De oplopende temperatuur door klimaatverandering doet ijskappen en gletsjers sneller smelten. Het vrijgekomen smeltwater veroorzaakt een stijging van de zeespiegel, 1 een bedreiging voor laaggelegen kustgebieden zoals Nederland. IJskappen en gletsjers die in zee uitkomen, smelten sneller omdat ook het zeewater warmer wordt. Hier dragen een paar interessante processen aan bij. Een duik in de oceanografie.
Loes Gerringa, redactie Rutger Schilpzand
De oceaan is geen homogene watermassa
De oceaan bestaat uit lagen van verschillende dichtheid. Een stabiele oceaan heeft licht, lees minder dicht, water boven en zwaar, dichter water beneden. Dichtheid wordt bepaald door twee factoren: temperatuur en zoutgehalte. Warm water is lichter en zit daarom vooral in de bovenlaag, terwijl water met een hoog zout gehalte zwaar is en dus vooral in lagere lagen zit. De oceaan wordt voornamelijk verwarmd van boven door de zon, en een beetje vanaf beneden door aardwarmte. Het zoutgehalte van de open oceaan is vrij constant, 34.5 g/kg. Maar bij de kust varieert het zoutgehalte door instroom van zoet rivierwater en grondwater. In polaire gebieden komt hier nog zoet smeltwater bij. Het minder zoute water ‘drijft’ bovenop het zoutere water.
De open oceaan heeft een door de zon verwarmde, en hierdoor lichte, oppervlakte laag, waaronder lagen met hogere dichtheid liggen. Deze lagen zijn qua dichtheid stabiel. De lagen kunnen alleen gemengd worden door turbulentie, veroorzaakt bijvoorbeeld door een storm. Deze turbulentie is essentieel voor het leven in de oceaan. Algen, de basis van het voedselweb in zee, leven bovenin de oceaan waar zonlicht doordringt die ze nodig hebben voor hun fotosynthese. Daarbij consumeren ze voedingstoffen zoals stikstof en fosfor. Turbulentie zorgt voor menging, waardoor verse voedingstoffen uit dieper gelegen water omhoog worden gebracht.
Turbulentie zorgt niet alleen voor de verspreiding van voedingsstoffen, maar ook van temperatuur en zout. Dankzij dit mechanisme is de diepzee geen stagnante poel van koud zout water. In de diepzee heeft wind geen invloed. De voornaamste bron van turbulentie hier is het breken van interne golven. Hans van Haren, onderzoeker bij het NIOZ en expert op het gebied van interne golven, legt uit wat dat zijn.
Interne golven
Hans van Haren: “interne golven zijn, net als ‘gewone’ golven aan het wateroppervlak, bewegingen tussen lagen met verschillende dichtheid. Voor gewone golven zijn dat bewegingen tussen lucht en water, voor interne golven zijn dat bewegingen tussen waterlagen met verschillende dichtheid, dus verschillend in temperatuur en/of zoutgehalte. Deze golven worden vooral veroorzaakt door getijden en stormen. Gewone golven hebben een maximale hoogte van 10m, interne golven variëren van 10m in kustgebieden tot wel 200m in de diepzee. Op zich mengen golven het water niet. Het scheidsvlak tussen de lagen van verschillende dichtheid beweegt, maar breekt niet.
Pas als interne golven breken (vergelijkbaar met het breken van gewone golven op het strand), veroorzaken ze turbulentie en mengen ze het water. Interne golven breken vooral op obstakels onder water, zoals bergen, heuvels en riffen en ook op de kust. Voor de diepzee is dit de voornaamste bron van turbulentie.”
Versnelde smelt in Antarctica
Antarctica is de koudste plek op aarde met een gemiddelde temperatuur van -50°C. Voor de oceaan betekent dit dat hier de kou van boven komt, in tegenstelling tot de rest van de wereld. Hierdoor is de bovenste laag van de oceaan kouder dan de onderliggende lagen. Het zoutgehalte is hier de variabele die de gelaagdheid bepaalt. Het koude water blijft aan het oppervlak en zakt niet naar beneden, omdat smeltwater het zoutgehalte verlaagt. Tijdelijk in de zomer, op plekken waar geen ijs is, kan die bovenlaag nog lichter en stabieler worden wanneer ze door de zon wordt verwarmd.
Een van de factoren die bijdraagt aan het steeds sneller smelten van het ijs op Antartica, is het opstromen van relatief warm water uit diepere lagen. Dit is een bekend fenomeen in de Amundsen Zee. Deze zee ligt ten westen van de ondiepe zeeëngte Drake Passage. Omdat de stroming rond Antarctica oostwaarts is moet het water zich hier horizontaal en verticaal samenpersen om door te kunnen stromen 3. Dit heeft tot gevolg dat relatief warm water naar boven wordt gedrukt en onderaan de gletsjers likt. 4 Dit is een natuurlijk proces, maar wel één dat sterker wordt door klimaatverandering. 5
Een tweede proces dat versnelde smelt veroorzaakt door de temperatuur van het zeewater is lokale menging met het onderliggende warmere water door het afkalven van ijsbergen. Dit is dus een positieve terugkoppeling: het smelten veroorzaakt nog meer smelten, 7 Dit werd waargenomen na forse afkalving bij Rothera station, een Britse basis op het Antarctisch Schiereiland, dichter bij Drake Passage dan de Amundsen Zee. Op de sonar van een onderzoeksschip zagen Britse wetenschappers grote interne golven ontstaan.
Volgens Hans van Haren zullen de zo gegenereerde interne golven pas turbulentie opwekken als ze breken. Dit zal alleen gebeuren in een baai, als ze tegen de kust of onderwaterheuvel oplopen, niet als ze weglopen de oceaan op.
De enorme golven die de Britten zagen, zullen dus met name op lokaal niveau een positieve terugkoppeling kunnen geven.
- https://klimaatwiki.org/index.php/Gevolgen_voor_de_oceanen[↩]
- van Haren, H., et al. 2017. Prefrontal bore mixing, Geophys. Res. Lett., 44,9408–9415, doi:10.1002/2017GL074384[↩]
- Jacobs, S.S., et al. 1996. Antarctic ice sheet melting in the Southeast Pacific. Geophys. Res. Lett. 23 (9), 957–960. https://researchportal.northumbria.ac.uk/ws/files/26432416/Antarctic_Ice_Sheet_melting_in_the_southeast_Pacific.pdf. Assmann, K.M., et al. 2013. Variability of circumpolar deep water transport onto the Amundsen Sea continental shelf through a shelf break trough. J. Geophys. Res. Oceans 118 (12), 6603–6620[↩]
- Rignot, E., et al. 2008. Recent Antarctic ice mass loss from radar interferometry and regional climate modelling. Nat. Geosci. 1 (2), 106–110. https://escholarship.org/content/qt26f4j9vv/qt26f4j9vv.pdf[↩]
- Mankoff, K.D., et al. 2012. The role of Pine Island Glacier ice shelf basal channels in deep-water upwelling, polynyas and ocean circulation in Pine Island Bay, Antarctica. Ann. Glaciol. 53 (60), 123–128. Jenkins et al. 2018. West Antarctic Ice Sheet retreat in the Amundsen Sea driven by decadal oceanic variability. Nature Geoscience, vol 11, 733–738. https://doi.org/10.1038/s41561-018-0207-4. chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/https://nora.nerc.ac.uk/id/eprint/518311/1/Jenkins_et_al_Nature_Geoscience_2018%20%28002%29.pdfl[↩]
- Schlitzer, R., 2020. Ocean Data View.[↩]
- https://klimaatwiki.org/index.php/Gevolgen_voor_de_cryosfeer[↩]
- https://www.bas.ac.uk/news/making-waves-researchers-set-out-to-uncover-secrets-of-antarcticas-underwater-tsunamis/[↩]