‘Dringend meer onderzoek nodig om te weten wat toekomst brengt voor zee-ijs rond Antarctica’

Klimaatmodellen zijn er de voorbije decennia niet in geslaagd om de afname van het Antarctisch zee-ijs correct te voorspellen. Nochtans heeft die afname verstrekkende gevolgen voor het klimaat en het leven op aarde. Een groep wetenschappers legt uit waarom betere modellen en metingen in de toekomst cruciaal zullen blijken.

Na twee seizoenen met recorddalingen blijft het zee-ijs op Antarctica dramatisch afnemen. We blijven ver onder de maximale winterniveaus, althans sinds het begin van de satellietmonitoring aan het einde van de jaren 1970.

Het zee-ijs, een laag bevroren zeewater die het Antarctische continent omringt, varieert van een maximale bedekking in september tot een minimum in februari. Het zomerminimum is ook verder afgenomen; in de afgelopen zeven jaar werden drie zomers met laagterecords vastgesteld.

Sommige wetenschappers suggereren dat dit jaar een game changer zou kunnen inluiden voor het Antarctische zee-ijs. De gevolgen daarvan kunnen verstrekkend zijn voor het klimaat op aarde, want zee-ijs houdt de planeet koeler door zonne-energie terug te kaatsen in de atmosfeer en de oceaan te isoleren. De vorming ervan genereert ook koude, zoute watermassa’s die de wereldwijde oceaanstromingen aandrijven.

Omvang van het zee-ijs

De jaarlijkse vries-dooicyclus van Antarctisch zee-ijs is een van de grootste seizoensveranderingen op aarde. Het is echter ook een grote uitdaging voor klimaatmodellen om het nauwkeurig te voorspellen.

Sinds de jaren 1970 houden satellieten een grootheid bij die bekend staat als “de omvang van zee-ijs”. Dat is de totale oppervlakte waar minstens 15% bedekt is met zee-ijs.

Afgelopen september bereikte die oppervlakte een laagterecord, alvast sinds het begin van de satellietmetingen.

Het jaar daarvoor, na de hele winter veel lager te zijn geweest dan de mediaan, maakte de omvang van het Antarctische zee-ijs een late opleving. Het bedroeg 18,3 miljoen vierkante kilometer op zijn maximum in september 2022, ongeveer 2% onder de mediaan van de periode tussen 1981 en 2010.

Hoewel 2% misschien niet veel lijkt, rapporteerden biologen de volgende zomer verwoestende gevolgen voor keizerspinguïns. In vier van de vijf broedplaatsen in een gebied waar er minder zee-ijs was, overleefde geen enkel kuiken.

In 2023 begon de Antarctische ijslaag nog dunner aan de winter dan in 2022, en tegen het einde van juli lag het bijna 13% onder het gemiddelde voor die tijd van het jaar van de periode 1981-2010. De maximale omvang werd bereikt op 7 september, met iets minder dan 17 miljoen vierkante kilometer. Dat is bijna 9% onder de mediaan van de periode 1981-2010.

Geen van de modellen die zijn gebruikt voor het laatste rapport van het klimaatpanel van de Verenigde Naties (IPCC) is er in geslaagd om de trend in de omvang van het Antarctische zee-ijs die is waargenomen tussen 1979 en 2018 te reproduceren.

Waarom we dat niet konden voorspellen

Antarctica heeft de trend van verdwijnend zee-ijs, die we al tientallen jaren in het noordpoolgebied zien, omgebogen. Satellietgegevens laten een kleine stijgende trend zien in de omvang van het Antarctische zee-ijs van 2007 tot 2016, maar daarna volgde weer een daling.

Uit een recente studie blijkt dat bijna geen van de modellen die zijn gebruikt voor het laatste rapport van het klimaatpanel van de Verenigde Naties (IPCC), er in geslaagd is om de trend in de omvang van het Antarctische zee-ijs die is waargenomen tussen 1979 en 2018 te reproduceren.

Wereldwijde klimaatmodellen voorspelden dat de omvang van het zee-ijs op Antarctica gedurende die hele periode zou zijn afgenomen, wat niet strookt met de waarnemingen.

Deze modellen blijven onze beste hulpmiddelen om het toekomstige klimaat te voorspellen. Ze zijn sinds de jaren 1960 ontwikkeld om het brede scala aan fysische processen die van belang zijn voor het klimaatsysteem zo realistisch mogelijk weer te geven.

Ze bestaan uit afzonderlijke componentmodellen voor de circulatie van de atmosfeer en de oceanen, de overdracht van zonne-energie door de atmosfeer, eigenschappen van het landoppervlak en de evolutie van zee-ijs.

Hoewel die modellen het over het algemeen goed hebben gedaan in het voorspellen van de opwarming van de oceanen en het landoppervlak in de afgelopen decennia, hebben ze moeite met het simuleren van Antarctisch zee-ijs.

Veel onderzoekscentra over de hele wereld hebben onderzocht waarom de modellen er niet in zijn geslaagd om het Antarctische zee-ijs nauwkeurig te simuleren. Veranderingen in wind- en golfpatronen, natuurlijke variabiliteit, stratosferisch ozon en smeltwater van de Antarctische ijskap dat de Zuidelijke Oceaan instroomt, zijn allemaal voorgesteld als mogelijke verklaringen.

Tot nu toe is geen van deze verklaringen het definitieve antwoord gebleken.

Veranderingen in de dikte

De dikte of diepte van het zee-ijs kan niet rechtstreeks door satellieten worden gemeten. Het is namelijk relatief dun en zout, en het ligt verborgen onder een laag sneeuw van onbekende dikte.

In tegenstelling tot het noordpoolgebied, waar we uitgebreide gegevens hebben van onderzeeërs en andere bronnen, is de informatie over de dikte van het zee-ijs op Antarctica erg schaars. De gegevens die we hebben zijn voornamelijk afkomstig van gaten die in het zee-ijs zijn geboord, meetstations voor zee-ijs en elektromagnetische inductiemetingen vanuit sleeën, helikopters of vliegtuigen.

Die gegevens zijn meestal afkomstig van landvast zee-ijs, dat vastzit aan land of ijsplaten.

We hebben slechts een paar diktemetingen vanuit de lucht boven vrij bewegend pakijs, dat het grootste deel van het Antarctische zee-ijs uitmaakt. En we hebben zowel de oppervlakte van het zee-ijs nodig als de dikte, om het volume te bepalen. En dat is dan weer belangrijk om de algemene impact van de klimaatverandering op het zee-ijs te kennen.

Antarctische stormen

McMurdo Sound is een gebied aan de Antarctische kust in de Rosszee, waar zowel Nieuw-Zeeland (Scott Base) als de VS (McMurdo Station) Antarctische bases hebben. Het zee-ijs in McMurdo Sound was in 2022 drastisch dunner dan normaal, maar niet in 2023.

Om deze veranderingen te kunnen voorspellen, hebben we drastisch verbeterde modellen nodig, meer metingen van de factoren die de verandering van het zee-ijs veroorzaken en nieuwe manieren om die metingen te doen.

In 2022 bleven meerdere stormen het zee-ijs van McMurdo Sound tijdens de winter wegblazen. Zee-ijs dat normaal ongeveer twee meter dik zou zijn, was maar 1 tot 1,3 meter dik omdat het niet op zijn plaats kon blijven en dikker worden tijdens het winterseizoen.

De sneeuwlaag was op sommige plaatsen dikker dan normaal, wat de groei van het zee-ijs vertraagde door het te isoleren van de koude lucht erboven. Het weer was niet warmer en het ijs was niet gesmolten; het was weggeblazen door de harde wind.

Dit dunnere zee-ijs veroorzaakte in 2022 grote verstoringen in de Antarctische activiteiten voor Nieuw-Zeeland en andere landen. Het geautomatiseerde monitoringsysteem voor zee-ijs van de Universiteit van Otago wordt elk jaar geïnstalleerd om de dikte van het zee-ijs, de temperatuur en de sneeuwhoogte te meten. In 2022 moest het personeel van Scott Base voor het eerst te voet met de apparatuur het zee-ijs op, omdat het te onveilig werd geacht om met voertuigen op te rijden.

Het aanzicht van open water voor McMurdo Station, midden in de winter in 2022, was schokkend voor ons. Maar ondanks de extreem lage ijsbedekking in de winter rond het grootste deel van Antarctica in 2023 vormde het zee-ijs in McMurdo Sound zich op een vergelijkbare manier als in de meeste jaren.

Het is nog niet duidelijk in welke mate klimaatverandering de oorzaak is van de enorme afwijkingen in de omvang of dikte van het Antarctische zee-ijs, maar gebeurtenissen zoals deze kunnen een voorbode zijn van wat ons te wachten staat.

Om deze veranderingen te kunnen voorspellen, hebben we drastisch verbeterde modellen nodig, meer metingen van de factoren die de verandering van het zee-ijs veroorzaken en nieuwe manieren om die metingen te doen.

Deze bijdrage werd oorspronkelijk gepubliceerd door IPS-partner The Conversation.

De auteurs van dit stuk zijn: Inga Smith, Associate Professor in Physics, University of Otago; Andrew Pauling, Research Fellow in Physics, University of Otago; Greg Leonard, Senior Lecturer in Surveying, University of Otago; Maren Elisabeth Richter, Assistant Research Fellow, University of Otago; Max Thomas, Senior Research Fellow, University of Otago; Pat Langhorne, Professor Emerita in Physics, University of Otago, en Wolfgang Rack, Associate Professor for Remote Sensing and Glaciology, University of Canterbury