Gastartikel: Hoe dicht is de West-Antarctische ijskap bij een ‘omslagpunt’?
Met zijn oostelijke en westelijke ijskappen en zijn schiereiland herbergt Antarctica genoeg ijs om de wereldwijde zeespiegel met ongeveer 60 m te doen stijgen.
De West-Antarctische ijskap (WAIS) is een relatief klein deel, dat een hoeveelheid ijs bevat die overeenkomt met 3,3 m stijging van de zeespiegel. Toch bevindt het grootste deel zich in een precaire positie en wordt beschouwd als “theoretisch onstabiel”.
Dientengevolge wordt de manier waarop de WAIS zal veranderen als reactie op de door de mens veroorzaakte opwarming, algemeen beschouwd als de grootste bron van onzekerheid voor de langetermijnprojecties van de zeespiegel.
Dit artikel maakt deel uit van een speciale reeks van een week over “omslagpunten”, waarbij een veranderend klimaat delen van het aardsysteem in een abrupte of onomkeerbare verandering kan duwen
- Explainer: Negen ‘omslagpunten’ die door klimaatverandering zouden kunnen worden veroorzaakt
- Gastbijdrage: Kan de Atlantische Omloop ‘stilvallen’?
- Gastbijdrage: De onomkeerbare uitstoot van een permafrost ‘omslagpunt’
- Gastbijdrage: Kunnen klimaatverandering en ontbossing het Amazonegebied doen afsterven?
- Gastenpost: Hoe dicht is de West-Antarctische ijskap bij een ‘omslagpunt’?
Het meest urgente aspect van deze onzekerheid is te begrijpen of instabiliteitsdrempels van ijs zijn overschreden, of de terugtrekking die we nu meten voorbestemd is om door te gaan, en of ijs dat vandaag onveranderlijk lijkt, dat ook in de toekomst zal blijven.
Volgens het jongste onderzoek ligt de drempel voor onomkeerbaar verlies van de WAIS waarschijnlijk tussen 1,5C en 2C van de gemiddelde opwarming van de aarde boven het pre-industriële niveau. Nu de opwarming al ongeveer 1,1°C bedraagt en de Overeenkomst van Parijs ernaar streeft de opwarming te beperken tot 1,5°C of “duidelijk minder dan 2°C”, zijn de marges om deze drempel te omzeilen inderdaad klein.
Mariene ijskap
Volgens het recente speciale rapport over de oceaan en de cryosfeer (SROCC) van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) zijn er twee belangrijke factoren die bepalen hoeveel de wereldwijde zeespiegel deze eeuw zal stijgen: de toekomstige door de mens veroorzaakte broeikasgasemissies en de manier waarop de opwarming de Antarctische ijskap beïnvloedt. Het IPCC zegt:
“Na 2050 neemt de onzekerheid over de door klimaatverandering veroorzaakte SLR aanzienlijk toe als gevolg van onzekerheden in emissiescenario’s en de daarmee samenhangende klimaatveranderingen, en de reactie van de Antarctische ijskap in een warmere wereld.”
De bezorgdheid over de kwetsbaarheid van de WAIS heeft vooral te maken met de zogenaamde “instabiliteit van de mariene ijskappen” (MISI) – “marien” omdat de basis van de ijskap zich onder de zeespiegel bevindt en “instabiliteit” vanwege het feit dat de terugtrekking zichzelf in stand houdt zodra deze begint.
Ijskappen kunnen worden gezien als enorme zoetwaterreservoirs. Sneeuw hoopt zich op in het koude binnenland, verdicht zich langzaam tot gletsjerijs en begint dan als een zeer dikke vloeistof terug te vloeien in de richting van de oceaan.
Op sommige plaatsen bereikt het ijs de kust en drijft op het oceaanoppervlak, waardoor een ijsplateau wordt gevormd. De grens tussen ijs dat op het landoppervlak rust (of de zeebodem in het geval van een mariene ijskap) wordt de “gronderingslijn” genoemd. De aanaardingslijn is het punt waar het water dat in de ijskap is opgeslagen, terugkeert naar de oceaan. En wanneer de ijskap zeewaarts beweegt, is er sprake van een positieve “massabalans” – dat wil zeggen dat de ijskap meer ijsmassa aangroeit dan dat hij aan zee teruggeeft.
Maar als de grondlijn zich terugtrekt, is de balans negatief. Een negatieve ijskapbalans betekent een positieve bijdrage aan de oceaan en dus aan het mondiale zeeniveau.
Instabiliteit
Dit basisplaatje van de ijskapmassa-balans is alles wat je nodig hebt om te begrijpen waarom glaciologen zich zorgen maken over MISI.
Verschuivingen in de ijsplaat aan de drijvende kant van de aardingslijn – zoals het dunner worden van de ijsplaat – kunnen ertoe leiden dat ijs aan de geaarde kant van de zeebodem wordt opgetild. Als dit ijs drijft, trekt de strandingslijn zich terug. Omdat het ijs sneller stroomt wanneer het drijft dan wanneer het aan de grond zit, zal de snelheid waarmee het ijs in de buurt van de grondlijn stroomt, toenemen. De door de snellere stroming veroorzaakte uitrekking wordt een nieuwe bron van verdunning in de buurt van de aardingslijn.
Dit wordt geïllustreerd in de onderstaande figuur. Naarmate het nieuwe drijvende ijs sneller stroomt en verdunt, kan het meer ijs doen opstijgen en drijven, waardoor de grondlijn wordt teruggedrongen.
Bovendien hebben de gebieden van de ijskap die het risico lopen van MISI een omgekeerde, of “retrograde” gradiënt, wat betekent dat het verder landinwaarts dieper wordt. Naarmate de grondlijn zich verder terugtrekt in dikkere delen van de ijskap, versnelt de stroming, waardoor het ijsverlies verder toeneemt. De omgekeerde gradiënt maakt dit proces zelfonderhoudend als een positieve terugkoppelingslus – dit is wat MISI tot een instabiliteit maakt.
Illustratie van Marine Ice Sheet Instability, of MISI. Het dunner worden van de steunende ijsplaat leidt tot versnelling van de ijskapstroming en het dunner worden van de maritiem-terminerende ijsrand. Omdat het vaste gesteente onder de ijskap afloopt naar het binnenste van de ijskap, leidt het dunner worden van de ijskap tot het terugtrekken van de aanaardingslijn, gevolgd door een toename van de zeewaartse ijsstroom, het verder dunner worden van de ijsmarge en het verder terugtrekken van de aanaardingslijn. Credit: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1a
Het is nog niet duidelijk of de MISI-drempel ergens op Antarctica is overschreden. We weten wel dat aardingslijnen zich terugtrekken langs de kustlijn van de Amundsenzee – het spectaculairst op de Thwaites-gletsjer. En de reden voor het terugtrekken lijkt relatief warm oceaanwater te zijn – ongeveer 2C warmer dan het historisch gemiddelde – dat in de richting van de vloedlijn stroomt en sterker dan gewoonlijk het smelten veroorzaakt.
1,000 km
Antarctisch
schiereiland
Ronne-ijsplateau
Oost-Antarctica
Ijskap
Pine Island-gletsjer
Zuidpool
West-Antarctica
Ijskap
Transantarctisch gebergte
Amudsen zee
Thwaites-gletsjer
Ross-ijsplaat
Grafiek: Carbon Brief. Credit: Quantarctica/Norwegian Polar Institute.
Als de instabiliteit niet is begonnen en als de opwarming van de oceaan stopt, dan zou de vloedlijn een nieuw evenwichtspunt moeten vinden op een nieuwe locatie. Maar als hij wel is begonnen, dan zal de terugtrekking doorgaan, ongeacht wat er daarna gebeurt.
Snellere stroming
Zelfs als de drempel is overschreden – of zelfs als hij in de toekomst wordt overschreden – kan de terugtrekking in verschillend tempo doorgaan, afhankelijk van hoe hard we “duwden” toen hij begon.
Hier ziet u hoe dat in zijn werk gaat. De instabiliteit hangt af van een evenwicht van krachten binnen de ijskap. Een zwaartekracht doet het ijs stromen met een snelheid die mede afhangt van de dikte en de helling van het oppervlak.
Een grotere smeltsnelheid aan de drijvende kant en een snellere stroming over de aanaardingslijn zullen het ijsoppervlak sneller doen afkalven dan kleinere snelheden dat zullen doen. De snellere daling zorgt voor een steilere oppervlaktehelling en dus voor een snellere stroming en een snellere terugtrekking.
Een vorig jaar gepubliceerde modelstudie van deze terugkoppeling toonde aan dat wanneer de MISI met een grotere duw (een grotere smeltsnelheid) begon, deze sneller verliep dan wanneer deze met een kleinere duw begon, zelfs nadat de extra smelt was verwijderd.
Dit betekent dat zelfs als MISI wordt ingeroepen, het terugdringen van de wereldwijde emissies en het vertragen van de opwarming meer tijd zullen geven om zich voor te bereiden op de gevolgen ervan.
IJskappen
Er blijkt een tweede bron van instabiliteit voor mariene ijskappen te zijn – een die in het spel komt als de ijskappen geheel verloren gaan.
Enkele van de meest spectaculaire beelden van gletsjerveranderingen zijn die van ijsbergen die afkalven – met andere woorden, afbreken – van de zwaar bekloofde fronten van mariene-terminerende gletsjers.
Dit afkalven wordt veroorzaakt door het smelten van de onderkant van de ijsplaat, maar ook door “hydro-fracturering” – waarbij smeltwater dat zich aan de oppervlakte van de ijsplaat vormt, in het ijs sijpelt en barsten veroorzaakt – of door een combinatie van beide.
Hoe snel het ijs afkalft, hangt af van de hoogte van de ijsklifter boven de waterlijn – hoe hoger de klif boven het water staat, hoe groter de afkalvingssnelheid.
Zoals bij MISI het geval is, betekent de afnemende gradiënt van de zeebodem onder de WAIS dat, naarmate de ijsklif zich terugtrekt in dikker ijs, deze een steeds hogere klif aan de oceaan blootstelt en de afkalvingssnelheid moet toenemen.
Dit proces, dat hieronder wordt geïllustreerd, wordt “marine ice cliff instability” (MICI) genoemd. De theorie is dat wanneer de gletsjer meer dan 100 m boven het oceaanoppervlak uitsteekt, de klif te hoog wordt om zijn eigen gewicht te kunnen dragen. Hij zal daarom onvermijdelijk instorten, waardoor een even hoge rotswand erachter bloot komt te liggen, die ook zal instorten. Enzovoort.
Het SROCC van het IPCC zegt dat “Thwaites Glacier is particularly important because it extends into the interior of the WAIS, where the bedding is >2000m below sea level in places”. (Hoewel het SROCC ook opmerkt dat, terwijl MISI een teruglopende helling van de bedding vereist om te kunnen optreden, MICI zelfs kan plaatsvinden op een vlakke of zeewaarts hellende bedding.)
Dit recent geïdentificeerde proces is niet zo goed bestudeerd als MISI, maar dit zal de komende jaren zeker veranderen, aangezien wetenschappers snel veranderende systemen zoals de Thwaites-gletsjer blijven observeren.
Illustratie van de instabiliteit van zee-ijskliffen. Als de klif hoog genoeg is (ten minste ~800 m totale ijsdikte, of ongeveer 100 m ijs boven de waterlijn), overschrijden de spanningen aan de voorkant van de klif de sterkte van het ijs, en de klif bezwijkt structureel bij herhaalde afkalvende gebeurtenissen. Credit: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1b
Een Nature-studie uit 2016 over MICI concludeerde dat Antarctica “het potentieel heeft om bij te dragen aan meer dan een meter zeespiegelstijging tegen 2100 en meer dan 15 meter tegen 2500”. Recenter onderzoek concludeerde dat dit waarschijnlijk een overschatting is, maar merkte op dat het nog niet duidelijk is welke rol MICI deze eeuw zou kunnen spelen. Een andere studie heeft ook gesuggereerd dat het snelle verlies van ijs door MICI kan worden afgezwakt door een langzamer verlies van de ijsplaten die de gletsjers tegenhouden.
Drempel dichtbij
Eind vorig jaar beoordeelde een groot team van modelleurs verschillende studies naar de reactie van ijskappen op de klimaatdoelstelling van Parijs om de gemiddelde opwarming van de aarde “ruim onder” 2C te houden.
De modellen wijzen allemaal in dezelfde richting. Namelijk dat de drempel voor onomkeerbaar ijsverlies in zowel de Groenlandse ijskap als de WAIS ergens tussen de 1,5C en 2C gemiddelde opwarming van de aarde ligt. En we zitten nu al op iets meer dan 1C opwarming.
Dit venster van 1,5-2C is de sleutel voor het “overleven van Antarctische ijskappen”, legde de review paper uit, en daarmee hun “steunende” effect op de gletsjers die ze tegenhouden.
Een andere drempel kan tussen 2C en 2,7C liggen, voegden de auteurs eraan toe. Het bereiken van dit niveau van wereldwijde temperatuurstijging zou kunnen leiden tot de “activering van verschillende grotere systemen, zoals de Ross- en Ronne-Filchner-drainagebekkens, en het begin van veel grotere SLR-bijdragen”.
De Ross en Ronne-Filchner zijn de twee grootste ijsplaten op Antarctica. Deze zouden “binnen 100-300 jaar” aanzienlijk kunnen afnemen, aldus een andere studie, in scenario’s waarbij de mondiale emissies hoger liggen dan het RCP2.6-scenario. Dit emissiepad wordt algemeen beschouwd als consistent met het beperken van de opwarming tot 2C.
Deze bevindingen impliceren dat het voorkomen van aanzienlijk ijsverlies op Antarctica afhankelijk is van het beperken van de wereldwijde emissies tot – of onder – RCP2.6. Zoals het rapport concludeert: “
-
Gastartikel: Hoe dicht is de West-Antarctische ijskap bij een ‘omslagpunt’?