Omdat ze veel zuurstof produceren en veel warmte en CO2 kunnen opslaan, zijn en blijven de oceanen van groot belang voor het leven op aarde en voor het aardse klimaat. Toch was er lange tijd weinig bekend over de eigenschappen van de oceanen. Dankzij het internationale Argo-programma is daar verandering in gekomen.
De afgelopen twintig jaar zetten wetenschappers uit meer dan 25 landen meer dan 17.000 meetboeien overboord, waarvan op dit moment nog 4.000 boeien actief zijn, die volautomatisch en tot grote diepte metingen uitvoeren, ongeacht het weer en ongeacht de scheepvaartroutes. Dit leverde een schat aan meetgegevens op waardoor we nu beter begrijpen hoe de oceanen het klimaat beïnvloeden en we betere prognoses kunnen opstellen over hoe dit in de toekomst gaat veranderen. En daar blijft het niet bij: een nieuwe generatie meetboeien kan drie keer zo diep afdalen (tot 6000 meter) en meet naast temperatuur, zoutgehalte en waterdruk ook biogeochemische grootheden, zoals zuurstof, chlorofyl, pH en nitraat. Zo vergroten we onze kennis over het transport van warmte, het leven onder water en de wereldwijde koolstofkringloop.
Waarom Argo?
Oceanen beïnvloeden verleden, heden en toekomst van onze planeet
Meer dan 70 procent van het aardoppervlak bestaat uit oceanen. Deze grote, diepe wateren hebben een enorme invloed op het leven en het klimaat op aarde. Zo bevatten ze grote hoeveelheden water, koolstof en warmte. En van alle zuurstof die we inademen, wordt het grootste deel geproduceerd door het fytoplankton in de oceanen. Deze eigenschappen van de oceanen hebben niet alleen het verleden en het heden van onze planeet sterk beïnvloed, ze zijn waarschijnlijk ook doorslaggevend voor de toekomst; vrijwel het gehele warmte-overschot van het broeikaseffect wordt immers opgeslagen in de oceanen. Wetenschappers en ontdekkingsreizigers doen al eeuwenlang pogingen om de oceanen diepgravend te onderzoeken. Maar zo makkelijk is dat niet. Vanwege hevige stormen en de aanwezigheid van ijs zijn de oceanen niet altijd toegankelijk voor schepen. Meetinstrumenten bezwijken onder de immense druk op grote diepte. En satellieten kunnen wel het oceaanoppervlak waarnemen, maar niet de stromingen en eigenschappen van het kilometers diepe water eronder. Daarin is de afgelopen decennia verandering gekomen.
Oceanen houden veel meer warmte vast dan de atmosfeer
De warmtecapaciteit is het vermogen om energie in de vorm van warmte op te slaan. Voor de oceanen is die vele malen groter dan voor de atmosfeer. Dit komt door een verschil in massa: de oceanen hebben weliswaar een kleiner volume dan de atmosfeer, hun massa is vele malen groter. Reken maar even mee: als je de warmte die nodig is om de hele atmosfeer één graad op te warmen zou gebruiken om de oceanen één graad op te warmen, dan kom je niet verder dan de bovenste vier meter. Dat is maar 1/1000 van al het oceaanwater!
Wat is Argo?
Snelgroeiende vloot van drijvende meetboeien
Dankzij een snelgroeiende vloot van meetboeien hebben wetenschappers nu een nauwkeurig beeld van wat zich allemaal in de oceanen afspeelt. De overvloed aan nieuwe meetgegevens is te danken aan Argo, een internationaal onderzoeksprogramma waarin meer dan 25 landen – waaronder Nederland – samenwerken. Wetenschappers uit deze landen zetten sinds 1998 al ruim 17.000 drijvende meetboeien uit, verspreid over alle oceanen. Nadat ze overboord zijn gezet drijven deze boeien mee met de oceaanstromingen. Met een slimme aandrijving bewegen ze op en neer tussen het wateroppervlak en een diepte van 2000 meter, waarbij ze de temperatuur, het zoutgehalte en de druk van het oceaanwater meten (druk is een maat voor de diepte). Elke tien dagen komen ze even boven water om de verzamelde gegevens via een satellietverbinding terug te sturen.
In september 2018 werd de mijlpaal van twee miljoen van zulke ‘meetprofielen’ bereikt; tussen 1870 en 1998 waren dat er ca. 500.000. In 20 jaar tijd verzamelde het Argo-programma dus bijna vier keer zoveel meetgegevens als in de 130 jaar ervoor! Ook de dekking van de nieuwe metingen is veel beter, zowel in de ruimte als in de tijd: de meetboeien zijn verspreid over de gehele oceaan en ze meten gedurende het gehele jaar, terwijl de oude metingen afkomstig zijn van een beperkt aantal scheepvaartroutes en alleen uit seizoenen met rustig weer. Zonder overdrijving kun je dan ook zeggen dat Argo de monitoring van de oceanen op een revolutionaire manier heeft verbeterd.
Hoezo ‘Argo’?
Dat is het schip van Jason en de Argonauten
In de Griekse mythologie gingen Jason en de Argonauten op het schip De Argo op zoek naar het Gulden Vlies – de gouden vacht van de god Chrysomallos. De naam Argo is gekozen omdat de meetboeien uit dit programma samenwerken met de Jason-aardobservatiesatellieten, die de vorm van het oceaanoppervlak meten. Tijdens de zoektocht vaart de Argo onder meer door de Ionische Zee, tevens de plek waar in 2018 het twee miljoenste meetprofiel is verzameld – een gedenkwaardige mijlpaal.
Doel van Argo?
Op zoek naar de geheimen van de oceanen
Oceanen hebben grote invloed op het klimaat en op klimaatverandering. Zo is de zeespiegelstijging deels afhankelijk van het smelten van ijskappen en deels van de hoeveelheid warmte die is opgeslagen in de oceanen. Hoe warmer de oceanen, des te hoger de zeespiegel. Net als het kwik in een thermometer, zet water namelijk uit als het warmer wordt. Daarnaast kunnen oceanen grote hoeveelheden van het broeikasgas CO2 opnemen – dit broeikasgas is een belangrijke veroorzaker van de recente temperatuurstijgingen in de aardse atmosfeer. Zonder oceanen zou er al zoveel CO2 in onze atmosfeer zitten dat het leven op onze planeet ondraaglijk zou zijn.
Dat de oceanen deze sleutelrol vervullen, was al langer bekend. Maar er waren te weinig gegevens om de onderliggende processen te begrijpen en te modelleren. Wetenschappers moesten het doen met schaarse metingen van schepen, of met satellietwaarnemingen van het oppervlak van de oceanen – niet van de diepte. Vandaar dat ze besloten met enkele duizenden meetboeien op zoek te gaan naar de geheimen van de oceanen. Alle boeien meten geheel automatisch, en tot op grote diepte, de temperatuur, het zoutgehalte en de waterdruk; sommige meten daarnaast ook biologische en chemische eigenschappen van het oceaanwater. Dankzij deze gegevens snappen wetenschappers beter hoe de oceanen het klimaat beïnvloeden en kunnen ze betere prognoses opstellen over hoe dit in de toekomst gaat veranderen. Net zoals het weer van morgen afhankelijk is van het weer van vandaag, hebben modelberekeningen namelijk goede gegevens over het heden nodig om iets verstandigs te kunnen zeggen over het klimaat van de toekomst.
Welke informatie hebben wetenschappers nodig?
Om de oceanen te monitoren en te modelleren zijn veel verschillende gegevens nodig, afkomstig van schepen, satellieten en – sinds 20 jaar – meetboeien. Hoeveel warmte en hoeveel CO2 er precies wordt opgeslagen in de oceanen, en hoe dit van jaar tot jaar en van gebied tot gebied verandert, is pas sinds kort bekend – met dank aan de Argo-meetboeien.
Nederlandse bijdrage aan het Argo-programma
Als nationaal kennis- en datacentrum voor weer, klimaat en seismologie is het KNMI sinds 2004 namens Nederland betrokken bij het Argo-programma. Nederland doet dat in samenwerking met andere Europese landen in de Euro-Argo organisatie. In totaal heeft het KNMI al 101 meetboeien uitgezet, waarvan er op dit moment 29 actief zijn. Dat aantal wordt in 2022 uitgebreid tot 36. De meeste bestaande boeien liggen in de zuidelijke Atlantische oceaan, de zeven nieuwe boeien worden uitgezet in de Caribische zee, in de buurt van de zogeheten BES-eilanden: Bonaire, St Eustatius en Saba. Binnen het Argo-programma heeft Nederland speciale belangstelling voor kennis en informatie over zeespiegelstijging, nu en in de toekomst. Van de zeven nieuwe Nederlandse meetboeien zijn er 4 betrokken bij een ‘vergelijkend warenonderzoek’ met vier Franse meetboeien van een andere leverancier.
Wat heeft Argo opgeleverd?
1. Een sluitende warmteboekhouding
Dankzij Argo is de onzekerheid van wereldwijde schattingen van warmteopslag, en daarmee van de zeespiegelstijging, aanzienlijk verminderd. Met behulp van Argo-metingen kunnen wetenschappers namelijk berekenen waar en hoeveel de warmte-inhoud van de oceaan verandert. Omdat zeewater uitzet als het opwarmt, kan ook de bijdrage ervan aan de zeespiegelstijging worden geschat. Afsmelten van landijs is de andere grote bijdrage. Dankzij het Argo-programma zijn beide bijdragen onafhankelijk van elkaar te meten (de ene met meetboeien, de andere met satellieten), en komt hun optelsom goed overeen met de waargenomen zeespiegelstijging. Daarmee is de warmteboekhouding van oceaan en atmosfeer gesloten – een mijlpaal in het klimaatonderzoek. Daardoor weten we nu dat meer dan 90 procent van de warmte die sinds de jaren zeventig door het broeikaseffect aan het klimaatsysteem is toegevoegd, is geabsorbeerd door de oceanen. Vijfenzeventig procent is opgeslagen boven de 2000 meter; 15 procent eronder.
2. Bewijs voor intensivering van de watercyclus
Naarmate de planeet verder opwarmt, intensiveert de watercyclus. Warmere lucht kan namelijk meer water bevatten en transporteren, waardoor zowel de verdamping als de neerslag toenemen. Toenemende verdamping boven de oceaan leidt tot een toenemend zoutgehalte, terwijl toenemende neerslag leidt tot een afnemend zoutgehalte. Dat is inderdaad wat Argo-metingen laten zien: de relatief zoute delen van de oceaan worden zouter (hoge verdamping, weinig neerslag), terwijl de relatief zoete delen zoeter worden (lage verdamping, hoge neerslag).
3. Betere stormvoorspellingen
Oceanen kunnen grote invloed hebben op het weer. Zo halen orkanen hun vernietigende energie uit het bovenste deel van de oceaan. Is de watertemperatuur hier hoger dan 26°C, dan kunnen stormen zich tijdens hun reis over de oceaan met energie blijven voeden. Temperatuurmetingen door Argo-meetboeien in de tropische oceanen helpen meteorologen om de stormintensiteit tijdens het orkaanseizoen beter te voorspellen.
4. Meer inzicht in transport van water en warmte
Oceanen zijn niet alleen reservoirs van warmte en water. De zogeheten thermohaliene circulatie (‘thermo’ staat voor temperatuur, ‘-halien’ voor zoutgehalte) zorgt voor een herverdeling van warmte en water. Een bekend voorbeeld is de Golfstroom, die warmte aanvoert vanuit de Golf van Mexico. Stijgen en zinken van watermassa's gebeurt onder invloed van de dichtheid van het oceaanwater. Die is afhankelijk van het zoutgehalte en de temperatuur. Dankzij Argo-metingen is er meer bekend over het transport van warmte en water in de oceanen.
De toekomst van Argo: meten op grotere diepte en andere grootheden
Argo staat aan de vooravond van een grote uitbreiding. Er zijn vergevorderde plannen voor meetboeien die kunnen afdalen tot een diepte van 6000 meter en die zijn uitgerust met sensoren om enkele biogeochemische (BGC) grootheden te meten, zoals zuurstof, chlorofyl, pH en nitraat. Ook komen er meetboeien die metingen kunnen verrichten in met ijs bedekte zeeën. Voor metingen op grotere dieptes moeten de boeien een druk kunnen weerstaan die 600 keer zo groot is als de luchtdruk op zeeniveau. Door deze uitbreidingen is binnenkort beter beheer mogelijk van levende mariene hulpbronnen (visserij) en ontstaat beter inzicht in het transport van warmte en water en in de wereldwijde koolstofkringloop.
