In de afgelopen 150 jaar is het gemiddeld warmer geworden op aarde. Toch varieert de gemiddelde temperatuur van jaar tot jaar. Om te weten of de opwarming van de afgelopen anderhalve eeuw een normale schommeling in het klimaat is, moet de temperatuurstijging worden vergeleken met temperatuurvariaties over een veel langere periode. De wereldwijde temperatuurmetingen gaan echter maar terug tot rond het jaar 1850. Gletsjers zijn een hulpmiddel op te kijken hoe de temperatuur varieerde over een langere periode.

Gletsjers leggen op een betrouwbare manier de veranderingen in temperatuur vast. Het groter en kleiner worden van een gletsjer hangt namelijk grotendeels af van de temperatuurschommelingen. Uit ander onderzoek aan gletsjers blijkt namelijk dat gletsjers veel gevoeliger zijn voor veranderingen in temperatuur dan voor veranderingen in de hoeveelheid neerslag. Daar komt nog bij dat schommelingen in neerslag meestal erg lokaal zijn, en elkaar uitmiddelen als je kijkt naar een mondiaal effect. Tot slot zijn gletsjers erg geschikt voor klimaatonderzoek omdat deze ijsmassa’s traag reageren. Eén koude of warme dag of zelfs één koud of warm jaar laat de gletsjer niet direct veel groeien of krimpen. De gletsjers filteren zo uit de sterk wisselende temperatuur vanzelf de klimaatveranderingen waarin we geïnteresseerd zijn.

Van de Morteratschgletscher in Zwitserland wordt de lengteverandering elk jaar bijgehouden. De terugtrekking van de gletsjer over de 9 jaar tussen 2000 (bordje) en 2009 is goed te zien.

Ward van Pelt, 2009

Dateren

Gegevens over het smelten en groeien van gletsjers gaan vaak veel verder terug dan de temperatuurmetingen. Groeiende gletsjers worden dikker en hun oppervlakte wordt groter. Daardoor neemt ook de lengte toe. Smeltende gletsjers worden dunner en daardoor kleiner. Sinds het einde van de 19e eeuw worden deze gletsjerveranderingen op veel plekken op de wereld opgemeten. Maar alleen over de lengteveranderingen van gletsjers is ook uit de tijd daarvoor veel bekend. Uit oude foto’s, kaarten en beschrijvingen kan de toenmalige lengte van gletsjers worden vastgesteld. Ook uit de vaak nog veel oudere schilderijen en tekeningen van gletsjers is veel informatie te halen. Daarnaast laten gletsjers veel sporen na in het landschap. Ze eroderen de berg, waardoor aan de voorkant puin de gletsjer uit komt. Als de gletsjer een tijdje op dezelfde plek blijft liggen, verzamelt dit puin zich in een wal. Zo’n wal heet een morene. Aan de hand van de leeftijd van begroeiing op de morene kun je zien hoe oud die is. Een ander mogelijk spoor zijn bomen die door groeiende gletsjers omgewalst en afgebroken worden. Als je een in de grond achtergebleven stronk terugvindt en kan dateren aan de hand van de boomringen of met koolstofdatering, weet je wanneer de gletsjer daar was.

Door al deze verschillende informatiebronnen weten we wereldwijd de lengtes van 291 gletsjers tot eeuwen terug in de tijd, de zogenaamde gletsjerlengtereeksen. De reeksen die we hier gebruiken gaan terug tot tenminste 1945, meestal tot in de 19de eeuw maar vaak ook verder, zelfs tot het jaar 1535.

De verspreiding van de 291 gletsjers waarvan we de lengteverandering weten. Elk continent heeft gletsjers en zelfs in de tropen zijn gletsjers te vinden zoals in Kenia en Indonesië.

Gletsjerlengtes

We moeten van veel gebieden op de wereld de temperatuur kunnen berekenen om de juiste gemiddelde temperatuurverandering op aarde te kunnen bepalen. Op het moment zijn op alle continenten op aarde gletsjers te vinden, zelfs in Afrika en Australië. We hebben ook van elk continent (behalve Antarctica) gegevens van gletsjerlengteveranderingen voor 1945. Enkele voorbeelden van lengtereeksen van gletsjers zijn afgebeeld hieronder. Hoe verder je teruggaat in de tijd, hoe minder reeksen er zijn en hoe minder gedetailleerd ze zijn. De langste en meest gedetailleerde reeksen komen van gletsjers uit Europa vanwege de vele historische bronnen. Opvallend is dat bijna alle gletsjers ter wereld hetzelfde beeld laten zien. De gletsjerlengte fluctueert of verandert weinig tot 1850; daarna neemt de lengte sterk af. Dit suggereert meteen dat over de hele wereld de temperatuur moet zijn toegenomen sinds ongeveer 1850. Wetenschappers hebben uitgerekend hoe groot de temperatuursstijging is die de wereldwijde terugtrekking van gletsjers het beste verklaart.

Voorbeelden van de tijdreeksen van veranderende gletsjerlengte. Een hokje naar beneden op de verticale as betekent dat de gletsjer een kilometer korter is geworden. De datapunten zijn met elkaar verbonden tot een lengteveranderingsreeks.

Aanpassing

Elke gletsjer reageert iets anders op veranderingen in temperatuur. Daarom gebruiken we gletsjermodellen om de temperatuurverandering uit het verleden uit te rekenen. De ene gletsjer wordt namelijk een kilometer korter als het een halve graad warmer wordt, terwijl de lengte van de andere slechts 200 m afneemt. Dat komt omdat de gletsjers verschillen in vorm en in het klimaat waarin ze zich bevinden. Deze verschillen bepalen hoe groot de lengteverandering is bij veranderende temperaturen, maar ook de snelheid waarmee een gletsjer zich aanpast. De Franz Josef gletsjer in het regenachtige Nieuw-Zeeland doet er bijvoorbeeld maar 15 jaar over om zich aan te passen aan een klimaatverandering. De Nordenskiøldbreen in het droge Spitsbergen doet er 200 jaar over. Behalve vorm en klimaat is ook de steilheid van de gletsjer belangrijk. Zo neemt de lengte van de vlakke Nigardsbreen gletsjer in Noorwegen bij opwarming tot drie keer zo veel af als de steilere Sofiyskiy gletsjer in het Russische Altai gebergte.

De terugtrekkende Floitenkees gletsjer in de Oostenrijkse Alpen. Tot waar 150 jaar geleden de gletsjer kwam, ligt een berg puin, de morene (midden rechts op de foto). Boven deze morene heeft de gletsjer de berg kaal geschuurd. Rechts van de morene kun je goed zien tot waar de gletsjer maximaal is gekomen, want daaronder groeien planten. Van links komt een andere gletsjer die de hellingen onder de morene (vlak boven het hutje) kaal schuurde in het verleden.

Niet bij alle gletsjers zijn de lengtefluctuaties het gevolg van verandering in het klimaat. Bij sommige gletsjers neemt de stroomsnelheid van het ijs periodiek enkele jaren sterk toe. Deze gletsjers heten “surgende” gletsjers. Tijdens zo’n “surge” wordt de gletsjer in korte tijd veel langer (tot wel enkele kilometers) waarna hij over een periode van vele jaren weer langzaam terugtrekt tot de volgende “surge”. Weer andere gletsjers eindigen in zee en zijn voor de lengteveranderingen sterk afhankelijk van de topografie van de zeebodem. Een hobbel of kuil in de zeebodem beïnvloedt in hoge mate de reactie van de gletsjer op een verandering in het klimaat. Als de gletsjer op een vulkaan ligt, kan er een hoop extra warmte uit de aarde komen. In april 2010 was er bijvoorbeeld op IJsland een vulkaanuitbarsting onder de Eyjafjallajökull. De hete lava laat dan natuurlijk een hoop ijs smelten. Als je de temperatuurveranderingen op aarde wilt berekenen aan de hand van gletsjerlengteveranderingen dan moeten dit soort gletsjers niet meegenomen worden in de berekeningen.

Warm

Met de 291 gletsjerlengtereeksen en de gletsjermodellen hebben we voor iedere gletsjer apart de temperatuurveranderingen berekend. Dit geeft ons dus 291 temperatuurreeksen voor verschillende plekken op de wereld. Uit deze temperatuurreeksen hebben we gemiddelde temperatuurveranderingen op aarde over de 400 jaar van 1600 tot 2000 berekend. Het resultaat is te zien in onderstaande figuur. De gletsjers laten zien dat de wereldwijde opwarming al is begonnen rond het jaar 1850. De temperatuur is hierbij tussen 1850 en 2000 gemiddeld over de wereld met 0.9 °C gestegen. Hiervoor veranderde de temperatuur juist ten minste 250 jaar vrijwel niet. Een sterke opwarming zoals in de 20ste eeuw is in de afgelopen 400 jaar dus niet eerder voorgekomen. Daarbij laten de gletsjers zien dat de laatste twee decennia van de 20e eeuw de warmste zijn sinds het jaar 1600. Voor de afgelopen 9 jaar (2001 – 2009) is de temperatuur niet meer berekend met de gletsjers. Uit de temperatuurmetingen die tegenwoordig overal gedaan worden, blijkt dat de gemiddelde temperatuur op aarde van 2000 – 2009 nog hoger was dan in het laatste decennium van de 20e eeuw. De afname in de gletsjerlengte gaat dus door in de 21e eeuw.

De mondiale temperatuurveranderingen van 1600 tot 2000 berekend uit de gletsjerfluctuaties. De temperatuur is gegeven als de afwijking ten opzichte van de gemiddelde wereldtemperatuur tussen 1961 en 1990. De verticale balkjes geven de onzekerheid van de berekening aan. De werkelijke temperatuur ligt met 95% zekerheid tussen de uiteinden van de balkjes, de dikke lijn is de meest waarschijnlijke temperatuur.

Andere methodes

De temperatuurveranderingen op aarde zijn niet alleen in gletsjers terug te vinden. Onderzoek naar de breedte van boomringen, bodemtemperaturen en de samenstelling van koralen laat steeds hetzelfde temperatuurverloop zien. Doordat de verschillende onafhankelijke methodes elkaar bevestigen, heeft het berekende temperatuurverloop van de afgelopen eeuwen een steeds kleinere onzekerheid. De opwarming die wij nu meemaken is dus echt bijzonder in de geschiedenis van de laatste 400 jaar.

Deze figuur laat niet alleen de temperatuur berekend uit gletsjers zien (rood), maar ook de temperaturen gereconstrueerd uit een combinatie van boomringen, koralen, ijskernen, sedimentkernen en historische bronnen (blauw, met onzekerheid in lichtblauwe band) en de gemeten temperatuur sinds 1850 (HADCRUT3 dataset, UEA) in zwart.

Mann et al. (2008) in PNAS