. Met chemische analyses werden de gehaltes aan verontreinigingen in het ijs vastgesteld. Door die te relateren aan bekende historische gegevens over bijvoorbeeld vulkanische emissies en emissies van menselijke activiteiten werd de jaarlijkse accumulatie van sneeuw bepaald over de afgelopen 5 eeuwen (of langer: de extra informatie bij het artikel gaat 2 millennia terug). Deze analyse geeft ook een beeld van de natuurlijke variabiliteit in de pre-industriële tijd.

Een ijskern

De onderzoeksresultaten worden op een wat ingewikkelde manier weergegeven: als waarschijnlijkheidsverdeling van de trend over een bepaalde periode. Voor de temperatuur is dat de trend over 19 jaar.

Waarschijnlijkheidsverdeling van de temperatuurtrends over 19 jaar. De grijze balken geven de pre-industriële waarden, de blauwe lijn de gemeten trend over 1998 – 2016 en de gekleurde curves modelprojecties volgens het hoogste IPCC-emissiescenario (RPC 8.5). Bron: Medley et al. 2018

De gemeten trend is hoger dan te verwachten is op basis van natuurlijke variabiliteit en ook hoger dan modelprojecties. De opwarming blijkt hier vooral plaats te vinden in het voorjaar en het najaar. In de zomer en de winter is er geen temperatuurstijging van betekenis gemeten.

Voor accumulatie van sneeuw geeft het artikel de gemiddelden over 20 jaar (de linkerkolom in de afbeelding hieronder) en de trends over 75 jaar (de rechterkolom).

Waarschijnlijkheidsverdeling van de accumulatie van sneeuw over 20 jaar (linkerkolom) en de trend over 75 jaar (rechterkolom). Grijze balken geven de pre-industriële waarden, de dunne blauwe lijnen data (lopend gemiddelde) voor individuele jaren, de dikke blauwe lijn het gemiddelde van die jaren en de gekleurde curves modelprojecties volgens het hoogste IPCC-emissiescenario (RCP8.5). Bron: Medley et al. 2018

De accumulatie van sneeuw blijkt in het onderzochte gebied al sinds de eerste helft van de vorige eeuw toe te nemen. De waarden liggen boven de te verwachten natuurlijke variabiliteit en boven modelprojecties.

Zowel de opwarming als de accumulatie van sneeuw gaan dus sneller dan op basis van modelanalyses wordt verwacht. De accumulatie van sneeuw stemt overigens wel behoorlijk goed overeen met wat modellen bij deze mate van opwarming verwachten. Met andere woorden: de timing van temperatuur en sneeuwval loopt voor op wat modellen verwachten, maar het verband tussen beide is wel in overeenstemming met modelprojecties.

Het onderzoek bevestigt wat te verwachten is op basis van vrij eenvoudige natuurkunde: als Antarctica opwarmt neemt de sneeuwval daar toe. De accumulatie van sneeuw kan een deel van de zeespiegelstijging teniet doen die ontstaat door het smelten van het landijs. (Nog niet zo lang geleden werd verwacht dat de totale ijsmassa van Antarctica hierdoor in de loop van deze eeuw toe zou nemen.) Het lijkt nog erg vroeg om deze onderzoeksresultaten te vertalen naar nieuwe verwachtingen van de zeespiegelstijging. De periode waarover de temperatuurstijging van ruim 1°C per decennium is kort: 19 jaar. Hoewel de stijging buiten de natuurlijke variabiliteit lijkt te vallen, zou er wel een natuurlijke component in kunnen zitten. Of die stijging en daarmee de toename van de sneeuwval de komende tijd doorzet zullen we af moeten wachten. Een andere interessante vraag is in hoeverre ook de andere kant van de massabalans wordt beïnvloed door een stijging van de temperatuur en een toename van de sneeuwval. Zo zou de stroomsnelheid van het ijs toe kunnen nemen als de extra sneeuwval ervoor zorgt dat het hoogteverschil van een ijskap toeneemt tussen het binnenland en de kust. Aan de andere kant zou het extra gewicht van een ijskap ervoor kunnen zorgen dat het mariene deel ervan steviger op de zeebodem rust en daardoor minder snel instabiel wordt.

De antwoorden op die vragen zullen waarschijnlijk vooral van belang zijn voor de lange termijn. Voor de komende eeuw lijkt dit onderzoek vooral goed nieuws te brengen.

Als uitsmijter: Ice Flows. Dit spelletje laat het eerste orde effect op het Antarctisch ijs zijn van veranderingen in neerslag en in de temperatuur van het zeewater.

Dank aan Carleen Tijm-Reijmer voor haar medewerking aan dit blogstuk.

Advertenties

18 Reacties op “Hoe opwarming van Antarctica de zeespiegelstijging zou kunnen temperen

  1. Hans en Carleen, bedankt. Ik zie de krantekoppen van Breitbart etc al voor me. 🙂

    Ik heb toevallig eergisteren net dit verhaal gekeken van Bethan Davies, Dr Physical Geography: https://www.youtube.com/watch?v=yScELSf8OjY&list=LLtF7tvm9nSK3JXrB9siFIcw&index=3

    Crux van haar verhaal (onderzoek & model) is dat volgens Davies de temperatuur vrijwel volledig de gletsjerpositie bepaalt en sneeuwval er juist niet zo toe doet. Dit gaat wel specifiek over een hele kleine relatief warme uithoek van Antarctica; misschien geldt dit niet zo voor Antarctica algemeen? (aangezien ze oa vermeldt dat aantal dagen dat neerslag als regen valt toeneemt)

  2. Hans Custers

    Thijs,

    Ik ben in de verste verte geen glacioloog, dus als ik hier iets over zeg is het met de nodige slagen om de arm. Maar ik waag toch een poging.

    Ik kan me voorstellen dat zeker bij grote gletsjers tempoverschillen tussen verschillende processen een behoorlijke invloed kunnen hebben op tijdschalen van decennia, of misschien nog wel wat langer. De temperatuur van de atmosfeer kan relatief snel stijgen en de hoeveelheid sneeuw die er valt dus ook. Een grote ijsmassa warmt veel trager op en daardoor zou een versnelling van het smelten achter kunnen lopen op de toename van de sneeuwval.

    Maar dat op de hele lange termijn de temperatuur de meest bepalend factor is lijkt me niet onlogisch. Al zouden, zeker op lokale schaal, andere factoren ook best een rol kunnen spelen, zoals verandering in de circulatie van de oceaan of de atmosfeer als gevolg van het veranderende klimaat.

  3. We kunnen altijd kijken naar de smelt van de gigantische landijskappen aan het einde van de laatste ijstijd. Daar kan je aan zien hoe snel het kan gaan zonder een detonerende forcering zoals we die nu kennen. Er is een reden dat de zee zo’n 40 meter hoger stond tijdens de vorige keer dat we 400 ppm hadden.

  4. Na het lezen van het boek van een klimaat relativist waarvan ik niet weet of ik die mag noemen, is er onder andere een gedachte bijgebleven. Deze schrijver meldt dat op de Groenlandse ijskap er een soort drempelwaarde bestaat ten aanzien van de hoogte van deze kap. Zou die lager worden dan 1500 meter dan groeit hij niet meer aan.

    Is iets dergelijks ook denkbaar voor Antarctica? In dat geval ligt de drempel wellicht hoger, of juist lager?

    Zal een eventuele toename in sneeuw in Groenland ook daar positieve effecten hebben?

  5. Hans Custers

    Marleen,

    Je had die klimaatrelativist, zoals jij hem omschrijft, best mogen noemen. Het verhaal over die drempelwaarde voor de ijskap van Groenland ken ik niet en ik heb er zo gauw ook niets over kunnen vinden. Nu zijn die zogenaamde klimaatrelativisten vaak niet zo scheutig met bronvermeldingen, maar je zou nog eens kunnen kijken of je een referentie kan vinden in dat boek.

    Overigens zijn er flinke verschillen tussen Groenland en Antarctica. Antarctica is veel groter en (gemiddeld) een stuk kouder. En de zeebodem heeft bij delen van Antarctica een bepaalde structuur: de zee is aan de kust relatief ondiep en wordt wat verder van de kust nog minder diep. Er is dus een soort goot, parallel aan de kustlijn, waarin het mariene deel van de ijskap op de zeebodem ligt. Dat heeft invloed op de dynamiek van het ijs. De afbeelding bovenaan dit blogstuk illustreert dat.

    Je zou kunnen zeggen dat de overeenkomsten tussen Groenland en Antarctica ophouden bij het feit dat het er zo koud is dat er een hele hoop ijs ligt. Verder zijn er vooral veel verschillen.

  6. Lennart van der Linde

    Wellicht gaat het over de drempelwaarde waarboven de ijskap op Groenland in een onomkeerbaar smeltproces raakt? Robinson et al 2012 schatten die temperatuurstijging op circa 1,6 graden C boven pre-industrieel:
    https://www.nature.com/articles/nclimate1449

    Levermann en Winkelmann 2016 gaan specifieker in op de “melt elevation feedback”, die als ik het goed begrijp ook op Antarctica zou moeten werken:
    https://www.the-cryosphere.net/10/1799/2016/tc-10-1799-2016.pdf

    Hans lijkt te doelen op de Marine Ice-Sheet Instability, die vooral in West-Antarctica voor versnelde afbrokkeling van de ijskap kan zorgen en waarvoor waarschijnlijk ook een drempelwaarde geldt, die wellicht al (deels) overschreden is. Zie bv:
    https://blogs.egu.eu/divisions/cr/2016/06/22/marine-ice-sheet-instability-for-dummies-2/

  7. Hans,

    Ik verwees naar een passage uit het boek Spiegelzee van Salomon Kroonenberg op blz. 46 waar aangegeven wordt dat er voor de hoogte van de Groenlandse ijskap een drempelwaarde bestaat van 1500 meter. Smelt de kap af tot beneden deze waarde dan groeit hij ook niet meer aan volgens Kroonenberg. Waar hij die informatie gevonden heeft is niet helemaal duidelijk, maar vervolgt zijn verhaal met een verwijzing naar een werk van de Deense glacioloog Willi Dansgaard (1922- 2011) al lijkt dat niet direct te maken te hebben met voorgaande verhaal.
    Voorafgaand aan die passage staat ook dat de ijskap nu meer dan 3 km dik is, dus er is nog wat speling voordat die drempelwaarde bereikt wordt.

    Ik ben geen klimaatrelativist of -ontkenner, integendeel, maar lees dit boek om te begrijpen waarom klimaatwetenschappers Kroonenberg als klimaatontkenner of in ieder geval als “onwetenschappelijk” beschouwen en waarom klimaatontkenners zo met hem weglopen, en natuurlijk omdat het best een mooi boek is.

    P.S. inderdaad flauw om te suggereren dat Kroonenberg niet genoemd mocht worden, maar er zijn blogs waar je zowat weggehoond wordt als je met bepaalde referenties aankomt, bijvoorbeeld wanneer het gaat om Nature en Science of NASA. Moeilijk schipperen dus.

  8. Lennart,

    Het gaat in je verwijzing naar ‘nature climate change’ over een temperatuur-treshold dus niet direct een hoogte-treshold zoals die van Kroonenberg (zie bovenstaande reactie aan Hans). De andere twee links ga ik uitgebreid bekijken want “melt elevation feedback” belooft wat ten aanzien van dit onderwerp. Alvast hartelijk dank daarvoor.

  9. Hallo Marleen,

    Je zegt: “Deze schrijver meldt dat op de Groenlandse ijskap er een soort drempelwaarde bestaat ten aanzien van de hoogte van deze kap. Zou die lager worden dan 1500 meter dan groeit hij niet meer aan.

    Dit klopt in zoverre dat de top van de Groenlandse ijskap zo koud is door twee oorzaken: de noordelijke ligging, vanzelfsprekend, maar ook de hoogte boven de zeespiegel.

    De centrale delen van de Groenlandse ijskap zijn ca. 3000 meter boven de zeespiegel. Voor iedere 1000 meter dat je hoger komt, daalt de temperatuur ongeveer 6 °C: een gevolg van de zogeheten lapse rate, de expansie van lucht onder lagere druk en de ideale gaswet:

    p x V / T = constant

    P is de druk, V het volume en T de temperatuur. Meer over de ‘lapse rate’ kan je lezen in dit blogstuk van Hans:

    https://klimaatverandering.wordpress.com/2013/04/13/hans-labohm-vindt-de-projecties-van-de-klimaatwetenschap-te-optimistisch/

    Als er op Groenland versneld ijstransport plaatsvindt naar zee en er meer smelt, dan treedt er een zelfversterkend effect op: de top van de ijskap daalt en daardoor neemt de temperatuur ter plekke nog eens extra toe (als gevolg van de ‘lapse rate’: hoe lager hoe warmer). Het betekent dat de bovenkant van de ijskap sterker reageert op temperatuurschommelingen, wat je o.a. terugziet in de relatief hevige schommelingen in de ijskernen ter plaatse (de “melt elevation feedback”).

    Het is echter niet zozeer een ‘harde grens’ zoals Kroonenberg blijkbaar impliceert. Dit proces speelt altijd al. Wordt de ijskap lager, dan komt een relatief groter deel van de ijskap lager te liggen waardoor per saldo de afname groter kan worden dan de aangroei.

  10. Lennart van der Linde

    Hoi Marleen, klopt dat het in Robinson et al 2012 om temperatuurdrempel gaat, maar kan goed dat die (mede) samenhangt met de smelthoogte-feedback.

  11. Helemaal duidelijk Bob, dank voor je uitleg.

    Lennart, dat is vast en zeker zo, al kan ik het zelf (nog) niet goed beoordelen. Ik laat alle informatie even bezinken. Dankjewel

  12. Hans Custers

    Ik denk dat ik de bron van die 1500 meter heb gevonden. 1500 meter wordt wel genoemd (bijvoorbeeld hier) als de “equilibrium line altitude” van de ijskap van Groenland. Wat de goede Nederlandse vertaling van die term is weet ik niet, maar het is de hoogte waarop er, gemiddeld over een jaar, evenveel sneeuw valt als er smelt.

    Als de 1500 meter van Kroonenberg daar vandaan komt maakt hij wel een flinke fout. Dan doet hij namelijk net alsof die evenwichtslijn altijd op dezeflde hoogte ligt, terwijl die hoogte door opwarming van het klimaat juist kan veranderen. In theorie zou de lijn zowel naar beneden (als de sneeuwval sterker toeneemt dan de smelt) of naar boven (in het omgekeerde geval) kunnen verschuiven. Maar er is in elk geval geen reden om zomaar aan te nemen dat hij op dezelfde plek blijft liggen.

    Bovendien is er behalve sneeuwval en ijssmelt nog een factor die meespeelt in de totale massabalans: het stromen en uiteindelijk afkalven van het ijs. Ik denk (maar weet niet helemaal zeker, daarvoor zou ik me nog eens heel erg in de details moeten verdiepen) dat een gletsjer al een kantelpunt kan bereiken als hij nog boven die evenwichtslijn zit.

  13. Een vraag over natuurlijke oorzaken van zeespiegelstijging. Niet specifiek over Antarctica of over hert recent smelten van gletsjers en ijskappen. Het gaat over het effect van de netto uitstroom van de Oostzee. Volgens Wikipedia (altijd een goede plek om te beginnen) stroomt er netto 400 – 465 kubieke kilometer water per jaar uit de Oostzee in de oceaan. Als je dit verdeelt over de ca 335 miljoen vierkante kilometer oppervlak van de oceaan kom ik op een stijging van de zeespiegel van 1,2 tot 1,4 millimeter per jaar. Dat is behoorlijk veel. Volgens satellietmetingen is de stijging circa 3 millimeter per jaar. Is het niet zo dat men een, groot, deel van de zeespiegel toe kan schrijven aan natuurlijke oorzaken en menselijk toedoen slechts het tempo heeft verhoogt van de zeespiegelstijging?

  14. Raymond, een heel groot deel van die uitstroom komt door de bijdrage van rivieren aan de Oostzee (weet niet of de link lukt, maar ik probeer het toch maar):
    https://books.google.dk/books?id=ycGaDgAAQBAJ&pg=PA46&lpg=PA46&dq=%22Baltic+sea%22+ocean+water+exchange&source=bl&ots=8xlqURtz7o&sig=jz5wZ4dFR6BXIsOj7BTlNPCu45A&hl=nl&sa=X&ved=0ahUKEwjnssLZhZbZAhXLMywKHYWfATkQ6AEITTAE#v=onepage&q=%22Baltic%20sea%22%20ocean%20water%20exchange&f=false

    Zie figuur 2.12.a

    Dat water van de rivieren komt ook ergens vandaan (hint: precipitatie – en raadt maar eens waar die water moleculen grotendeels vandaan komen).

    Bedenk ook dat als de oceaan met 1.2-1.4 mm per jaar zou stijgen door de Oostzee alleen, dan zou de Oostzee met 1 meter per jaar moeten dalen door diezelfde netto uitstroom (oppervlak ca. 377 duizend km2). Dan zou de Oostzee toch echt al leeg moeten zijn…

  15. Marco,
    De link werkt prima. Ik ga me hier mee bezig houden. Dat van de Oostzee die zou leeg stromen met 1 meter per jaar snap ik niet. De netto uitstroom is volgens deze publicatie precies gelijk aan instroom rivieren minus het verschil tussen neerslag en verdamping. Aan de Oostzee verandert toch niets?

  16. Mijn commentaar over leegstromen van de Oostzee was nou juist omdat je een andere factoren vergat mee te nemen in je berekening. Als de oceaan omhoog gaat door netto instroom vanuit de Oostzee, moet de Oostzee òf leegstromen (en heel erg snel!), of weer ergens anders water vandaan krijgen. Da’s dus van neerslag en rivieren. Ah, maar waar komt dàt water dan weer vandaan? Als dat allemaal alleen maar van het land afkomt, dan zouden we allang geen water meer moeten hebben. Ofwel, waar komt dat vandaan? Grotendeels van verdamping vanuit de oceanen, en precipitatie van een deel van dat verdampte water op land…

  17. Marco,
    Je hebt gelijk. De netto-uitstroom van de Oostzee komt in hoofdzaak voor rekening van de instroom van rivieren, die komt weer vooral voor rekening van neerslag en die weer grotendeels voor rekening van verdamping die weer vooral van de oceanen afkomstig is. Ik was wat te enthousiast heb de redenering niet volledig door gevoerd. Dat is het nadeel van een amateur(liefhebber) te zijn. Het ontbreekt aan een klankbord die je op tijd afremt en wijst op ontbrekende schakels in de redenering. Bedankt voor de correctie en uitleg.

  18. Raymond, jij probeert in ieder geval die feedback te krijgen.

    De pseudoskeptici hadden allang een ellenlange blog geschreven dat al die wetenschappers er duidelijk weer eens geen bal van snappen, want de Oostzee alleen is voor 1,2-1,4 mm stijging per jaar verantwoordelijk!

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