Climate responses to Antarctic meltwater depend on the timing of meltwater release

De ijsplaten van Antarctica zijn niet alleen bevroren landschappen; het zijn enorme reservoirs van zoet water die in vaste vorm zijn opgeslagen. Terwijl de planeet opwarmt, begint dit ijs te smelten, waardoor zoet water in de omringende Zuidelijke Oceaan stroomt. Wetenschappers weten al lang dat het toevoegen van zoet water aan de zoute oceaan verandert hoe het water beweegt en hoe warmte wereldwijd wordt verdeeld. Wanneer zoet water op de oceaan ligt, werkt het als een deksel, wat het mengen van warm diep water met het koude oppervlak voorkomt. Dit kan de oppervlaktelucht afkoelen en krachtige oceaanstromingen veranderen die het klimaat van de aarde reguleren. Daarom proberen onderzoekers al decennia te voorspellen hoeveel de smeltende ijsplaten ons weer en de zeespiegel in de komende eeuwen zullen veranderen.

Een nieuwe studie onder leiding van David Chandler en zijn team bij het Noorse Onderzoekscentrum biedt een nieuw perspectief op dit probleem, waarbij de dramatische scenario's die vaak in eerder onderzoek worden gezien, wordt uitgedaagd. Het team gebruikte een geavanceerd computermodel van het klimaat evenwichtssysteem van de aarde om te simuleren wat er gebeurt wanneer het Antarctische ijs smelt met de snelheden die het meest waarschijnlijk zijn in een opwarmende wereld. Ze ontdekten dat als het ijs met een gestage, waarschijnlijke snelheid smelt, de globale klimaatrespons verrassend zwak is. Het oppervlak van de oceaan koelt niet significant af, en grote wereldwijde stromingen blijven grotendeels onveranderd. Er is echter een verborgen gevaar aanwezig: het water diep onder het oppervlak rond Antarctica warmt op, een proces dat de ijsplaten uiteindelijk van onderaf kan destabiliseren.

De onderzoekers kwamen tot deze conclusies door een reeks gedetailleerde simulaties uit te voeren met de Noorse Earth System Model. Ze concentreerden zich op een specifiek toekomstig scenario waarin de uitstoot van broeikasgassen hoog blijft, een pad dat bekend staat als SSP5-8.5. In hun primaire experiment voedden ze het model met zoetwaterfluxen die zijn afgeleid van de meest waarschijnlijke projecties van het verlies van Antarctisch ijs. Deze projecties waren zorgvuldig gekalibreerd tegen historische gegevens om ervoor te zorgen dat ze de werkelijkheid weerspiegelden in plaats van extreme, onwaarschijnlijke mogelijkheden. De resultaten waren opmerkelijk. In deze simulaties had het extra zoete water van het smeltende ijs zeer weinig effect op de temperatuur van het oceanoppervlak of de sterkte van de wereldwijde oceaanstromingen. De oppervlaktetemperaturen in het zuidelijk halfrond en zelfs zo ver weg als de Arctische Oceaan bleven bijna identiek aan een controlegrafiek waarbij geen extra smelting optrad.

Deze bevinding staat in scherp contrast met veel eerdere studies die ernstige wereldwijde afkoeling en grote verstoringen van de oceaancirculatie voorspelden. De auteurs leggen uit dat het verschil in de timing van de smelt ligt. In hun meest realistische simulatie neemt de smeltsnelheid van de ijsplaat in de loop van de tijd langzaam toe. Cruciaal is dat deze toename plaatsvindt nadat de Zuidelijke Oceaan al meer zoet water is gaan ontvangen van een andere bron: toegenomen neerslag en sneeuwval. Naarmate het klimaat opwarmt, houdt de atmosfeer meer vocht vast, wat leidt tot zwaardere neerslag boven de Zuidelijke Oceaan. Deze natuurlijke toename van zoet water uit de lucht creëert een "deksel" op de oceaan dat al in place is voordat de ijsplaat zijn eigen smeltwater loost. Omdat de oceaan al verzoet is door regen, veroorzaakt het extra smeltwater van het ijs geen plotselinge, dramatische verschuiving in het systeem. De klimaatrespons is gedempt omdat het systeem zich al aan het aanpassen is aan de nieuwe omstandigheden.

Om te testen hoe gevoelig de resultaten waren voor deze timing, voerden de onderzoekers een tweede experiment uit. In deze versie verschoven ze de input van smeltwater veertig jaar naar voren, waardoor het ijs sneller en eerder smelt dan de meest waarschijnlijke projecties suggereren. Dit scenario bootst de hoogwaardige, minder waarschijnlijke uitkomsten na waarbij de ijsplaat snel instort. In dat geval arriveerde de vroege, snelle instroom van zoet water vóór de natuurlijke toename in neerslag, en produceerde het model de sterke wereldwijde afkoeling en circulatieveranderingen die in eerdere studies werden gezien. Dit bevestigde dat de impact van smeltend ijs volledig afhangt van wanneer het gebeurt ten opzichte van het veranderende klimaat. Als het ijs langzaam en gestaag smelt, absorbeert de oceaan de verandering met weinig wereldwijde ophef. Als het ijs snel en vroeg smelt, zijn de gevolgen ernstig.

Ondanks het gebrek aan dramatische oppervlakteveranderingen in het meest waarschijnlijke scenario, identificeerde de studie een kritieke en aanhoudende dreiging die onder de golven loert. De simulaties toonden aan dat het water diep onder het oppervlak, vlak voor de kust van Antarctica, begon op te warmen. Hoewel de afwijking van de controlegrafiek begon in specifieke sectoren zoals de Weddell- en Amery-zee in de jaren 2060, werd deze opwarming vertraagd tot de late 21e of vroege 22e eeuw in de meeste sectoren, inclusief de Amundsenzee. Dit diepe water is significant omdat het onder de drijvende ijsplateaus door stroomt die de massieve ijsplaten op het land tegenhouden. Terwijl dit water opwarmt, smelt het de ijsplaten van onderaf, wat ertoe kan leiden dat de ijsplateaus dunner worden en potentieel instorten. De studie vond dat deze opwarming van het substofractie een robuust resultaat is, dat zelfs optreedt wanneer het oppervlakklimaat kalm blijft.

De onderzoekers beoordeelden het risico dat deze opwarming vormt voor de stabiliteit van de ijsplaat. Ze keken naar twee belangrijke regio's: de Amundsenzee in West-Antarctica en de Wilkes-Aurora-bekkens in Oost-Antarctica. In de Amundsenzee suggereren de simulaties dat de watertemperatuur een punt zal bereiken waarop de ijsplaat een kantelpunt kan passeren, wat leidt tot onomkeerbare terugtrekking, tegen de jaren 2110 in het meest waarschijnlijke scenario met toegevoegd smeltwater (vergeleken met de jaren 2130 zonder het). Het toegevoegde zoet water van de ijsplaat zelf versnelt dit proces, waardoor die gevaarlijke drempel enkele decennia naar voren wordt gehaald. In de Wilkes-Aurora-bekkens is het risico lager, maar de opwarmingstrend duwt het systeem nog steeds richting een hoogrisicotoestand tegen het jaar 2300.

De studie adresseerde ook de beperkingen van hun aanpak. Het computermodel dat ze gebruikten, had geen volledig interactieve ijsplaat die in realtime kon reageren op het opwarmende water. In plaats daarvan was de ijsplaat vastgesteld en werd het smeltwater als een externe kracht toegevoegd. De auteurs betogen dat hoewel dit sommige complexe feedbackloops mist, de resultaten nog steeds betrouwbaar zijn voor het begrijpen van wereldwijde trends tot het jaar 2100. Ze merkten op dat de opwarming van het diepe water voornamelijk wordt gedreven door de algemene opwarming van de planeet, waarbij het toegevoegde smeltwater fungeert als een secundaire versterker. Ze wezen er ook op dat hun model het smeltwater aan het oceanoppervlak toevoegde, terwijl in werkelijkheid de smelt van ijsplateaus dieper beneden plaatsvindt. Dit verschil zou kunnen betekenen dat hun simulaties de opwarming iets overschatten, maar de algemene trend van diepe waterverhitting blijft een duidelijke waarschuwing.

Uiteindelijk suggereert dit onderzoek dat het wereldwijde klimaatssysteem veerkrachtiger is tegen het langzame, gestage smelten van het Antarctische ijs dan eerder gevreesd. De dramatische oppervlakteafkoeling en de shutdowns van de wereldwijde circulatie die door sommige modellen werden voorspeld, kunnen alleen optreden als het ijs met een snelheid smelt die onwaarschijnlijk is om te gebeuren. Echter, het verhaal is er niet een van veiligheid. De stille, aanhoudende opwarming van de diepe oceaan rond Antarctica vormt een directe bedreiging voor de ijsplaat zelf. Deze opwarming van de diepte creëert een feedbackloop waarbij warmer water meer ijs doet smelten, wat meer zoet water vrijgeeft, wat op zijn beurt meer warmte vasthoudt en het water verder opwarmt. Hoewel het wereldwijde weer op korte termijn niet drastisch zal veranderen, wordt de stabiliteit van de Antarctische ijsplaat van onderaf uitgehold, wat de weg vrijmaakt voor een significante zeespiegelstijging in de komende eeuwen. De studie concludeert dat hoewel we misschien niet hoeven te vrezen voor een plotselinge wereldwijde bevriezing, we diep bezorgd moeten blijven over de langzame, gestage opwarming van de diepe oceaan die de ijsplaten van de toekomst dreigt te ontsluiten.