Je leest:

Hoe voorspel je de zeespiegelstijging?

Hoe voorspel je de zeespiegelstijging?

‘We hebben maar één aarde, en bovendien geen tijdmachine’

Auteur: | 12 mei 2021
Ryan Loughlin, via Unsplash, vrije domein

De zeespiegel stijgt razendsnel, maar computermodellen wijzen uit dat de gevolgen nog te overzien zijn zolang de opwarming onder de 1,5 graad blijft. Hoe werken zulke modellen, zijn ze wel betrouwbaar, en waarom gebruiken we ze eigenlijk? NEMO Kennislink zocht het uit.

‘De zeespiegel stijgt steeds sneller’
‘Het zeeniveau volgt het worstcasescenario’
‘Als we er in slagen onder de 1,5 graad opwarming te blijven, is de zeespiegelstijging nog behapbaar’

Het is zomaar een greep uit wat recente nieuwskoppen over zeespiegelvoorspellingen.

De stijging van het zeeniveau is een van de meest ingrijpende gevolgen van de opwarming van het klimaat. Door de oplopende temperatuur zet het water uit en smelt het ijs dat op land ligt, om uiteindelijk als water in de oceanen te belanden. Daar kunnen we ons dus het beste maar vast op voorbereiden. Maar om hoeveel stijging gaat het? Dat is nog niet zo makkelijk te voorspellen.

Al het ijs op Groenland is goed voor 7 meter zeespiegelstijging.
Chmee2/Valtameri, via Wikimedia Commons, CC BY 3.0

Opwarming beperken helpt!

Als de mens erin slaagt de opwarming van het klimaat te beperken tot 1,5 graad, zal dat de zeespiegelstijging waar we momenteel op af stevenen min of meer halveren. Dat schreef een team van 85 klimaatwetenschappers, waaronder Roderik van de Wal van de Universiteit Utrecht, afgelopen week in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. De klimatologen baseerden hun conclusie op berekeningen van twintig verschillende computermodellen.

Als alle landen hun klimaatbeloftes nakomen, gaat de zeespiegel door smeltend landijs tot het jaar 2100 rond de 25 centimeter omhoog. De opwarming van het klimaat zal in dat geval tegen die tijd tot 3 à 4 graden zijn opgelopen. Kunnen we de opwarming met extra maatregelen beperkt houden tot 1,5 graad, dan blijft de bijdrage van het smeltwater bij ongeveer 13 centimeter steken. Dat valt op veel plekken langs de kust nog op te vangen door aanpassingen – zoals bijvoorbeeld het verhogen van dijken of het aanbrengen van natuurlijke golfbrekers.

De onderzoekers voedden de computermodellen voor het smelten van gletsjers en van de ijskappen op Groenland en Antarctica met een breed scala aan klimaatscenario’s. Omdat ze alle modellen precies dezelfde scenario’s voorschotelden, konden ze de modeluitkomsten vervolgens statistisch wegen.

Grote verschillen

In het laatste algemene overzichtsrapport van het internationale klimaatpanel IPCC (Assessment Report 5 (AR5), opgeleverd in 2014) varieerde de zeespiegelstijging die voor het jaar 2100 verwacht wordt tussen de 28 en 98 centimeter, waarvan tussen de 0,4 en 42 centimeter afkomstig van het smelten van het landijs van Groenland en Antarctica. In 2019 deed een speciale werkgroep daar nog een schepje bovenop, en kwamen de nieuwe voorspellingen voor het meest ongunstige scenario nog eens 10 centimeter hoger uit. Er zit dus nogal wat variatie in de zeespiegelverwachtingen.

Voor een deel is dit te verklaren door het feit dat we nog niet weten wat het klimaat precies gaat doen. Hoeveel broeikasgassen gaan we uitstoten de komende jaren, en hoe ver stuwen deze de temperatuur op? In de rapporten werden hiervoor verschillende scenario’s doorgerekend. Maar voor een groot deel komen de verschillende projecties ook door verschillen in de computermodellen, vertelt klimatoloog-glacioloog Roderik van de Wal van de Universiteit Utrecht. Maar waarom gebruiken we die dan?

Uitgelicht door de redactie

Maatschappijwetenschap
Vier vragen over algoritmes

Informatica
Op zoek naar ons data-spiegelbeeld

Filosofie
Veerkrachtig zijn doe je niet in je eentje

Tijdmachine

Een viroloog die het effect van een vaccin wil testen, doet dat door een groep mensen wel en een andere groep mensen niet in te enten, en vervolgens te kijken wat er gebeurt. Een bioloog die wil weten wat stikstof met een plantje doet, zet een aantal planten op een bodem met stikstof en een aantal planten op een bodem zonder stikstof. Als alle andere factoren gelijk zijn, wordt het eventuele effect van de stikstof zo zichtbaar.

“Maar we hebben maar één aarde”, zegt Aimée Slangen, zeespiegel- en klimaatonderzoeker bij het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee (NIOZ) in Yerseke, “en ook geen tijdmachine.” Lastig, want veel van de processen die de zeespiegelvariaties beïnvloeden, spelen op tijdschalen van honderden, duizenden of zelfs miljoenen jaren.

Gereedschap

Aardwetenschappers en klimatologen moeten zich dus behelpen met het doen van zo veel mogelijk observaties, het bedenken van verklaringen voor wat ze zien op basis van natuurkunde en chemie, en het narekenen of dit de observaties inderdaad kan verklaren. Computermodellen zijn het gereedschap dat hierbij gebruikt wordt. Hierin worden de natuurkundige vergelijkingen samengebracht en doorgerekend.

Slangen: “Om zeespiegelveranderingen te berekenen, moeten we de resultaten van drie soorten modellen combineren: klimaatmodellen, modellen voor het gedrag van het ijs, en modellen die veranderingen in de hoogte van het aardoppervlak berekenen.” Dat laatste omdat de bodem onder het ijs of het oceaanwater kan doorbuigen of opveren als het gewicht dat erop rust verandert.

Als de modellen het verleden goed verklaren, gebruiken wetenschappers ze vaak ook om te voorspellen wat er in de toekomst zou kunnen gebeuren. Hierbij kunnen onbekende (of onzekere) factoren gevarieerd worden, om zo een reeks mogelijkheden in kaart te brengen. Dat geeft dus een grote wolk van mogelijke scenario’s.

Smeltmodellen

Het smelten van de ijskappen is een ingewikkeld en nog niet volledig begrepen proces, en dat vertaalt zich in onzekerheid in de modellen. IJs belandt in zee door te smelten, maar bijvoorbeeld ook doordat ijskliffen instorten of gletsjers vanaf land de zee in schuiven. Dit laatste wordt tegengegaan door drijvende ijsplaten of uitlopers van de gletsjers zelf in de oceanen, die het stromende ijs afremmen. Ook deze ijsplaten worden aangetast, zowel door opwarming van de atmosfeer als het oceaanwater. In Antarctica vindt er naast smelt ook aangroei van ijskappen plaats, bijvoorbeeld door sneeuw die blijft liggen en uiteindelijk vastvriest.

Antarctica is de meest onzekere factor in de klimaatmodellen.

Computermodellen moeten dus stromingswetten bevatten voor ijs, oceaanwater en lucht – en manieren om bovenstaande processen mee te nemen in de berekeningen. “En de modellen verschillen van elkaar in de manier waarop dit wordt aangepakt”, zegt Van de Wal. “Sommige nemen smelt vanaf de onderkant wel mee in de berekeningen, andere niet. Sommige hebben een proces ingebouwd dat het effect van smeltwater dat via scheuren de ijsplaat insijpelt nabootst, andere niet. Sommige gebruiken alleen temperatuurverschillen om oceaanstroming te berekenen, andere ook zoet/zout-verschillen in het water. Sommige zijn heel gedetailleerd, andere veel grover van opzet.”

Het beste model?

De spreiding die we zien in de modellen, betekent overigens niet dat we niets weten, benadrukt Slangen. “Statisticus George Box zie het al: All models are wrong, but some are useful. We weten dat het klimaat verandert en dat daardoor de zeespiegel stijgt. De modellen kunnen ons bijvoorbeeld helpen om de gevolgen te verkennen van de verschillende keuzes die we kunnen maken.”

Om te weten welk model de werkelijkheid het beste omschrijft, zou je uitkomsten van een bepaalde gesimuleerde periode moeten vergelijken met wat er in die periode daadwerkelijk is gebeurd. “Maar juist bij smeltmodellen zit daar een probleem”, legt Van de Wal uit. “We zitten helemaal aan het begin van een fase die we nog niet kennen, en waarin allerlei processen kunnen optreden die we nu nog niet zien gebeuren. Het klimaat verandert momenteel veel sneller dan in het geologische verleden." Bovendien wordt de toestand van de ijskappen pas sinds kort bijgehouden. “Hoe snel het ijs verdwijnt weten we eigenlijk pas sinds het begin van de jaren 90, omdat je daar satellietmetingen voor nodig hebt.”

Bij modellen die de opwarming van de aarde nabootsen speelt dat laatste probleem in veel mindere mate: de temperatuur op aarde wordt al systematisch gemeten sinds 1850, en het klimaat van duizenden tot miljoenen jaren geleden kan geschat worden op basis van onder andere fossielen van planten en dieren, zuurstofisotopen in oerijs, en eigenschappen van celmembranen van oerbacteriën.

Worstcasescenario

Momenteel volgt het afsmelten van ijskappen van Groenland en Antarctica een van de hoogste geschatte curves uit het laatste IPCC-rapport (AR5), schreef een wetenschapsteam uit Engeland en Denemarken eind vorig jaar in het wetenschappelijke tijdschrift Nature. Samen verloren deze ijskappen tussen 2007 en 2017 voldoende ijs om het zeeniveau wereldwijd ruim 12 millimeter te verhogen, bleek uit satellietgegevens van het internationale samenwerkingsproject IMBIE (ice sheet mass balance inter-comparison exercise). En het gaat steeds sneller, zodat het uiteindelijk op kan tellen tot een totale bijdrage van enkele tientallen centimeters in 2100.

Van dit extra zeewater is 60 procent afkomstig van ijs op Groenland en 40 procent van Antarctica. Of de afname van het ijs zich volgens deze curve blijft gedragen, hangt onder meer af van de mate waarin afgesproken maatregelen uit het laatste klimaatakkoord zullen worden nageleefd.

De grafiek toont de bijdrage van Antarctica en Groenland aan de wereldwijde zeespiegelstijging. De zwarte lijn geeft de berekende zeespiegelstijging veroorzaakt door de afname van deze ijskappen, zoals gemeten door satellieten. De gekleurde lijnen zijn de verwachtingen uit het rapport AR5 van het IPCC. De middelste (oranje) lijn is de mediaan – dus de middelste curve van alle modelresultaten. De onderste (gele) en bovenste (paarse) lijnen geven de grens waartussen negentig procent van alle schattingen zich bevinden. De gekleurde banden bestaan zelf ook weer uit losse curves, die verschillende aannames aangeven voor de toekomstige ontwikkeling van het klimaat, die van onder naar boven van zeer optimistisch naar zeer pessimistisch gaan.

Slater e.a. (zie bronnen)

Antarctica

De meest onzekere factor in ijssmeltmodellen is Antarctica. Dit continent – waar in totaal genoeg ijs op ligt om de zeespiegel 58 meter te doen stijgen – speelt momenteel vergeleken met Groenland nog niet zo’n heel grote rol bij de zeespiegelstijging. De afname van ijs door afsmelting aan de randen van Antarctica wordt namelijk deels gecompenseerd door extra sneeuwval in het ijskoude midden van het continent. Ook dát is een resultaat van de opwarming van het klimaat: warmere lucht kan meer waterdamp en dus meer wolken bevatten – die vervolgens uitsneeuwen als ze zich boven de ijzige binnenlanden van Antarctica bevinden.

Jonge keizerpinguin op Snow Hill Island, Antarctica
Ian Duffy, via Wikimedia Commons, CC BY 2.0

Het is echter aannemelijk dat er bij een opwarming van drie graden vrij plotseling een omslag komt in het gedrag van Antarctica, schreef een groep klimaatwetenschappers onder leiding van Robert DeConto afgelopen week in Nature. De snelheid waarmee Antarctica’s ijs in zee verdwijnt zal bij een dergelijke opwarming in 2060 plotseling toenemen tot ongeveer een halve centimeter per jaar, berekenden de klimatologen.

Desastreus

De instabiliteit van Antarctica wordt vooral veroorzaakt door het wegsmelten van de ijsschotsen die de gletsjers op land tegenhouden – zoals boekensteunen dat met de boeken in je kast doen – en door instortende ijskliffen. Het mechanisme werd vier jaar geleden al in een model opgenomen door de eerste twee auteurs van het Nature-artikel, met desastreuze voorspellingen tot gevolg Nu is dat model met behulp van nieuwe gegevens verfijnd en genuanceerd, maar nog steeds blijft Antarctica reden geven tot zorg.

“Het is goed werk”, vindt Van de Wal. “Hun model verklaart hoge zeespiegelstanden uit het Plioceen (5,3 tot 2,6 miljoen jaar geleden) en het laatste interglaciale maximum (een warme periode van 125.000 jaar geleden) die op andere manieren niet te verklaren zijn, en klopt ook met wat we op dit moment in Antarctica zien gebeuren.” De onzekerheden in het model zijn echter groot, en vooral over de vraag hoe en wanneer het instorten van ijskliffen optreedt en wat voor effect dit heeft zijn de meningen nogal verdeeld.

Dat neemt niet weg dat het verstandig zou zijn om de opwarming te proberen te beperken tot 1,5 à 2 graden, vindt Van der Wal. Dat remt ook de uitzetting van het water, die in deze onderzoeken nog niet eens genoemd wordt. Van de Wal: “En de opwarming van de aarde veroorzaakt nog wel meer problemen dan zeespiegelstijging alleen…”

Bronnen

  • DeConto e.a., The Paris Climate Agreement and future sea-level rise from Antarctica, Nature 593, 83-89, 5 mei (2021)
  • Edwards e.a., Projected land ice contributions to twenty-first-century sea level rise, Nature 593, 74-82, 5 mei (2021)
Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 12 mei 2021

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.