Present-day ocean circulation constrains divergent overturning futures

De oceaan is geen statisch waterlichaam; het is een enorme, traag bewegende transportband die warmte, voedingsstoffen en koolstof rond de wereldbol circuleert. In de Atlantische Oceaan, een belangrijk deel van dit systeem, bekend als de Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), voert een stroming warm water naar het noorden en koud water naar het zuiden. Wetenschappers weten al lang dat deze stroom vertraagt naarmate de planeet opwarmt, wat de angst aanwakkert dat deze zo drastisch zou kunnen verzwakken dat hij volledig ophoudt met functioneren. Een dergelijke instorting zou ernstige gevolgen hebben, wat potentieel kan leiden tot snelle afkoeling in Noordwest-Europa en het verstoring van mariene ecosystemen wereldwijd. Het voorspellen van hoe zwak deze stroom precies zou kunnen worden, of of het ooit een punt van geen terugkeer zal passeren, is echter een van de moeilijkste uitdagingen in de klimaatwetenschap gebleven. Verschillende computermodellen hebben tegenstrijdige antwoorden opgeleverd, waarbij sommige suggereren dat een totale stilstand mogelijk is binnen deze eeuw, terwijl andere suggereren dat het systeem veerkrachtiger is.

Een nieuwe studie door onderzoekers van het UK Met Office en de University of Exeter biedt een manier om door deze tegenstrijdige voorspellingen heen te kijken door naar de huidige staat van de oceaan te kijken. Het team richtte zich op de paden die diep water neemt om terug te keren naar het oppervlak, een proces dat essentieel is om de transportband in beweging te houden. Ze ontdekten dat de sterkte van de opwelling in de Zuidelijke Oceaan — de enorme watermassa die Antarctica omringt — fungeert als een krachtige voorspeller voor de toekomst van de Atlantische stroom. Door real-world oceandata te analyseren en deze te vergelijken met tientallen klimaatmodellen, ontdekten de onderzoekers dat de huidige oceaan al tekenen van veerkracht vertoont. De huidige opwelling in de Zuidelijke Oceaan is sterk genoeg om aan te geven dat de Atlantische stroom onwaarschijnlijk zal instorten in een extreem zwakke staat onder matige niveaus van wereldwijde opwarming. Deze bevinding daagt recente alarmistische projecties uit die suggereerden dat een kantelpunt halverwege deze eeuw bereikt zou kunnen worden, en geeft aan dat hoewel het systeem zal veranderen, een totale stilstand minder waarschijnlijk is dan sommigen vreesden.

De onderzoekers keken niet alleen naar de Atlantische Oceaan in isolatie; ze onderzochten het gehele mondiale systeem. Ze realiseerden zich dat de retourpaden van de oceaan onderling verbonden zijn. Wanneer diep water in de Noord-Atlantische Oceaan zinkt, moet het uiteindelijk ergens anders weer naar de oppervlakte stijgen om de lus te voltooien. In veel klimaatmodellen vindt deze terugreis plaats via twee hoofdroutes: één via de Indische en Pacifische Oceaan en een andere via de Zuidelijke Oceaan. De studie onthult dat de sterkte van de route via de Zuidelijke Oceaan vandaag de dag bepaalt hoe waarschijnlijk het is dat een model een catastrofale mislukking van de Atlantische stroom voorspelt. Modellen die vandaag de dag een sterke opwelling in de Zuidelijke Oceaan laten zien, zijn de modellen die de Atlantische stroom stabiel houden, zelfs onder extreme opwarming. Omgekeerd zijn de modellen met een zwakke opwelling in de Zuidelijke Oceaan de modellen die een instorting voorspellen.

Toen het team hun bevindingen toepaste op werkelijke observaties van de moderne oceaan, waren de resultaten duidelijk. De echte oceaan heeft een sterkte van de opwelling in de Zuidelijke Oceaan van ongeveer 14,3 Sverdrups (een eenheid voor volumestroom gelijk aan één miljoen kubieke meter per seconde). Deze geobserveerde sterkte is hoger dan het gemiddelde van de klimaatmodellen die een instorting voorspellen. Omdat de echte oceaan zich dichter bij het "sterke" uiteinde van het spectrum bevindt, suggereert de studie dat de modellen die een extreme verzwakking van de Atlantische stroom voorspellen, waarschijnlijk te pessimistisch zijn. Onder scenario's met matige emissies, waarbij de wereldwijde opwarming binnen bepaalde grenzen wordt gehouden, wordt verwacht dat de Atlantische stroom zal verzwakken, maar niet tot het punt van instorting. De waarschijnlijkheid van de dramatische afkoeling in Europa die gepaard zou gaan met een dergelijke instorting, is daarom lager dan eerder gesuggereerd door sommige studies.

De studie brengt echter ook een cruciale waarschuwing: het vermijden van een totale instorting betekent niet dat de oceaan onveranderd zal blijven. Hoewel de Atlantische stroom stabieler kan zijn dan gevreesd, ondergaat de wereldwijde circulatie nog steeds een grote reorganisatie. De onderzoekers ontdekten dat de retourroute via de Indische en Pacifische Oceaan momenteel zeer zwak is, met een meting van slechts ongeveer 3,0 Sverdrups. Deze zwakte maakt het systeem zeer vatbaar voor een ander soort verandering: een omkering van de circulatie in de Indische en Pacifische Oceaan. In veel modellen vindt deze omkering plaats, zelfs onder scenario's met lage emissies, lang voordat de Atlantische stroom een kritiek punt bereikt. Wanneer deze omkering plaatsvindt, wordt de stroom van diep water omgeleid, wat de verdeling van warmte en voedingsstoffen over de wereld verandert.

Deze reorganisatie is een ander risico dan de instorting van de Atlantische stroom. De studie geeft aan dat, omdat de real-world route door de Indische en Pacifische Oceaan zwak is, onze oceaan zeer kwetsbaar is voor deze verschuiving. Een dergelijke verandering zou diepgaande effecten kunnen hebben op de chemie van de oceaan en het mariene leven, zelfs als de Atlantische stroom zelf functioneel blijft. Het onderzoek benadrukt dat de oceaan een complex, onderling verbonden machine is waarbij stabiliteit in het ene deel geen garantie biedt voor stabiliteit in een ander deel. De huidige staat van de Zuidelijke Oceaan fungeert als een schild tegen het slechtste scenario voor de Atlantische Oceaan, maar de zwakte van de route door de Indische en Pacifische Oceaan laat het mondiale systeem open voor een significante herconfiguratie.

De auteurs kwamen tot deze conclusies door computeralgoritmen te trainen op een enorme verzameling klimaatmodellen, waarbij ze de algoritmen leerden patronen te herkennen tussen de huidige staat van de oceaan en hun toekomstige gedrag. Ze testten deze patronen vervolgens tegen real-world data verzameld tussen 2005 en 2024. De consistentie tussen de geobserveerde data en de meer stabiele modellen geeft de onderzoekers vertrouwen in hun beoordeling. Hoewel ze erkennen dat extreme opwarmingsscenario's deze natuurlijke veerkracht nog steeds zouden kunnen overwinnen, biedt hun werk een meer gegrond beeld van de toekomst. Het suggereert dat de huidige sterkte van de oceaan een betere gids is voor haar toekomst dan de meest extreme modelvoorspellingen. De Atlantische stroom zal waarschijnlijk verzwakken, maar het bewijs wijst op een toekomst waarin zij een functioneel onderdeel blijft van het mondiale klimaatssysteem, zelfs terwijl andere delen van de oceancirculatie verschuiven en zich aanpassen aan een opwarmende wereld.