Er is de afgelopen jaren, ook bij ons, regelmatig aandacht geweest voor een vertraging in de circulatie van het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan, als gevolg van het smelten van het ijs op Groenland. Inmiddels wordt in de wetenschappelijke literatuur ook het nodige geschreven over een vergelijkbaar verschijnsel bij Antarctica. Vergelijkbaar, maar niet identiek. De situatie is bij Antarctica namelijk behoorlijk anders dan bij Groenland. Zo vormt de oceaan bij Groenland het eindpunt van het deel van de oceanische transportband dat warmte vanuit de tropen noordwaarts vervoert. Het heeft onder meer invloed op ons klimaat in West-Europa. Bij Antarctica cirkelt de hoofdstroom aan het oppervlak rond het continent, waardoor dat wordt afgeschermd van water uit warmere streken. Natuurlijk is er nog wel wat uitwisseling – er staat geen enorme dam rond de Zuidelijke Oceaan – maar die is vrij beperkt.
Een vertraging van de oceaancirculatie bij Antarctica zal, in elk geval in eerste instantie, niet zoveel merkbare effecten hebben aan het oceaanoppervlak. Dat maakt de vertraging natuurlijk ook lastiger detecteerbaar. De eerste gevolgen zullen zich voordoen in de diepzee. Ongeveer veertig procent van de oceaan bestaat uit koud en zout water dat bij Antarctica naar beneden is gezonken. De verticale circulatie in de oceanen zorgt voor uitwisseling van warmte, zuurstof, CO2 en nutriënten tussen het oppervlak en de diepzee. Zuurstof gaat vooral van boven naar beneden. Nutriënten gaan de andere kant op: die komen vrij bij de afbraak van naar de zeebodem gezonken organische resten en worden naar het oppervlak gevoerd als water vanuit de diepzee weer naar boven komt. Voor CO2 ligt het ingewikkelder. Enerzijds lost CO2 goed op in het koude water bij Antarctica en kan zinkend water dus CO2 afvoeren. Maar de afbraak van organische resten op de zeebodem levert weer extra CO2 op, dat uiteindelijk weer mee naar boven kan komen als het water opstijgt. Volgens een recent onderzoek heeft de afvoer bij de huidige CO2-concentratie de overhand. Door een vertragende circulatie zouden de oceanen dan minder CO2 op gaan nemen.
Het is aannemelijk dat er ook andere gevolgen zullen zijn. Het naar de diepzee zakkende water voert bijvoorbeeld ook warmte af vanaf het aardoppervlak. Zwakt de circulatie af, dan leidt dat niet tot meer opwarming, maar de opwarming kan wel sneller gaan. Dat kan het moeilijker maken voor mens en natuur om zich aan te passen. En als het sneller opwarmt bij Antarctica kan het smelten van ijs daar sneller gaan, waardoor de zeespiegel sneller stijgt. Dit soort veranderingen kan ook van invloed zijn op de atmosferische circulatie, met gevolgen voor bijvoorbeeld wind- en neerslagpatronen. En op het zeeleven, door het verminderde transport van zuurstof naar de diepe oceaan en van nutriënten naar het oceaanoppervlak. Maar omdat er zoveel processen in elkaar grijpen is er nog veel onzekerheid over de gevolgen. Volledig onvoorziene gevolgen zijn niet uit te sluiten.
De verticale circulatie in de oceanen wordt voor een belangrijk deel aangedreven door koud, relatief zout water dat naar beneden zinkt. Dat water ontstaat vooral in de poolnacht. Omdat het dan afkoelt, natuurlijk, maar ook omdat zout wordt verstoten uit zeewater als dat bevriest. Dat zout hoopt zich op in het water dat nog niet is bevroren. Bij Antarctica zakt dat zwaardere water naar de bodem van de continentale plaat. Daarvandaan kan het vervolgens op vier plekken naar de diepzee stromen. De animatie hieronder bevat een simulatie van die ‘onderzeese watervallen’ bij de Rosszee, een van die vier plekken.
Door de opwarming van het klimaat wordt het zeewater rond Antarctica minder koud en minder zout. Het zoutgehalte kan dalen door zoet smeltwater dat vanaf het continent de oceaan instroomt, of doordat er minder zeewater bevriest tot zee-ijs. Het water aan het zeeoppervlak wordt hierdoor minder zwaar en daardoor zakt er minder naar de bodem. Verder kunnen grootschalige windpatronen verschuiven door de opwarming en dat kan ook invloed hebben op de oceaancirculatie. Ook op kleinere schaal zijn zulke veranderingen mogelijk, door de interacties tussen onder meer lucht, zeeoppervlak en ijs.
Eind maart publiceerde een groep wetenschappers het resultaat van een onderzoek naar het te verwachten effect van deze factoren. Ze gebruikten een speciaal oceaan-zee-ijs-model, in combinatie met de resultaten van de CMIP6 klimaatmodellen. Er werd gerekend met een hoog emissiescenario (SSP5-8.5) voor de periode 2020 – 2050. De resultaten kunnen, onder meer vanwege het gebruik van dat pessimistische scenario, niet gezien worden als een accurate, kwantitatieve toekomstvoorspelling, maar ze geven wel een kwalitatieve indicatie van welke veranderingen op kunnen treden. In een sterk vereenvoudigde schematische weergave ziet dat er zo uit:
De laag koud, zout en zuurstofrijk water in de diepe oceaan rond Antarctica krimpt, omdat er minder van dat water wordt aangevoerd vanaf de continentale plaat. Ook het zuurstofgehalte daalt. Een uitgebreider overzicht van de gevolgen is een beetje een zoekplaatje. Daarin wordt de gemodelleerde situatie uit 1990 vergeleken met de projectie van 2050, zoals gezegd bij een hoog emissiescenario. De afbeelding geeft de belangrijkste stromingspatronen weer, de zoutgehaltes, en de ‘leeftijd’ van het water, ofwel hoe lang geleden het vanaf het oppervlak naar een diepere laag is gezakt. De afkortingen staan voor verschillende lagen in het water:
- AAIW (Antarctic Intermediate Water): koud en relatief zoet water dat vanaf het oceaanoppervlak bij Antarctica is gezonken naar de laag net daaronder;
- CDW (Circumpolar Deep Water): warmer en zouter water uit de rond Antarctica cirkelende circulatie;
- AABW (Antarctic Bottom Water): koud en zout water dat vanaf Antarctica naar de diepzee zinkt.
In de modelberekeningen blijft de circulatie bij Antarctica tot rond 2030 vrij stabiel. Maar dan begint er een flinke verzwakking. In 2050 is de hoeveelheid water die naar de diepte zakt met ongeveer veertig procent afgenomen. De verzwakking van de circulatie in de noordelijke Atlantische Oceaan begint in de simulaties veel eerder, ongeveer in 2000, maar gaat wel veel trager: een afname van zo’n twintig procent in 2050.
De vraag is natuurlijk hoe die simulaties zich verhouden tot de realiteit. Die vergelijking is niet zo makkelijk te maken omdat, zoals gezegd, de aanwijzingen voor een vertraging van de circulatie bij Antarctica niet voor het oprapen liggen. Toch is er wel iets over te zeggen. Dat is wat een groep wetenschappers, waarvan er enkelen ook hebben meegewerkt aan het modelonderzoek, doen in een artikel in Nature Climate Change dat vorige maand verscheen. Ze reconstrueren de hoeveelheid water die in de periode 1994 – 2017 naar de diepzee is gezakt bij drie van de vier plekken waar dat diepe water wordt gevormd. Daarvoor gebruiken ze onder meer metingen van de verticale stroming door boeien en van het zuurstof- en zoutgehalte in de diepe lagen van de oceaan.
Het resultaat is wat anders dan het model verwacht. Er was een forse afname van de vorming van diep water in de periode van 1994 tot 2009, gevolgd door een gedeeltelijk herstel. Maar over de hele periode bleef er wel een aanzienlijke afname over, van rond de dertig procent. Het meeste diepe water wordt gevormd bij de Rosszee en daar vinden ook de grootste veranderingen plaats. De onderzoekers vermoeden dat die veranderingen veel te maken hebben met wat zich een stuk verderop afspeelt in de Amundsenzee. Het water dat daar naar de zeebodem op de continentale plaat zinkt, vindt via de Rosszee een uitweg naar de diepe oceaan. Windpatronen die samenhangen met variabiliteit van het klimaat in de Stille Oceaan hebben invloed op de vorming van zee-ijs in de Amundsenzee en daarmee ook op het zoutgehalte van het water. Rond 2009 was er een omslag in die patronen, waardoor er sindsdien meer zee-ijs ontstond. Dat zou het gedeeltelijke herstel van de circulatie kunnen verklaren. Inmiddels is er volgens de onderzoekers weer een omslag de andere kant op geweest. De tijd zal leren of dat tot een nieuwe periode van vertraging in de circulatie leidt.
Alles overziend is de conclusie dat een stabiele circulatie van de oceaan ook bij Antarctica zeker geen vanzelfsprekendheid is bij een verdere opwarming van het klimaat. Maar hoe ingrijpend de veranderingen zijn en wanneer ze precies te verwachten zijn, daarover blijft nog veel onzeker. Absolute zekerheid zullen we daar pas over krijgen als het gebeurt. Als we het laten gebeuren. We zijn nu eenmaal onderweg naar onbekend klimatologisch terrein en hoe dat er precies uitziet weten we pas als we er zijn aangekomen.
Klimaatverandering 