Tekst Richard Bintanja & Sybren Drijfhout (kaders over zeespiegelstijging), KNMI
Foto Wim van Passel
Overal op aarde stijgt de temperatuur, maar het Arctische gebied is veruit koploper wat betreft de opwarming. Door deze opwarming neemt het zee-ijs in snel tempo af, valt er meer neerslag in de vorm van regen in plaats van sneeuw en krijgen zeehonden, walrussen en ijsberen het moeilijk omdat zij zee-ijs nodig hebben om te rusten, te jagen, of zich voort te planten.
Daarnaast ontstaat er meer ruimte voor economische activiteiten, zoals toerisme, visserij, oliewinning en noordelijke vaarroutes. Dit brengt positieve effecten met zich mee zoals groeiende inkomsten en werkgelegenheid maar ook uitdagingen zoals verstoring van de natuur, plastic afval en milieurisico’s. In deze special zet het KNMI de veranderingen, kansen en uitdagingen voor het noordpoolgebied op een rij.
Het barre noordpoolklimaat
Het Arctische gebied bestaat grotendeels uit oceaan (de Arctische Oceaan), omringd door landmassa's (Alaska, Canada, Groenland, Siberië) en wordt qua klimaat gedomineerd door ijs, sneeuw en vrieskou. In de winter dalen de temperaturen tot 40 graden onder nul en is de Arctische Oceaan tot bij Groenland een uitgestrekte witte vlakte, bedekt met enkele meters dik zee-ijs. In de korte Arctische zomer bereikt de temperatuur in een groot deel van het noordpoolgebied de nul graden en smelt het zee-ijs gedeeltelijk weg.
De neerslag in het noordpoolgebied valt grotendeels in de vorm van sneeuw, die het zee-ijs bedekt en het daardoor erg gevaarlijk maakt. Dunne gedeeltes zijn niet meer te herkennen. Talloze ontdekkingsreizigers hebben hun leven verloren doordat ze door het zee-ijs zakten en in de ijskoude Arctische Oceaan terechtkwamen. Tegelijkertijd voedt de sneeuwval de vele gletsjers en ijskappen in het noordpoolgebied, waaronder de immense Groenlandse IJskap.
Fotograaf:
Wim van Passel
Richard Bintanja
Het weer op de Noordpool is extreem wisselvallig
Het weer en klimaat in het noordpoolgebied fluctueren enorm: van dag-tot-dag, van maand-tot-maand maar ook van jaar-tot-jaar. Zo kan de gemiddelde temperatuur van het noordpoolgebied binnen enkele dagen vijftien graden toe- of afnemen. De variaties staan los van door de mens veroorzaakte klimaatveranderingen. Ze zijn het gevolg van natuurlijke processen die vooral met de warmte-uitwisseling tussen atmosfeer en oceaan te maken hebben.
Waarom warmt het noordpoolgebied zo snel op?
Overal op aarde stijgt de temperatuur, maar het Arctische gebied is veruit koploper wat betreft de opwarming. Dit is het gevolg van zogenaamde terugkoppelingen, oftewel klimaatprocessen die de opwarming versterken. Een belangrijk versterkend proces betreft het albedo (de reflectiviteit) van het aardoppervlak. Sneeuw en ijs weerkaatsen veel meer zonlicht (tot wel tachtig procent) dan water en land (ongeveer tien procent). De opwarming door broeikasgassen leidt tot afsmelting van zee-ijs en sneeuw. Hierdoor wordt het oppervlak een beetje 'donkerder', waardoor het meer zonlicht kan opslaan, en dus warmer zal worden. Hierdoor zal nog meer ijs en sneeuw afsmelten, zodat het oppervlak nog donkerder wordt. Dit proces wordt de albedo-terugkoppeling genoemd en samen met andere mechanismen versterkt dit proces de opwarming van het noordpoolgebied.
Het albedo een handje helpen?
Klimaatwetenschappers zijn over het algemeen sceptisch over de mogelijkheden om het albedo effect kunstmatig te herstellen. Wel wordt wereldwijd steeds meer naar geo-engineering gekeken: het kunstmatig manipuleren van natuurlijke systemen om klimaatverandering tegen te gaan. In een rapport van het klimaatpanel van de Verenigde Naties (IPCC) van 2018 worden verschillende mogelijkheden genoemd, zoals het bemesten van oceanen, het beïnvloeden van wolken en het veranderen van het albedo van het landoppervlak.
Het IPCC waarschuwt voor de grote onzekerheden in de effecten van geo-engineering op het klimaatsysteem, het milieu en de sociale aspecten. De beste manier om klimaatverandering tegen te gaan is door de uitstoot van broeikasgassen terug te dringen en door natuurlijke afkoeling te bevorderen, zoals door (her)bebossing.
Metingen over de afgelopen decennia laten zien dat het noordpoolgebied vooral in de winter tot wel drie keer zo snel opwarmt als de rest van de aarde. Deze opwarming is op sommige plaatsen overduidelijk te merken: zo waren de winters van 2015/2016 en van 2016/2017 op Spitsbergen tot wel tien graden warmer dan een gemiddelde winter in de periode 1980-2010. De afgelopen zestig jaar is Spitsbergen bijna zes graden warmer geworden.
Satellietwaarnemingen laten zien dat het zee-ijs razendsnel slinkt: sinds 1980 is de zee-ijs bedekking in september al met veertig procent afgenomen en ook de dikte van het ijs neemt zienderogen af. Door de opwarming smelten de Arctische gletsjers en ijskappen in recordtempo af.
Ondanks de grote natuurlijke fluctuaties is de door mens veroorzaakte klimaatopwarming al duidelijk zichtbaar in de langjarige metingen van Arctisch zee-ijs. De zee-ijs bedekking is de afgelopen decennia met veertig procent afgenomen.
Niet alleen het oppervlakte, maar ook de dikte van het zee-ijs neemt steeds verder af.
IJs smelt als de temperatuur boven nul komt. De verschillende soorten ijs in het noordpoolgebied smelten op verschillende manieren.
Zee-ijs smelt van boven en van onder
Zee-ijs smelt van boven af als de luchttemperatuur boven nul komt, en van onderen als het zeewater opwarmt. De afgelopen tientallen jaren heeft het noordelijke zee-ijs vooral volume verloren doordat het dunner werd vanwege afsmelting van onderen, en veel minder omdat het oppervlak afnam.
Gletsjers en ijskappen smelten via stroompjes en rivieren
Het ijs van gletsjers en ijskappen (samen landijs genoemd) smelt in het Arctische gebied vooral af omdat de temperatuur van de atmosfeer tot boven nul graden stijgt. Dit smeltwater verzamelt zich in stroompjes en riviertjes (op de Groenlandse IJskap vormen zich hele rivierenstelsels) die uiteindelijk in zee uitkomen. Dit smeltwater draagt bij aan de mondiale zeespiegelstijging.
Permafrost bodem zakt in bij ontdooiing
Ook de bevroren grond, permafrost, dat een enorm deel van de Arctic beslaat, ontdooit als lucht- en bodemtemperaturen tot boven nul stijgen. Dit heeft gevolgen voor de hydrologie (rivieren), infrastructuur (funderingen die wegsmelten) en voor het broeikaseffect. In de bodem opgeslagen broeikasgassen komen namelijk vrij als de permafrost ontdooit.
De katalysator van alle smelt: sneeuw wordt regen
Misschien wel het belangrijkste element van smeltend ijs is het dooien van sneeuw naar regen terwijl het naar beneden valt. Bijna alle neerslag begint als sneeuw en zodra de vlokken door warmere luchtlagen vallen smelten ze, en valt de neerslag als regen. Een recente studie laat zien dat bij verdere opwarming regen de dominante neerslagvorm kan worden in het Arctische gebied. Dit kan desastreuze gevolgen hebben, vooral omdat regenval het smelten van zee-ijs en permafrost versnelt, terwijl sneeuwval dit juist vertraagt.
Het terugtrekken van zee-ijs heeft als bijeffect meer neerslag. Vanwege de toename van open water zal de verdamping groter worden, wat meer bewolking en meer neerslag tot gevolg heeft.
Rond 2100 gaat jaartemperatuur tot 15 graden omhoog
Klimaatmodellen die worden gebruikt om veranderingen in het mondiale klimaat over de 21e eeuw te berekenen laten zien dat bij gelijkblijvende toename van de uitstoot van broeikasgassen de opwarming op de Noordpool steeds sneller zal verlopen. Aan het eind van de 21e eeuw zal de jaargemiddelde temperatuur op de Noordpool 10 tot 15 graden hoger zijn dan nu. Tegen die tijd zal de neerslag in het overgrote deel van het ooit ijskoude noordpoolgebied grotendeels in de vorm van regen vallen.
Rond 2050 is het zee-ijs in de zomer volledig verdwenen
De milde temperaturen en regenval leiden tot een versnelde afsmelting van het zee-ijs. De verwachting is dat het Arctische zee-ijs in de zomer al binnen enkele tientallen jaren (2040 – 2050) compleet verdwenen zal zijn, zodat het dan mogelijk wordt om naar de geografische Noordpool te varen. Ook de befaamde Noordwest- en Noordoost passages zullen binnen niet al te lange tijd in de zomer minder moeilijk bevaarbaar zijn.
Het smelten van zee-ijs draagt niet direct bij aan zeespiegelstijging, omdat het op het water drijft. Wel versterkt het de opwarming in het noordpoolgebied, doordat het oppervlak donkerder wordt en er meer zonlicht wordt geabsorbeerd. Door de relatief sterke opwarming verliest de Groenlandse ijskap (landijs) steeds meer massa, wat wél bijdraagt aan de wereldwijde zeespiegelstijging.
Rond 2100 wordt 10-30 cm van de mondiale zeespiegelstijging door massaverlies van de Groenlandse ijskap veroorzaakt
De zeespiegel zal als gevolg van klimaatverandering de komende honderden jaren onvermijdelijk blijven stijgen, maar de snelheid waarmee dit gebeurt hangt af van de hoeveelheid broeikasgassen die de maatschappij blijft uitstoten. De nieuwste zeespiegelscenario’s uit het speciale IPCC-rapport uit 2019 voorzien als meest pessimistische scenario – bij een toenemende broeikasgasemissie – een zeespiegelstijging van 1,1 meter zeespiegelstijging ten opzichte van de referentieperiode 1986-2005. Van deze 1,1 meter wordt 10 tot 30 centimeter toegeschreven aan massaverlies van de Groenlandse ijskap.
De link tussen het noordpoolgebied en het weer in Nederland
De afname van het zee-ijs draagt weliswaar niet bij aan zeespiegelstijging, maar wél, tezamen met een aantal andere processen, aan versnelde opwarming van het noordpoolgebied. Het Arctische gebied warmt twee tot drie keer sneller op dan de rest van de wereld. Deze sterkere opwarming kan via de ‘polaire straalstroom’ van invloed zijn op het weer in Nederland.
Een straalstroom is een slingerende band met zeer hoge windsnelheden op ongeveer 10 kilometer hoogte. De belangrijkste zijn de polaire straalstroom en de subtropische straalstroom. Vooral de ligging van de polaire straalstroom is van invloed op het weer in Nederland: ligt die ten noorden van ons dan is het warm, en ligt hij ten zuiden dan is het koud. Een straalstroom die vlakbij Nederland ligt brengt depressies met regen en wind.
De straalstroom wordt aangedreven door het temperatuurverschil tussen pool en tropen. Door de sterkere Arctische opwarming aan de grond, neemt het temperatuurverschil daar af wat een afzwakking van de straalstroom tot gevolg zou kunnen hebben. Op grotere hoogte in de atmosfeer is van een versnelde opwarming van het noordpoolgebied helemaal geen sprake, zodat het nog niet duidelijk is wat het netto effect op de straalstroom precies is en in de toekomst wordt. Maar als de straalstroom zwakker wordt, geldt: hoe trager de straalstroom over het aardoppervlak kronkelt, hoe groter de kans dat hetzelfde weerbeeld langer blijft bestaan. Langdurige periodes van hitte, droogte, kou of veel neerslag zouden kunnen samenhangen met een tragere straalstroom.
Uit langjarige metingen blijkt dat sprake is van een afname van de polaire straalstroom in de zomer, maar wat precies de reden van die afname is, is nog onduidelijk. Of dit het weer in Nederland al heeft veranderd, is nog niet te zeggen. Deze relatie kan duidelijker worden als de versnelde opwarming van het noordpoolgebied in de toekomst doorzet.
De Golfstroom is de “rivier” van relatief warm en zout oceaanwater die langs de kust van Noord-Amerika dwars over de Atlantische Oceaan richting Europa stroomt. Het is onderdeel van een veel uitgebreidere circulatie in de Atlantische Oceaan, waarbij water rond Groenland afkoelt, naar diepere lagen zakt en daarna zuidwaarts stroomt. De sterkte van de Golfstroom en de Atlantische oceaancirculatie wordt grotendeels bepaald door de mate waarin het water rond Groenland afdaalt. Deze neerwaartse stroming hangt sterk af van de dichtheid: zeewater met een hoge dichtheid zakt makkelijker naar beneden dan water met een lage dichtheid.
De dichtheid van zeewater hangt weer af van de temperatuur en het zoutgehalte, en allebei zullen ze veranderen als gevolg van klimaatverandering. Het zeewater rond Groenland warmt op, maar wordt vooral minder zout, door veranderingen in neerslag en verdamping en door toenemende afsmelting van de Groenlandse ijskap. Beide effecten leiden tot een afname van de dichtheid van zeewater aan het oppervlak. Vrijwel alle klimaatmodellen laten voor een scenario met sterke toekomstige opwarming een afname van de Atlantische oceaanstromingen zien.
Zo zien we al een afkoeling in de oceaan ten zuiden van Groenland, een effect dat door de afname van de Golfstroom verder versterkt kan worden. Zo’n verandering in de zeewatertemperatuur is van invloed op de luchtdrukpatronen in de atmosfeer. Zo kunnen lagere zeewatertemperaturen ten noordwesten van de Britse eilanden leiden tot het ontstaan van een relatief sterk hogedrukgebied (bij lagere temperaturen neemt de luchtdruk toe en is de lucht ‘zwaar’ waardoor makkelijker een gebied van relatief hoge druk ontstaat). Een hogedrukgebied boven de Britse eilanden zorgt er vooral in de zomer voor dat noordoostelijke winden in onze regio vaker voorkomen. In welk mate de Golfstroom kan afnemen en van invloed kan zijn op de windrichting in Nederland, is onderwerp van wetenschappelijk onderzoek.
Stilvallen van de Golfstroom is zeer onwaarschijnlijk
Het wordt op dit moment zeer onwaarschijnlijk gevonden dat de Golfstroom in de 21e eeuw helemaal stil zal vallen, wat een afkoeling in Europa tot gevolg zou hebben. Vrijwel alle klimaatmodellen sluiten zo’n abrupte verandering in de golfstroom uit. Het is wel waarschijnlijk dat de Golfstroom in de loop van deze eeuw wordt afgeremd. Dit zal het gebrek aan opwarming ten zuiden van Groenland alleen maar verder versterken en de opwarming in Europa afzwakken ten opzichte van andere continenten. Maar het afkoelend effect van een verzwakkende golfstroom is onvoldoende om de verwachte temperatuurstijging als gevolg van de uitstoot van broeikasgassen teniet te doen.
Permafrost is de bodem die het gehele jaar door bevroren blijft. Naar schatting is 20% van de aardse landmassa aan de bovenkant bevroren. Het noordpoolgebied herbergt een enorm oppervlak aan permafrost: grote delen van Canada, Siberië en Groenland zijn permanent bevroren. Permafrost komt zelfs - als overblijfsel van de laatste ijstijd - onder water voor, zoals in de Siberische bodem van de Noordelijke IJszee. Door de sterke opwarming van de Arctic en de toenemende regenval dreigen grote delen van het permafrost af te smelten: de schatting is dat 40 – 80% van de toplaag uiteindelijk zal verdwijnen. Bij het afsmelten van permafrost komen broeikasgassen vrij, vooral CO2 en methaan. De totale hoeveelheid koolstof opgeslagen in permafrost is ongeveer 5000 Gigaton CO2, honderd keer de huidige jaarlijkse uitstoot van broeikasgassen door de mens. De afsmelting van permafrost zal dus leiden tot een versterking van het broeikaseffect, en dus van de opwarming.
Ontdooiende ijs- en organische stofrijke permafrost in de Duvannyi Yar kliff en aan de Kolyma- rivier bij Cherskii. Foto: Jorien Vonk.
Invloed op de Nederlandse kust als Groenland afsmelt
Net zoals het water gelijkmatig stijgt bij het vullen van een bad, zou je misschien verwachten dat de zeespiegel overal evenveel omhoog komt. Maar op de schaal van oceanen spelen verschillen in zwaartekracht een belangrijke rol, waardoor het smeltwater van de ijskappen niet evenredig over de wereldzeeën verdeeld wordt. De grote ijsmassa’s op Groenland en Antarctica trekken de zeespiegel lokaal omhoog. Als deze ijsmassa’s afsmelten neemt de aantrekkende werking af, wat lokaal - tot een afstand van 2500 km vanaf de ijskap (gebied A) - juist een daling van de zeespiegel tot gevolg heeft. Verder van de ijskap af (gebied B) stijgt de zeespiegel wel, maar beperkt, omdat het zeeniveau hier - vanwege de geslonken ijskap - minder omhoog getrokken wordt dan voorheen. Nog verder van de ijskap (gebied C) wordt het water niet door de ijskap aangetrokken en zal de zeespiegel door het smeltwater snel stijgen.
Nederland bevindt zich op zo’n 3000 km van de Groenlandse ijskap, dus in gebied B, vlakbij de grens met A, vlakbij het kantelpunt waar de zeespiegel netto niet stijgt of daalt. Hierdoor merken we in Nederland bijna niets van het smelten van de Groenlandse ijskap. Van het smelten van de Antarctische ijskap (zuidpoolgebied) merken wij juist des te meer: ten opzichte van Antarctica bevindt Nederland zich namelijk in gebied C.
Is het afsmelten van de Groenlandse ijskap onomkeerbaar?
De Groenlandse ijskap is zo hoog en koud dat de neerslag als sneeuw blijft vallen. Aan de randen smelt de ijskap echter snel af. Dat komt doordat het daar warmer is door de lagere hoogte. De hoogte neemt door de smelt steeds meer af, waardoor het aan het oppervlak steeds warmer wordt en de afsmelt steeds sneller gaat. Het proces wordt onomkeerbaar als een zogenaamd kantelpunt wordt gepasseerd. De verwachting is dat de Groenlandse ijskap op den duur vrijwel geheel zal verdwijnen. Het afsmelten verloopt echter langzaam (duizenden jaren). Op een aantal locaties smelten de uitlopers van de Groenlandse ijskap door warmer zeewater echter ook van onderen af. Dit proces kan de afsmelting in de komende decennia nog verder versnellen.
