NIEUWSSELECTIE  
  KORT NIEUWS  
  RADIO & TELEVISIE  
  MEDIA  

Smeltend onheil

Ook zonder broeikaseffect zal de westelijke ijskap op de zuidpool krimpen. Hoe snel de zeespiegel daardoor in de toekomst zal stijgen is niet duidelijk.

Expeditie naar de Ross Ice Shelf op de zuidpool, onder leiding van Jean-Louis Etienne.

Karel Knip

EEN VAN DE onaangenaamste gevolgen van het door de mens versterkte broeikaseffect is de rijzing van de zeespiegel. Voor een belangrijk deel is dat het onontloopbare gevolg van de opwarming en thermische uitzetting van oceaanwater, voor een ander deel komt het door het krimpen en smelten van gletsjers en de ijskappen die zij draineren. Het smelten van drijvend ijs heeft geen invloed op het zeeniveau.

In de laatste gezaghebbende studie van het VN-orgaan IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) wordt uitgesproken dat het meest aannemelijke scenario voor de toekomstige uitstoot van broeikasgassen gepaard zal gaan met een zeespiegelrijzing in de komende 100 jaar van ongeveer 50 centimeter. De afgelopen eeuw is de zeespiegel naar schatting met 10 tot 25 centimeter gestegen: gemiddeld 1,8 mm per jaar.

In het publieke debat over het gevaar van zeespiegelrijzing is relatief weinig aandacht voor het feit dat dit geregistreerde tempo niet goed is te verklaren. Het is bijna twee keer te groot voor het waargenomen verlies aan gletsjermassa en de geregistreerde opwarming (en uitzetting) van de oceanen. De grote onbekende in het spel is het gedrag van het ijs op de zuidpool waarover het IPCC luchtigjes constateert dat er te weinig over bekend is om met enige zekerheid te kunnen zeggen of de ijsmassa's daar de afgelopen eeuw zijn toegenomen of afgenomen.

Dit is een belangrijke verklaring voor de grote belangstelling voor de ijsbalans van de zuidpool. Maar niet de enige: een deel van de interesse komt ook voort uit een catastrofe-theorie die al opgang deed voor het broeikaseffect een begrip werd. Begin jaren zeventig verkondigde een aantal glaceologen (in het bijzonder Hans Weertman, Terry Hughes en Charles Bentley) de theorie dat de ijskap op de zuidpool inherent instabiel was. Een kleine verstoring zou daar het wegstromen van een zo grote hoeveelheid ijs op gang kunnen brengen dat de zeespiegel er wel 5 tot 6 meter door zou stijgen. In een zeker stadium van de theorievorming is wel aangenomen dat deze ramp zich al binnen een paar eeuwen zou kunnen voltrekken.

Het betrof en betreft in deze theorie (waarover tegenwoordig wat genuanceerder wordt gedacht) uitsluitend de westelijke zuidpoolkap: de West Antarctic Ice Sheet (WAIS). Aan de oostelijke ijskap wordt geen bijzondere instabiliteit toegeschreven omdat de ijsmassa's waaruit hij bestaat, net als het ijs van Groenland, overwegend steunen op rotsbodem die zich boven zeeniveau bevindt. De westelijke en oostelijke ijskap worden van elkaar gescheiden door de Transantarctische bergen. Een bescheiden deel van de oostelijke ijskap draineert via gletsjers die door openingen in de Transantarctische bergen naar de Ross Ice Shelf stromen.

De westelijke ijskap, duizenden meters dik, steunt voor het grootste deel op een rotsbodem die ver beneden zeeniveau ligt en die naar het centrum van de ijskap zelfs diep wegloopt: ten dele een effect van het gewicht van de enorme ijsmassa die er boven op rust. De ijsmassa is op korte termijn bezien ruwweg in balans: de hoeveelheid ijs die er jaarlijks in de vorm van verse sneeuw aan wordt toegevoegd is redelijk in overeenstemming met de hoeveelheid die jaarlijks via gletsjers en 'ijsstromen' aan de randen wegstroomt naar de oceanen. Een dynamisch evenwicht heet dat.

SHELF-IJS

Belangrijk voor de beschouwing van de instabiliteit van de ijskap is het feit dat een groot deel van het ijs niet rechtstreeks wegstroomt naar de oceaan, maar eerst wordt opgenomen in platen drijvend ijs van honderden meters dik: het shelf-ijs. Shelf-ijs moet niet worden verward met het zoveel 'vluchtiger' zee-ijs dat hooguit maar een paar meter dik is en in stabiliteitsbeschouwingen geen enkele rol speelt. Veel zuidpoolgletsjers eindigen in relatief bescheiden shelf-ijsplaten, maar op twee plaatsen vloeit het ijs van een groot aantal gletsjers samen tot reusachtige drijvende en hecht samenhangende ijsmassa's: de Ross Ice Shelf en de Filchner-Ronne Ice Shelf.

Deze twee invloedrijke ijsplaten zitten, zoals uit de illustratie blijkt, min of meer vastgeklemd tussen rotsachtige oevers waarvan ze veel wrijving ondervinden. Bovendien wordt het vrije uitstromen naar zee krachtig gehinderd door een aantal ondieptes waar de ijsplaten overheen moeten stromen. De plaats waar het door de rotsbodem ondersteunde ijs, het 'grounded ice', van de bodem loslaat om er over te gaan in het drijvende shelf-ijs heet de 'grounding line'. Onder grounded ijs kunnen geen schelpen en andere zeedieren leven, onder shelf-ijs wel. Daardoor is uit ouderdomsonderzoek aan gefossiliseerde resten van zeedieren, vooral schelpen, af te leiden wanneer een bepaald stuk zeebodem voor het laatst door grounded ijs werd bedekt. Dit soort waarnemingen, en een reeks andere, heeft tot het inzicht geleid dat de grounding line van de twee grote shelf-ijsplaten zich duizenden jaren geleden veel verder uitstrekte dan nu: tijdens het hoogtepunt van de laatste ijstijd (zo'n 15 20.000 jaar geleden) zelfs tot aan de rand van het continentale plat. Anderzijds lijkt het wel zeker dat de westelijke ijskap de laatste 1,3 miljoen jaar minstens eenmaal helemaal is verdwenen, want in de modderlaag onder de huidige ijskap zijn tamelijk 'jonge' resten van diatomeeën (kiezelrijke algen) gevonden (Science, 3 juli 1998).

Dergelijke waarnemingen en beschouwingen, terug te vinden in een reviewartikel van Michael Oppenheimer (Nature, 28 mei 1998), inspireerden de genoemde glaceologen tot een onderzoek naar de kans dat de (westelijke) zuidpoolkap op korte termijn opnieuw zou verdwijnen. Tot hun verrassing of ontzetting bleek die kans groot.

In een van de vroegste artikelen over een mogelijke instabiliteit (in de Journal of glaciology, nr. 67, 1974) voert Weertman berekeningen uit aan ijsstromingen in een sterk vereenvoudigd model van de westelijke ijskap. Het symmetrische model van de ijskap is rondom voorzien van een grote massa drijvend shelf-ijs en steunt op een rotsbodem die naar het centrum diep wegzakt. Als, zoals te verwachten is, bij een warmer wordend klimaat de 'grounding line' van het shelf- ijs terugtreedt (omdat het shelf-ijs smelt) wordt de vrij naar de periferie wegstromende ijslaag steeds dikker (omdat immers de ijskap naar het centrum toe steeds dikker wordt). Een dikke ijslaag stroomt sneller dan een dunne en al gauw kan zo een versnelling optreden die eindigt in een totale ineenstorting: een collapse.Dat is sterk versimpeld de essentie van Weertmans instabiliteits-theorie. De theorie is later belangrijk uitgebreid met het begrip 'buttressing'. Daarbij wordt benadrukt dat het drijvende shelf-ijs in werkelijkheid veel minder makkelijk wegstroomt dan lange tijd werd aangenomen omdat het, zoals gezegd, veel wrijving ondervindt van oevers en ondiepten. Het shelf-ijs levert een grote tegendruk aan het grounded ice en bepaalt misschien wel de snelheid waarmee dat de ijskap kan verlaten. Ook, of misschien wel vooral dáárdoor zou een grote instabiliteit optreden: naarmate het shelf-ijs dunner wordt glijdt het immers makkelijker over ondiepten.

aangroei

De beschouwingen over de mogelijke instabiliteit van de westelijke ijskap zijn nog grotendeels theoretisch van aard en verkeren vooral in de sfeer van de computermodellen. De vraag of het zich inmiddels manifesterende broeikaseffect al enige van de voorspelde ontwikkelingen teweeg brengt is nog grotendeels onbeantwoord. Eigenaardig genoeg voorspellen de gangbare klimaatmodellen (die overigens bijna geheel voorbijgaan aan de mechanica van het ijs, de stromingen en spanningen, enz.) een aangroei van de zuidpoolkap door een versterkte sneeuwval. Wel zou door verminderde zee-ijsvorming en andere opwarmingseffecten het patroon van zeestromingen zo kunnen veranderen dat op sommige plaatsen shelf-ijs aan de onderzijde versneld gaat afsmelten. Maar op andere plaatsen zou het omgekeerde te verwachten zijn.

Eén belangrijke verandering op de westelijke ijskap lijkt toch direct samen te hangen met het broeikaseffect, of voorzichtiger gezegd: met een lokale opwarming van het klimaat. De goed geregistreerde opwarming van het gebied rond het Antarctisch schiereiland (het wormvormig aanhangsel dat richting Vuurland steekt) ging gepaard met het uiteenvallen van de Wordie en een groot deel van de Larsen Ice Shelf. Vergeleken met de enorme Ross Ice Shelf zijn dat maar mini- ijsplaten, vergeleken met Nederland zijn het toch heel grote oppervlakken.

Dramatischer lijkt de geconstateerde snelle teruggang van de Pine Island gletsjer. De 'grounding line' van deze gletsjer blijkt in de periode tusen 1992 en 1996 jaarlijks met meer dan een kilometer te zijn teruggeschreden (Science, 24 juli 1998). Omdat de Pine Island gletsjer vrijwel ongeremd door shelf-ijs in zee stroomt, was hij al op voorhand door een glaceoloog als Terence Hughes aangewezen als zeer kwetsbaar voor klimaatverandering: de zachte onderbuik van de westelijke ijskap. Het vervolg van de waargenomen ontwikkelingen zou veel steun kunnen geven aan de instabiliteits-theorie van Weertman c.s.

Verontrustend leek ook het nieuws (najaar 1998) dat ook van de enorme Ronne Ice Shelf een groot stuk ijs was afgebroken, een stuk met een oppervlak van de provincies Friesland en Groningen tezamen. Toch is daaruit, zolang er geen trend zichtbaar wordt, niet al te veel te concluderen. Hetzelfde geldt overigens voor de wat wonderlijke mededeling (Science, 16 oktober 1998) dat satellietmetingen aantoonden dat de ijskap op de zuidpool (west en oost samen) redelijk in balans zou zijn. "Antarctica not shrinking" was de triomfantelijke kop van het persbericht dat de betrokken onderzoekers uitgaven. Uit een vergelijking van hoogtemetingen uit 1992 en 1996 was gebleken dat het ijsoppervlak in veel gevallen wel degelijk was gedaald maar dat dit in redelijke overeenstemming was met de geconstateerde variabiliteit in sneeuwval.

DREIGING

Een dergelijke geruststelling weegt niet op tegen de dreiging die uitgaat van een relatief nieuwe instabiliteits-theorie die ongeveer tien jaar geleden door Douglas MacAyeal werd uitgewerkt (Nature, 3 september 1992). MacAyeal kent een grote invloed toe aan de zogenoemde 'ijsstromen' die veel ijs van de westelijkse ijskap afvoeren naar de Ross Ice Shelf. IJsstromen (zie artikel hieronder) zijn gebieden van zeer snel stromend ijs die hun hoge snelheid danken aan een perfect smerende, glibberige modderlaag waarop zij rusten. De conditie en geografische verspreiding van deze modderlagen verandert volgens een aanname van MacAeyal met een traagheid die van dezelfde orde van grootte is als de traagheid waarmee ijstijden elkaar afwisselen (een tijdschaal van 100.000 jaar dus). Daardoor is de westelijke ijskap niet in staat steeds tijdig op grote klimaatveranderigen te reageren en ontstaat chaotisch gedrag met onvoorspelbare collapses. (Onvoorspelbaar, althans, zolang geen goed zicht bestaat op de verspreiding en conditie van de modderlaag.)Het onheil kan elk moment over ons komen, lijkt MacAyeal te zeggen. Des te welkomer is daarom het artikel van de Amerikaanse onderzoeker H. Conway c.s. die in Science (8 okober 1999) aan de hand van het hierboven al genoemde leeftijdsonderzoek aan gefossiliseerde dierenresten onder de Ross Ice Shelf aannemelijk maakt dat de 'grounding line' van dat shelf-ijs zich al z'n 10.000 jaar, gestaag en zonder zichtbare versnelling (zelfs eerder een vertraging) terugtrekt. Het huidige tempo van terugtrekken past in het tempo dat al vele eeuwen bestaat. Veranderingen die nu plaatsvinden zijn in de eerste plaats een trage reactie op het einde van de vorige ijstijd. Of met andere woorden: ook zonder broeikaseffect zal de westelijke ijskap inkrimpen. Maar langzaam, o zo langzaam.

Koud stromend ijs

Een belangrijke rol in de afvoer van het ijs uit de westelijke zuidpoolkap, de West Antarctic Ice Sheet (WAIS), blijkt te zijn weggelegd voor zogenoemde ijsstromen (ice streams). Naar schatting wordt zo'n tweederde van het ijs dat zich door sneeuwval ophoopt in het centrum van de WAIS vroeg of laat door ijsstromen afgevoerd naar een van de twee reusachtige drijvende 'shelfijs-platen' voor de kust: de Ross Ice Shelf en de Filchner-Ronne Ice Shelf. De rest van het ijs stroomt via andere ijsstromen of de meer gangbare gletsjers direct of via heel kleine shelfijs-platen naar andere delen van de omringende oceaan.

IJsstromen (leesbaar behandeld in New Scientist van 17 april 1999) zijn, net als gletsjers, rivieren van onzichtbaar traag stromend ijs. Anders dan gletsjers bewegen ze niet tussen onwrikbaar vaste oevers van rotsachtige berghellingen ('opgesloten in de topografie'), maar tussen ijs dat zelf ook schuift - zij het veel langzamer. Het snelheidsverschil tussen ijsstromen en de ijsmassa waarin ze zijn ingebed kan wel een factor 50 tot 100 bedragen. De reusachtige Ross Ice Shelf ontvangt ijs van het centrale deel van de WAIS via vijf ijsstromen die A, B, C, D en E zijn genoemd. De ijsdikte in de stromen is ongeveer 1000 meter, hun breedte bedraagt tientallen kilometers en ze zijn alle vijf zo'n 300 tot 500 kilometer lang. Een onderzoeker als Robert Bindschadler neemt aan dat dit een wetmatigheid is en dat ijsstromen er naar streven hun lengte constant te houden.

Het ijs in de ijsstromen beweegt met een snelheid van enige honderden meters per jaar, behalve in ijsstroom C die praktisch is stilgevallen en de snelheid van zijn omgeving heeft aangenomen. De overgangszone tussen de ijsstromen en het omringende trage ijs is ongeveer een kilometer breed en kenmerkt zich door een opvallende ruwheid en een grote hoeveelheid ijsspleten: daardoor zijn ijsstromen op lucht- en satellietfoto's goed te herkennen. Na hun aankomst in de drijvende Ross Ice Shelf waaieren de ijsstromen uiteen en nemen uiteindelijk dezelfde snelheid aan als het omringende ijs.

De intrigerende en aanvankelijk slecht begrepen hoge ijssnelheid in de ijsstromen heeft vanaf hun ontdekking veel aandacht gehad. De belangstelling nam nog toe toen men zich realiseerde dat de stromen een rol zouden kunnen spelen in de, op andere gronden, vermoede instabiliteit van de westelijke ijskap en een mogelijke 'collapse' daarvan. Vooral ijsstroom B (hierlinks op doorsnede weergegeven) heeft veel aandacht gekregen.

Inmiddels is wel duidelijk waaraan ijsstromen hun hoge snelheid danken. Anders dan de ijsmassa waarin ze zijn ingebed en die aan de onderzijde vermoedelijk is vastgevroren aan de rotsachtige ondergrond (of effectief wordt afgeremd door de grote ruwheid daarvan) wordt de onderzijde van de ijsstromen goed gesmeerd door een zeer waterige leemsoort (aangeduid met de Schotse term 'till') die zij voor een deel zelf opwekken en in stand houden. Die laag is een paar meter dik. Uit boringen is gebleken dat de temperatuur in de ijsstromen (die aan hun oppervlak min of meer in evenwicht zijn met de zeer koude lucht) naar de diepte toe net voldoende oploopt om op de bodem, bij de heersende druk, voldoende ijs tot smelten te brengen om het goed smerende waterverzadigde kleimengsel te bereiden. De relatief hoge temperatuur ontstaat gedeeltelijk door geothermische opwarming vanuit de bodem, maar vooral ook door de wrijving in de meeschuivende till en ijsmassa. (Hierin zou een deel van de vermoede instabiliteit van de WAIS kunnen schuilen: een eenmaal bewegende ijsmassa ontwikkelt aan de bodem zoveel warmte dat-ie zijn eigen smering en daarmee zijn snelheid in stand houdt.) Van groot belang is de vraag of de ijsstromen uitsluitend bewegen over gebieden waar makkelijk 'till' gevormd wordt of dat in principe overal till zou kunnen ontstaan. Die vraag is voor een deel beantwoord in Nature van 2 juli 1998, waarin een soort vetpot- systeem voor de smering van de ijsstromen wordt beschreven. Er zouden maar een paar plaatsen (met sediment gevulde bassins) zijn van waaruit de ijsstromen hun smeersel kunnen meeslepen. De bodem onder de westelijk zuidpoolkap is geologisch complex en het is daardoor onaannemelijk dat op heel veel andere plaatsen ijsstromen kunnen ontstaan. De kop van de ijsstromen zou zich steeds boven de genoemde basins bevinden. Het Amerikaanse zuidpoolonderzoek concentreert zich voor een groot deel op de genoemde ijsstromen A t/m E en in de afgelopen decennia zijn veel interessante gegevens verzameld. De stromen bezitten een opvallende dynamiek en grilligheid. Ze vertonen over de lengte van hun bedding een grote variatie in de ijssnelheid en veranderen ook met de tijd. Uit een vergelijk tussen satellietfoto's uit 1963 en 1989 blijkt dat de bedding van ijsstroom B zich verbreedt en dat zijn snelheid in die periode meer dan halveerde. In zijn totaliteit blijkt ijsstroom B niet goed in balans te zijn: hij voert veel meer ijs af dan zijn aanvoergebied (catchment area) aan ijs verzamelt.

IJsstroom C stroomt helemaal niet meer. Uit de mate waarin zijn gletsjerspleten inmiddels zijn dichtgesneeuwd wordt afgeleid dat ijsstroom C ongeveer 135 jaar geleden stil viel. Het vermoeden is dat een deel van het voor de smering benodigde water toen werd opgenomen door de bedding van ijsstroom B ('water piracy').

Veel gewicht wordt, of werd, toegekend aan de nog wat voorlopige waarneming dat de ijsstromen (vooral ijsstroom B) zich langzaam als het ware terugvreten naar het centrum van de WAIS. Robert Bindschadler ziet dat als een 'poging' van de stromen om hun oorspronkelijk lengte te behouden, want het staat vast dat de plaatsen waar de ijsstromen uitmonden in de Ross Ice Shelf ook langzaam terugschrijden. In het huidige tempo zou het centrum (en daarmee de totale collapse) van de ijskap over zo'n 7.000 jaar bereikt worden. Treedt een versnelling op (daar wijzen sommige waarnemingen op), dan zou het al over 4.000 jaar gedaan kunnen zijn. In Nature van 8 oktober 1999 is de ondergrond van het brongebied van vier ijsstromen met behulp van radaropnames uit een satelliet in beeld gebracht. Het blijkt dat het toestromende ijs voornamelijk het patroon volgt van de heuvels en dalen die eronder liggen. Wat dit betekent voor de theorie van Bindschadler, toch al aangetast door de aannemelijk grote rol van sediment gevulde bassins, wordt in het midden gelaten.