De rol van oceanen, sneeuw en ijs in het klimaat

Een zee van kennis

De aarde wordt voor een groot deel bedekt door water, ijs en sneeuw. Oceanen, gletsjers, ijskappen en bevroren ondergrond. De effecten van klimaatverandering op dit water in al zijn vormen zijn inmiddels wereldwijd duidelijk zichtbaar. Het smelten van gletsjers en ijskappen, het ontdooien van permafrostgebieden, de afname van de hoeveelheid zee-ijs en de steeds snellere stijging van de zeespiegel. Mens en natuur staan in toenemende mate onder druk door deze effecten. Deze bevindingen doet het IPCC in het speciale rapport over oceanen, sneeuw en ijs (de cryosfeer) in een veranderend klimaat. In deze special zet het KNMI de wetenschappelijke bevindingen op een rij. De focus ligt hierbij op zeespiegelstijging, nu en in de toekomst. Deltares heeft de mogelijke  gevolgen voor Nederland op een rij gezet.

Oceanen

Onder het oppervlak van de oceaan gebeuren fascinerende dingen. Stromingen in de oceaan verspreiden warm water van de tropen naar de polen en koud water van de polen naar de tropen. De oceaan neemt niet alleen water en warmte op, ook CO2 wordt voor een belangrijk deel door de oceanen opgenomen en over de aarde verspreid. 

Door klimaatverandering stijgt de zeespiegel, warmt de oceaan op, komen hittegolven in de zee vaker voor, verzuurt de oceaan en bevat zij minder zuurstof.

Sneeuw en ijs

Een groot deel van ons zoetwater zit gevangen in sneeuw en ijs. Al deze bevroren delen van de aarde wordt cryosfeer genoemd. De cryosfeer is belangrijk door de bijdrage aan zeespiegelstijging en door smeltwater afvoer via rivieren. Gletsjers trekken zich terug, in het Noordpoolgebied neemt zee-ijs af, permafrost ontdooit, ijskappen op Groenland en Antarctica verliezen massa en sneeuwval op gematigde breedte op het Noordelijk Halfrond wordt aanzienlijk minder.

Risico voor kustgebieden én bron van water

Veranderingen in oceanen en cryosfeer hebben een grote impact op de overstromingsrisico’s. Vooral de dichtbevolkte kustgebieden op aarde, waar in 2050 naar verwachting meer dan een miljard mensen zullen wonen, lopen grote risico’s. Daarnaast staan oceanen, sneeuw en ijs aan de basis van onze watervoorziening. Regen en smeltwater van sneeuw en gletsjers in de bergen voedt rivieren die mensen stroomafwaarts van water voorzien.

Opwarming zonder oceanen nog vele malen groter

De oceanen hebben een belangrijke vertragende werking op de opwarming van de aarde. Dit komt door de enorme hoeveelheden warmte en koolstof die in de oceanen opgeslagen kunnen worden. Zeewater kan veel meer warmte en koolstof opslaan dan lucht. De oceaan heeft ongeveer 30 procent van de door de mens uitgestoten CO2 geabsorbeerd en 93 procent van de extra warmte als gevolg van klimaatverandering. Zolang de aarde blijft opwarmen, zal de oceaan deze bufferende werking blijven behouden en CO2 en warmte blijven opnemen. Hierdoor zijn de oceanen een van de belangrijkste klimaatregelaars.

Oceaanstromingen verdelen de opgenomen warmte en koolstof over grote afstanden en diepten. Zo wordt veel warmte vanuit de tropen via oceaanstromingen naar de poolgebieden getransporteerd. Door afkoeling krijgt het oppervlaktewater op sommige plaatsen een grotere dichtheid en zinkt het naar beneden. Met deze daling neemt het koolstof mee de diepte in. Andersom, van onder naar boven, kan ook stroming ontstaan als door de wind koud water uit diepere lagen opwelt. Hierdoor vindt warmte-, zuurstof- en koolstofuitwisseling tussen de diepe oceaan en de atmosfeer plaats, wat goed is voor planten en dieren. De gebieden waar dit koude water opwelt zijn vaak de belangrijkste gebieden voor visserij, zoals de Canarische stroom en de Californische stroom.

Sneeuw en ijs reflecteren zonne-energie

Ook sneeuw en ijs spelen een belangrijke rol in het klimaatsysteem. Het witte oppervlak reflecteert zonne-energie. Als het ijs- en sneeuwoppervlak kleiner wordt, wordt er minder gereflecteerd en neemt de aarde meer zonne-energie op. Vooral in de poolgebieden, waar het ijsoppervlak aan het afnemen is, draagt dat bij aan een versterkte opwarming.

Traag en abrupt

Het duurt honderden tot duizenden jaren voordat de oceaan en ijskappen zich volledig hebben aangepast aan veranderingen in het klimaat. De diepe oceaan en de grote ijskappen lopen daarom achter op het snel veranderende klimaat. Zelfs als we in staat zijn om de uitstoot van broeikasgassen snel te beperken of terug te dringen, zullen de veranderingen in de oceanen en cryosfeer nog honderden tot duizenden jaren doorgaan.

Hoewel oceanen en de cryosfeer traag reageren op klimaatverandering, zijn er ook een aantal ’kantelpunten’ te onderscheiden. Vanaf dat moment treedt er een onomkeerbare verandering op. Voorbeelden van kantelpunten die voor snelle en abrupte veranderingen in het klimaat kunnen zorgen zijn de afname van de grootschalige circulatie in de Atlantische Oceaan of onomkeerbare massaveranderingen van de West-Antarctische IJskap. Deze kantelpunten maken de risico’s van klimaatverandering veel groter.

Check de actuele wereldwijde CO2-concentratie

Waargenomen en verwachte veranderingen in het klimaat

Inmiddels is de opwarming van de aarde, de oceaan en de poolgebieden niet alleen een verwachting, veranderingen worden daadwerkelijk waargenomen. Een aantal voorbeelden van die veranderingen zijn:

• In 2016 passeerde de wereldgemiddelde atmosferische CO2-concentratie 400 ppm (= aantal deeltjes per miljoen), een niveau dat de atmosfeer gedurende de afgelopen 800.000 jaar en mogelijk zelfs veel langer niet heeft gekend. In september 2019 was de concentratie 409 ppm; 
• Door de toename van broeikasgassen is de aarde met ongeveer 1 graad sinds 1850-1900 opgewarmd, vooral vanaf 1970. De gemiddelde temperatuur van de bovenste laag van de oceaan is sinds 1970 met 0,11 graden per tien jaar gestegen. Hierdoor komen hittegolven in zee en andere extreme gebeurtenissen vaker voor. In de 21e eeuw zal de opwarming van de oceaan naar verwachting doorgaan, maar wel veel minder hard als we de uitstoot van broeikasgassen weten te verminderen of stoppen.
• Door de opwarming stijgt de zeespiegel sinds 1850 met grotere snelheid dan de twee eeuwen daarvoor. De stijging wordt veroorzaakt door water afkomstig van gletsjers en ijskappen, maar ook door de uitzetting van de oceanen als gevolg van de opwarming (thermische expansie, warm water neemt meer volume in dan koud water). De stijging van het zeeniveau zal nog eeuwen tot millennia doorgaan (zie 'Zeespiegelstijging nu en in de toekomst'), zelfs als we de uitstoot van broeikasgassen weten te beperken, maar stijgt veel minder bij sterke emissiereducties. 
• Oceanen worden zuurder en verliezen zuurstof. Tot 2011 heeft de oceaan ongeveer 30 procent van de hoeveelheid CO2 opgenomen die sinds de industriële revolutie in de atmosfeer terecht is gekomen. Hierdoor is de zuurgraad van de oceanen met 26 procent toegenomen. Dit heeft zowel positieve maar vooral negatieve effecten op ecosystemen, met name daar waar organismen kalkskeletjes maken (die oplossen in zuur), zoals bij koralen. Tegelijkertijd daalt het zuurstofgehalte van de oceaan, op sommige plaatsen zelfs dramatisch. Verwacht wordt dat oceaanverzuring en de vermindering van de hoeveelheid zuurstof de komende eeuw zullen doorgaan en dat dit vis en zoogdierpopulaties kan schaden.
• Door de opwarming verliezen de ijskappen op Groenland en Antarctica in hoog tempo massa, neemt het zee-ijsoppervlak af en worden vrijwel alle gletsjers op aarde kleiner. Vooral de afname van het zee-ijsoppervlak aan het eind van de zomer in het Noordpoolgebied verloopt bijzonder snel. Ook de dikte van zee-ijs neemt op het noordelijk halfrond sterk af, en relatief oud ijs dat meerdere zomers heeft overleefd verdwijnt snel; het meeste zee-ijs in het Noordpoolgebied bestaat inmiddels uit eerste-jaar ijs dat in de herfst en winter aangroeit maar tijdens de lente en zomer weer wegsmelt.