Zeestromen radiator ijs

Zoetwaterinjectie zet Europa in de diepvriezer

Als het ijs van Groenland plotseling smelt, kunnen de warme zeestromen in de Atlantische Oceaan tot stilstand komen, blijkt uit nieuw onderzoek. En dan kunnen we een eeuwenlange winter tegemoetzien.

Als het ijs van Groenland plotseling smelt, kunnen de warme zeestromen in de Atlantische Oceaan tot stilstand komen, blijkt uit nieuw onderzoek. En dan kunnen we een eeuwenlange winter tegemoetzien.

Shutterstock

Als je de circulatiepomp in de kelder uitzet, worden de radiatoren in de woonkamer snel koud. Datzelfde principe geldt voor de pomp die enorme hoeveelheden zeewater rondstuwt in de Atlantische Oceaan, waardoor warmte van zuid naar noord wordt verplaatst via de Golfstroom, helemaal naar de Britse Eilanden en Noorwegen.

De Golfstroom zorgt er onder meer voor dat West- en Noord-Europa veel mildere winters hebben dan Canada aan de andere kant van de oceaan.

Maar nu dreigen grote hoeveelheden vers smeltwater de verwarming uit te zetten.

Volgens nieuwe berekeningen van onderzoekers van de Deense universiteit van Kopenhagen kan de Golfstroom binnen enkele decennia een noodlottige grens overschrijden. En als er ineens veel zoet water in de zee tussen Groenland en IJsland belandt, kan de pomp zelfs zo verzwakt raken dat ons klimaat instort.

Golfstroom is onze warme vriend

De oceanen op aarde staan met elkaar in verbinding via een gigantische, wereldwijde transportband van zeestromen. Een uitloper van de transportband is de Golfstroom, die van de Golf van Mexico naar het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan stroomt.

Zeestroom verwarmt Noord-Europa

De Golfstroom is een sterke, warme oppervlaktestroom die van de oostkust van de VS naar het noorden trekt. Onderweg verdampt er water, en krachtige winden blazen de warmte daarvan naar Europa.

Hoe verder de stroom naar het noorden gaat, hoe meer warmte hij verliest. Door het warmteverlies wordt het water kouder, zouter en zwaarder. In de zee tussen Groenland en IJsland zinkt het zware oppervlaktewater tot een diepte van 2 à 3 kilometer.

De beweging werkt als een circulatiepomp die de stroom helemaal naar Antarctica drijft. Hier komt het water boven en stroomt het weer naar het noorden.

De laatste decennia is de dalende beweging van het water verzwakt doordat er met de opwarming van de aarde steeds meer zoet smeltwater van de Groenlandse ijskap in de Noord-Atlantische Oceaan belandt. Het zoete water is lichter dan het koude, zoute water van de Golfstroom, waardoor het niet zinkt maar aan de oppervlakte blijft.

532 miljard ton zoetwater is in 2019 van de ijskap van Groenland gesmolten.

Door de opwarming zou de wereldwijde transportband van zeestromen dus gevaarlijk dicht bij een kritiek punt kunnen komen, waarbij er voor de kust van Groenland zo veel zoet water in de oceaan terechtkomt dat de pomp volledig tot stilstand komt.

Smelten slaat op hol

Tot de millenniumwisseling was de Groenlandse ijskap min of meer stabiel, want de neerslag op het ijs compenseerde de hoeveelheid zoet water die door het smelten en afkalven van ijsbergen verloren ging.

Eind jaren 1990 verdween er 28 miljard ton ijs per jaar, maar de laatste jaren laat de ijskap elk jaar 250 à 300 miljard ton licht zoet water in zee stromen. In 2019 smolt er 532 miljard ton ijs, waarmee alle records werden gebroken.

Gesmolten zoet water

Miljoenen liters kristalhelder zoet water stromen dagelijks de Atlantische Oceaan in, waardoor de circulatiepomp van de zeestromen wordt verzwakt.

© Ian Joughin/Ritzau Scanpix

Klimaatwetenschapper Sebastian Mernild van de universiteit van Zuid-Denemarken schat dat de ijskap na 2040 een kritiek punt passeert, waarna die eeuwenlang zal blijven krimpen. Mernild is hoofdauteur van dit onderwerp van een rapport van het klimaatpanel van de VN, het IPCC.

Als de Groenlandse ijskap dit punt passeert, stroomt er onvermijdelijk steeds meer licht zoet water de Noord-Atlantische Oceaan in, waardoor de pomp verzwakt raakt en de kracht van de zeestromen wordt getemperd.

Wanneer de zeestromen volledig stilvallen, zullen de gevolgen aan beide zijden van de Atlantische Oceaan ernstig zijn.

De wintertemperatuur in het noordwesten van Europa kan 3 °C dalen en er zullen vaker zware winterstormen voorkomen. In Noord-Scandinavië kunnen de temperaturen zelfs meer dan 10 °C dalen.

17 miljoen m3 water per seconde transporteren de grote zeestromen van de Atlantische Oceaan.

Aan de andere kant van de oceaan, in de VS, zal het zeepeil aan de oostkust 15 tot 20 centimeter stijgen. Er zullen meer stormvloeden ontstaan als de Golfstroom geen grote watermassa’s meer wegleidt van de kust.

Netwerken bewaken zeestromen

De zeestromen in de Atlantische Oceaan vervoeren circa 17 miljoen kubieke meter water per seconde en zijn goed voor 1,3 biljard watt warmtetransport. Dat is 200 keer zoveel energie als alle elektriciteitscentrales ter wereld samen kunnen produceren.

Vanwege de ernstige gevolgen van een instorting zijn er de laatste 20 jaar drie netwerken van meetstations verspreid over de Atlantische Oceaan aangebracht, die zowel de koude bodemstromen als de warme oppervlaktestromen bewaken.

De Atlantische Oceaan wordt bewaakt door drie netwerken van sondes op de zeebodem. Ze zijn uitgerust met instrumenten die voortdurend het transport en de snelheid van de zeestromen meten.

Zeestromen netwerk monitoring
© Claus Lunau

1. Hele Atlantische Oceaan wordt bewaakt

Het SAMOC-netwerk strekt zich uit tussen Zuid-Amerika en Zuid-Afrika, het Rapid-netwerk tussen Florida en de Canarische Eilanden, en het OSNAP-netwerk van Canada tot Schotland via de zuidpunt van Groenland.

Zeestromen netwerk OSNAP
© Claus Lunau

2. Noordelijk netwerk bewaakt de pomp

Het OSNAP-netwerk meet het zinken van zwaar, zout water in de Noord-Atlantische Oceaan, dus de pomp achter de zeestromen. De metingen helpen de wetenschappers om uit te zoeken of de pomp volledig zou kunnen instorten.

Zeestromen netwerk sonde
© Claus Lunau

3. Kabels nemen de hele waterkolom op

De kabels van de sondes drijven in de waterkolom. Ze zijn uitgerust met instrumenten die de kracht en richting van de zeestromen meten, plus de dichtheid, het zoutgehalte en de temperatuur van het water op verschillende diepten.

De netwerken bestaan uit kabels die aan de zeebodem zijn verankerd en met boeien aan het zeeoppervlak strak worden gehouden. Ze zijn uitgerust met instrumenten die op verschillende diepten zowel de koude bodemstromen als de warme oppervlaktestromen, zoals de Golfstroom, opvangen.

Het OSNAP-netwerk speelt een sleutelrol omdat het de ontwikkelingen meet rond IJsland en in de Labradorzee, waar de circulatiepomp de diepe zeestromen zuidwaarts drijft.

In vergelijking met eerdere metingen door schepen blijkt uit de waarnemingen dat de kracht van de zeestromen sinds 1950 met 15 procent is afgenomen.

Maar dit is slechts een gemiddelde. Die kracht kan sterk variëren per jaar en per decennium.

In 2009 nam de stroom bijvoorbeeld 30 procent in kracht af, waardoor de Noord-Atlantische Oceaan bijna 200 biljoen watt minder warmte ontving – het equivalent van de energieproductie van meer dan 100.000 grote elektriciteitscentrales. Het gevolg was een ongewoon strenge winter in Europa.

Zeestromen netwerk OSNAP

De sondes in het OSNAP-netwerk worden van de zeebodem gehaald om hun metingen te kunnen aflezen.

© OSNAP

Om deze plotselinge, natuurlijke schommelingen te kunnen onderscheiden van de langdurige effecten van de door de mens veroorzaakte opwarming, zijn gegevens nodig die eeuwen teruggaan.

Een internationaal onderzoeksteam onder leiding van de Duitse klimaatfysicus Levke Caesar heeft dit nu gevonden in ‘natuurlijke klimaatarchieven’.

Golfstroom is historisch zwak

De belangrijkste bron van kennis over de zeestromen in het verleden zijn boorkernen uit de zeebodem. Die bevatten kleine slib- of zanddeeltjes die de zeestromen onderweg afzetten.

Wanneer er sterke stromingen zijn, bezinken alleen grote deeltjes en worden de kleine met de stroom meegesleurd. Als de stroming zwak is, slaan de kleine deeltjes ook neer. Uit de hoeveelheid kleine en grote deeltjes in de lagen van de boorkern blijkt dus hoe krachtig de stroom is geweest.

Zeestromen boormonster

Boorkernen laten zien hoe sterk de zeestromen vroeger waren. Bij sterke stromingen slaan alleen grote deeltjes neer, terwijl kleine deeltjes (grijs) tijdens perioden van zwakke stroming op de zeebodem worden afgezet.

Uit de boorkernen kunnen de onderzoekers ook iets opmaken over de vroegere temperatuur van het zeeoppervlak. Daartoe kijken ze naar de samenstelling van de minuscule diertjes met kalkschildjes die na hun dood naar de zeebodem zinken. Sommige soorten gedijen goed in warm zeewater, andere in koel water. Zo laat de samenstelling van de soorten in de kernen zien hoe warm of koud de zee geweest is.

Het team heeft ook gegevens verwerkt uit klimaatarchieven op het land, zoals boorkernen van de Groenlandse ijskap en boomringen, die prijsgeven hoeveel water er uit zee is verdampt en hoe warm de lucht boven de Atlantische Oceaan is geweest.

Door alle metingen te combineren hebben de wetenschappers nu een gedetailleerd overzicht van de kracht van de zeestromen van 400 n.Chr. tot heden.

15 procent is de kracht van de zeestromen de afgelopen 70 jaar afgenomen.

Tot 1850 werkte de circulatie van de Atlantische Oceaan als een geoliede machine. Dit was het einde van de zogeheten Kleine IJstijd. Tijdens de daaropvolgende opwarming nam het smelten van gletsjers op het noordelijk halfrond en van het Groenlandse ijs toe.

Rond Groenland en IJsland kwam er meer smeltwater terecht in het zeewater dat nog moest zinken, waardoor de circulatiepomp van de zeestromen werd ontregeld.

Vanaf 1950 en vooral na 2005 is de kracht van de pomp ernstig verminderd doordat er zo veel water smelt, en nu bevindt deze zich op het zwakste niveau sinds 1600 jaar.

Klimaatfysicus Levke Caesar concludeert dat de kracht van de zeestromen in 2100 met nog eens 34-45 procent kan zijn afgenomen als we zo blijven doorgaan met het uitstoten van broeikasgassen.

Ze schat dat de oceaancirculatie de komende eeuwen gevaarlijk dicht bij het kritieke punt kan komen, wanneer de Golfstroom instabiel wordt en helemaal dreigt in te storten.

Snelroute naar een klimaatramp

Klimaatfysici Johannes Lohmann en Peter Ditlevsen van de universiteit van Kopenhagen hebben nu modelberekeningen uitgevoerd die nauwkeurig aangeven bij hoeveel smeltwater vanuit Groenland de circulatiepomp volledig tot stilstand komt.

Snelle, krachtige golven van smeltwater van de Groenlandse ijskap kunnen de pomp die de zeestromen in de Noord-Atlantische Oceaan aandrijft, over tientallen jaren al uitzetten, blijkt uit nieuw onderzoek.

© Claus Lunau

1. Traditioneel model: Langzaam smelten leidt tot instorting

Deense wetenschappers hebben berekend hoeveel smeltwater er nodig is om de pomp achter de grote zeestromen in de Atlantische Oceaan uit te schakelen als het smelten gedurende 300 jaar langzaam toeneemt. Hierbij boeten de zeestromen aan kracht in, totdat er in het smeltseizoen meer dan 230.000 kubieke meter zoet water per seconde in zee belandt – en dan bezwijkt de pomp.

© Claus Lunau

2. Nieuw model: Plotseling smelten zet de pomp eerder uit

Vervolgens berekenden de wetenschappers wat er gebeurt als het ijs in snelle golven smelt. Hoe sneller het smelten toeneemt, hoe kleiner de hoeveelheid smeltwater die nodig is om het kritieke punt te passeren. Een snelle toevoer van relatief weinig zoet water zou de pomp dus binnen tientallen jaren kunnen uitschakelen.

In de simulatie vergrootten de onderzoekers de instroom langzaam over een periode van 300 jaar, totdat de kritieke toevoer werd overschreden bij 230.000 kubieke meter zoet water per seconde in de zomermaanden. Toen de instroom verder werd opgedreven, stortte de pomp tussen Groenland en IJsland volledig in.

De onderzoekers simuleerden vervolgens een reeks gebeurtenissen waarbij de instroom van zoet water in dat gebied sneller toenam, tot onder het kritieke punt van 230.000 kubieke meter per seconde, waarbij er geen gevaar zou mogen zijn.

Maar uit de berekeningen bleek dat zelfs kleine hoeveelheden smeltwater de zeestromen tot stilstand kunnen brengen als binnen 10 tot 150 jaar in hoog tempo zoet water wordt toegevoegd. En hoe sneller de ijskap in het model smolt, hoe minder smeltwater er nodig was om de pomp achter de zeestromen uit te schakelen.

230.000 liter zoet water per seconde is nodig om de circulatiepomp bij Groenland volledig te laten bezwijken.
Johannes Lohmann en Peter Ditlevsens

Uit de berekeningen van Johannes Lohmann en Peter Ditlevsen blijkt dat een snelle dosis smeltwater van de Groenlandse ijskap de Golfstroom kan stilzetten.

© Ola Jakup Joensen/NBI

Hopelijk komen we nooit te weten of de modellen van Lohmann en Ditlevsen kloppen. De beste manier om het risico van het instorten van de Golfstroom te beperken is de uitstoot van broeikasgassen snel en fors te verminderen.

Verder is het van vitaal belang dat de drie netwerken in de Atlantische Oceaan de komende decennia de kracht van de zeestromen blijven meten, zodat wetenschappers over betere gegevens gaan beschikken.

Dankzij de metingen kan preciezer worden berekend hoeveel ijs er met welke snelheid moet smelten om de circulatiepomp in de Atlantische kelder uit te schakelen.