Het smeltende ijs van Antarctica – drie nieuwe artikelen en een mythe

Bijdrage van Antarctica aan de zeespiegelstijging. Bron: Universiteit Utrecht

Vorige week verschenen in Nature drie nieuwe artikelen over Antarctica. Interessant voor geïnteresseerden in de wetenschap, een buitenkansje om verwarring te zaaien voor anderen. Want het is natuurlijk een fluitje van een cent om resultaten of conclusies van, of uitspraken over, die drie onderzoeken door elkaar te klutsen. De onderzoeken hebben allemaal iets te maken met Antarctica en de stabiliteit van de ijskappen, maar daarmee houden de overeenkomsten wel zo ongeveer op. Voor de geïnteresseerden in de wetenschap volgt hier een samenvatting van alle drie.

De massabalans van het Antarctische ijs

Het artikel dat de meeste aandacht trok komt van de Ice sheet Mass Balance Inter-comparison Exercise (IMBIE), een internationale samenwerking ondersteund door ESA en NASA. Het artikel presenteert een massabalans van de Antarctische ijskap over de periode 1992 – 2017. Het team van IMBIE heeft de resultaten van al het onderzoek dat hierover de afgelopen jaren is gepubliceerd bij elkaar gebracht: gravimetrie en altimetrie met satellieten, metingen van de stroomsnelheid van het ijs, meteorologische heranalyses en andere data over sneeuwval en ijssmelt en analyses van bewegingen van de bodem door postglaciale opheffing, bijvoorbeeld. Dat de ijskap massa verliest was al bekend, maar de snelheid waarmee dat gebeurt blijkt aanzienlijk te zijn toegenomen. Dat heeft een aantal van de betrokken onderzoekers wel verrast. Het logische gevolg is dat de bijdrage van Antarctica aan de snelheid waarmee de zeespiegel stijgt ook toeneemt. De afbeelding hieronder geeft het totale massaverlies weer en de bijdrage daaraan van het Antarctisch Schiereiland, West-Antarctica en Oost-Antarctica.

Massabalans van het ijs van het Antarctische continent en drie delen van dat continent. Bron: IMBIE

Vooral West-Antarctica verliest ijs. Oost-Antarctica, dat het grootste deel van het continent beslaat, wint zelfs een klein beetje, maar dat is zo weinig dat het niet statistisch significant is. In de massabalans wordt vaak onderscheid gemaakt tussen:

• De oppervlakte-massabalans: het verschil tussen de sneeuwval enerzijds en het ijs dat smelt en als smeltwater wordt afgevoerd anderzijds. Verdamping (of eigenlijk: sublimatie) en verwaaiing horen hier in principe ook bij, maar het effect daarvan is verwaarloosbaar.
• Afkalving: ijs stroomt vanaf het continent langzaam naar de kust. Uiteindelijk breken er kleine tot heel grote stukken van ijs af van het zogenaamde mariene deel van de ijskap, om daarna in zee te smelten.

De oppervlakte-massabalans is positief: op het continent valt er meer sneeuw dan er smelt. Ongeveer 2.000 gigaton per jaar. Er is geen verandering van betekenis gevonden in de onderzochte periode. Dat is niet heel verrassend, omdat de verwachting is dat zowel sneeuwval (door een toename van de verdamping uit de oceaan) als smelt toenemen door de opwarming van het klimaat. Het massaverlies wordt dus veroorzaakt door snellere afkalving. Vermoedelijk mede door de verminderde stabiliteit, als gevolg van het smelten van ijsplaten, van enkele gletsjers op West-Antarctica: Pine Island en Thwaites.

Zeeijs en ijsplaten

Een ijsplaat is ijs dat drijft op het zeeoppervlak. Toch worden ijsplaten tot landijs gerekend en niet tot zee-ijs. Zee-ijs is namelijk bevroren zeewater en ijsplaten zijn de uitlopers van stromende gletsjers die vanaf het land doorlopen tot op de zeebodem. Een ijsplaat bestaat dus uit gletsjerijs dat zeewaarts is gestroomd, aangevuld met sneeuw die op de ijsplaat is gevallen.

IJsplaten vormen een beschermende buffer voor de achterliggende gletsjer. Ze remmen de stroming, omdat ze weerstand ondervinden van bijvoorbeeld eilandjes en baaien. En ze schermen het mariene deel van de gletsjer af van te veel invloed van het oceaanwater. Als een ijsplaat smelt of opbreekt heeft dit niet direct effect op de zeespiegel, omdat de ijsplaat drijft, maar door het wegvallen van de bescherming kan de gletsjer sneller gaan smelten en sneller gaan stromen. En dan stijgt de zeespiegel wel.

Trend in aantal dagen met zeeijs bij het Antarctisch Schiereiland over de periode 1979/1980 – 2009/2010. Bron: Massom et al.

Volgens Massom et al. zijn er aanwijzingen dat ijsplaten op hun beurt weer beschermd worden door zee-ijs. Ze kijken naar drie ijsplaten bij het Antarctisch Schiereiland, waar het zee-ijs in de afgelopen decennia is afgenomen, en ze zien dat dat er snelle afkalving plaatsvond in periodes met weinig zee-ijs. Zee-ijs is zeker niet de enige oorzaak: smeltmeren en eigenschappen van de sneeuwlaag zijn waarschijnlijk de meest bepalende factoren. Maar zee-ijs kan het opbreken van ijsplaten vertragen, omdat het de golfslag verzwakt, met name van een type golven dat groot genoeg is om wat aan ijsplaten te wringen en te wrikken. Daardoor kan er “metaalmoeheid” ontstaan in de ijsplaat, waardoor hij uiteindelijk versplintert.

Het is dus denkbaar dat niet alleen ijsplaten, maar ook zee-ijs van invloed zijn op de snelheid waarmee de ijskap van Antarctica kan smelten. En dus ook, indirect, op de snelheid waarmee de zeespiegel stijgt. Het goede nieuws is dat de langetermijntrend van het zee-ijs bij Antarctica een kleine, statistisch niet significante, toename laat zien. Afgelopen jaar werd weliswaar een minimum-record gevestigd, maar het zou voorbarig zijn om daar een trendbreuk in te zien.

Verandering in zee-ijs-extent bij Antarctica in februari, de maand waarin de hoeveelheid zeeijs het kleinste is. Bron: AntarcticGlociers.org / NSIDC

Het effect van de terugverende bodem op de grondlijn

Kingslake et al. is vermoedelijk van alle drie de artikelen het minst relevant voor wat ons de komende eeuwen te wachten staat. Maar wetenschappelijk gezien vind ik het juist bijzonder interessant. Aan de hand van sedimentboringen en radaranalyses van het ijs zijn de bewegingen van de grondlijn van mariene gletsjers in West-Antarctica onderzocht in het huidige interglaciaal, het Holoceen. Het gaat hier dus om processen die zich afspelen op een tijdschaal van duizenden jaren. Volgens dit onderzoek zijn verschillende van die gletsjers in het verleden kleiner geweest dan ze nu zijn.

Het heeft te maken met postglaciale opheffing: het opveren van de bodem als de druk daar op afneemt omdat de ijskap na een ijstijd kleiner wordt. Dat gebeurde ook met de zeebodem rond het Antarctische continent. De zee werd dus minder diep en dit remde de beweging van het ijs in mariene gletsjers. Vooral richels op de zeebodem hebben zo’n afremmend effect. De zeebodem bij West-Antarctica heeft een structuur waar dergelijk richels veel voorkomen.

Aan het begin van het Holoceen was de oceaan dieper dan nu, waardoor marine gletsjers snel in volume afnamen. Door de opverende bodem vertraagde de stroomsnelheid van de gletsjers en daarmee ook de snelheid van afkalving van het ijs. Waardoor de ijskap weer groeide. De afbeelding hieronder geeft dit schematisch weer.

Schematische weergave van het groeien van een mariene gletsjer na het opveren van de zeebodem. Bron: Kingslake et al.

Meer kennis van dit fenomeen zou meer inzicht op kunnen leveren in de dynamiek van de ijskap op West-Antarctica en mogelijk ook op andere delen van dit continent. Dat zou ook door kunnen werken in projecties van ijssmelt en zeespiegelstijging voor de komende eeuwen. Maar of en hoe dat zou kunnen gebeuren is nog niet te zeggen.

Zie voor wat meer informatie over dit onderzoek het nieuwsbericht van Lamont-Doherty Earth Observatory van Columbia University.

Vulkanen?

De afgelopen dagen kwam enkele keren een mythe voorbij over het ijsverlies van Antarctica die is gebaseerd op een artikel van ruim een jaar geleden. Geologisch onderzoekers meldden daarin de vondst van een groot vulkanisch gebied onder het ijs van Antarctica, met maar liefst 91 vulkanen. Sommige pseudosceptici menen dat die vulkanen de oorzaak zijn van het smeltende ijs op Antarctica. Ze schijnen dus te denken dat die vulkanen er een halve eeuw geleden nog niet waren. Of dat ze ineens allemaal actief zijn geworden, zonder dat iemand daar iets van heeft gemerkt. Want er moet natuurlijk wel iets veranderen in de vulkanische activiteit om ijs dat er al eeuwen of millennia ligt zomaar ineens te laten smelten. Nog belangrijker: het ijsverlies van Antarctica vindt plaats vanuit de randen van de ijskap en niet vanuit de locaties van die vulkanen. Het artikel zegt het zo:

Currently, the WAIS [West Antarctic Ice Sheet – HC] may be undergoing another such wholesale retreat, as ice in the Pacific-facing sector has consistently been retreating from the time of the earliest aerial and satellite observations. We do not consider it likely that volcanism has played a significant role in triggering the current retreat, for which there is compelling evidence that the forcing has initiated from the margins

De ontdekking van die vulkanen is dan ook geen enkele reden om de menselijke invloed op het smeltende ijs van Antarctica te ontkennen. Integendeel. Volgens een artikel in The Guardian vindt een van de onderzoekers het juist reden om die menselijke invloed serieus te nemen. Hij sluit niet uit dat door het smelten van de dikke ijslaag de kans op een uitbarsting van die vulkanen toeneemt. Als de druk van het ijs afneemt kan het lava mogelijk makkelijker een uitweg vinden. Het gevolg zou meer ijsverlies kunnen zijn en dus een snellere zeespiegelstijging. Het artikel zelf waarschuwt daar ook voor:

Looking ahead, the thinning and potential removal of ice cover from the WARS volcanic province could have profound impacts for future volcanic activity across the region. Research in Iceland has shown that with thinning ice cover, magma production has increased at depth as a response to decompression of the underlying mantle (Jull & McKenzie 1996; Schmidt et al. 2013). Moreover, there is evidence that, worldwide, volcanism is most frequent in deglaciating regions as the overburden pressure of the ice is first reduced and then removed.

Perspectief

Als toetje nog een afbeelding uit een vierde artikel in Nature, dat een beeld schetst van Antarctica in 2070 onder een scenario met hoge emissies.