Arctica en Antarctica zijn zowel letterlijk als figuurlijk noord- en zuidpolen. Zeker geografisch zijn er grote verschillen tussen de beide gebieden. Rondom de geografische Noordpool (90° NB) bevindt zich de Noordelijke IJszee, die een groot deel van het jaar is bedekt met zeeijs en wordt omringd door de landmassa’s van Europa en Azië in het oosten en Noord-Amerika en Groenland in het westen.
Rondom de Zuidpool (90° ZB) daarentegen ligt geen zee maar een continent: Antarctica. Het land is vrijwel volledig bedekt met een kilometers dikke ijskap. Antarctica is omgeven door de Zuidelijke Oceaan, berucht om zijn stormwinden en hoge golven. De laatste decennia neemt de oppervlakte van het zeeijs in de Noordelijke IJszee sterk af, terwijl rondom Antarctica de zeeijsbedekking juist toeneemt. En hoewel ze beide massa verliezen, reageren ook de ijskappen van Groenland en Antarctica heel verschillend op het opwarmende klimaat.
Om de verschillen te begrijpen is het allereerst belangrijk om onderscheid te maken tussen landijs (gletsjers) en zeeijs. Zeeijs ontstaat als zeewater bevriest. Onder invloed van wind en stroming drijft het snel weg uit het ontstaansgebied, waardoor het zelden dikker wordt dan enkele meters. Doordat zeeijs drijft, leidt het smelten ervan niet tot zeespiegelstijging, in tegenstelling tot het smelten van landijs. Een smeltend ijsklontje in een glas drinken doet het niveau van de drank immers ook niet stijgen. Toch hebben veranderingen in zeeijsbedekking indirect grote gevolgen voor het poolklimaat. Zo reflecteert zeeijs het meeste zonlicht, terwijl open water juist het meeste zonlicht absorbeert.
Gletsjers vormen zich op bergpieken of hoogvlakten waar jaarlijks meer sneeuw valt dan er smelt. Hierdoor kan zich een accumulatiegebied met een laag meerjarige sneeuw vormen. Die meerjarige sneeuw wordt firn genoemd. Op een gegeven moment is de firnlaag zo dik geworden dat door het bovenliggende gewicht de luchtkanaaltjes tussen de ijskristallen worden afgesloten. Dit is het moment waarop gletsjerijs, met zijn karakteristieke luchtbelletjes ontstaat.
Op Groenland en Antarctica hebben zich op deze manier kilometers dikke ijskappen gevormd, die meer dan 99% van al het landijs bevatten. Andere vergletsjerde gebieden zijn bijvoorbeeld Alaska, Arctisch Canada, de Himalaya, Spitsbergen, IJsland en Patagonia. In totaal ligt 70% van al het zoetwater op Aarde opgeslagen in honderdduizenden ijskappen en gletsjers. Als al het landijs smelt dan zal dit leiden tot een wereldwijde zeespiegelstijging van meer dan 60 meter.
Onder invloed van de zwaartekracht bewegen gletsjers langzaam naar beneden, waardoor ze in een warmer gedeelte van de atmosfeer terecht komen, waar de gletsjer steeds harder smelt. Op enig moment vormt zich een ablatiegebied. In een ablatiegebied komt er – in een constant klimaat – evenveel massa bij door sneeuwval als er door smelt verloren gaat. De gletsjer is dan in evenwicht met het heersende klimaat en zal niet meer van vorm veranderen.
Als het warmer wordt, trekt de gletsjer zich terug naar hoger gelegen gebied, totdat een nieuw evenwicht is bereikt. Als het kouder wordt, breidt de gletsjer zich juist verder naar beneden uit. Omdat het klimaat van jaar tot jaar erg variabel is, zijn gletsjers eigenlijk nooit echt in evenwicht: onder invloed van natuurlijke veranderingen in sneeuwval en temperatuur passen ze voortdurend hun dikte en lengte aan.
Binnen deze algemene wetmatigheden rond land- en zeeijs zijn er op dit moment enkele belangrijke zorgen, of op zijn minst onduidelijkheden over de gevolgen van de klimaatverandering rond de polen.
Landijs: Destabilisatie van de West-Antarctische ijskap
De Zuidpool is extreem koud! Als vuistregel geldt dat de zomer in Antarctica even koud is als de winter in het noordpoolgebied. Het zuidelijke continent wordt daarom vrijwel volledig bedekt door een kilometers dikke ijskap, goed voor een equivalente zeespiegelstijging van ongeveer 55 meter. Met uitzondering van het Antarctisch schiereiland heeft deze ijskap geen ablatiegebied: nergens komt het ijs op Antarctica aan serieuze smelt toe. Het gevolg hiervan is dat langs ongeveer driekwart van de Antarctische kustlijn de ijskap de oceaan op stroomt, en daar grote drijvende ijsplaten vormt. De Ross ijsplaat en Filchner-Ronne ijsplaat zijn elk ongeveer even groot als Frankrijk! Deze ijsplaten zijn honderden meters dik. Aan de voorkant breken regelmatig de voor Antarctica zo kenmerkende tafelijsbergen af. Dit is één van de twee hoofdprocessen waarmee de Antarctische ijskap massa verliest. Het andere is het van onderaf smelten van dezelfde ijsplaten, die in relatief warm zeewater drijven.
.jpg){kind=link}
Gedurende de laatste twintig jaar verloor de Antarctische ijskap jaarlijks gemiddeld ongeveer 70 km3 meer ijs aan de oceaan dan er bij kwam door sneeuwval; de ijskap is dus uit balans. Vooral in West-Antarctica (het deel onder Zuid-Amerika) maakt warmer wordend zeewater de ijsplaten steeds dunner, lokaal zelfs met meerdere meters per jaar. Deze ijsplaten verliezen daardoor hun bufferwerking. Ze bieden steeds minder tegenwicht aan het ‘duwende’ ijs op het land, waardoor de ijskap steeds sneller de zee op stroomt.
De Thwaites en Pine Island gletsjers, de twee grootste gletsjers in dit gebied, verdubbelden in slechts veertig jaar tijd hun ijsafvoer tot meer dan 250 km3 per jaar! Dit proces verloopt steeds sneller. Er zijn aanwijzingen dat het hedendaagse massaverlies wordt veroorzaakt door destabilisatie van de West-Antarctische ijskap. Een terugtrekkende ijskap die is verbonden aan een ijsplaat in het water, kan alleen een nieuw evenwicht vinden op een opwaartse helling van de zeebodem (bij A in de figuur hieronder), terwijl het grootste deel van de West Antarctische ijskap juist ver onder zeeniveau rust op een rotsbodem met een naar het centrum toe dalende zeebodem.
Dit proces wordt in de glaciologie marine ice sheet instability genoemd (bij B in de figuur hieronder). Het kan binnen enkele eeuwen leiden tot het geheel verdwijnen van de West-Antarctische ijskap en een zeespiegelstijging van meer dan drie meter veroorzaken. Sommige delen van de veel grotere Oost-Antarctische ijskap lijken inmiddels soortgelijk gedrag te vertonen.
Modelberekeningen laten zien dat in een warmer klimaat de sneeuwval op Antarctica zal toenemen, waardoor juist meer vocht wordt vastgelegd op de ijskap. Dat zou een deel van het boven beschreven massaverlies kunnen compenseren. Hoewel recent inderdaad een toename van de sneeuwval in Oost-Antarctica is waargenomen, zijn de tijdseries te kort en de onzekerheden te groot om dit toe te schrijven aan de recente klimaatverandering. Het is niet uitgesloten dat dit ‘gewoon’ een natuurlijke, langjarige klimaatschommeling betreft.
Het smeltende ijs van Groenland
Met een equivalente zeespiegelstijging van ongeveer zeven meter is de Groenlandse ijskap de grootste landijsmassa op het noordelijk halfrond. Toch bedekt de ijskap Groenland niet volledig, waardoor deze maar beperkt contact heeft met de oceaan. Er zijn op Groenland dan ook geen grote ijsplaten, waardoor de ijskap minder gevoelig is voor een opwarmende oceaan. Wel is de atmosfeer boven Groenland een stuk warmer dan boven Antarctica, en heeft de ijskap ook een significant ablatiegebied.
Tot 1995, toen de ijskap bij benadering nog in evenwicht was, werd iets minder dan de helft van de jaarlijkse sneeuwval op de ijskap gecompenseerd door het wegstromen van smeltwater, en het andere deel door het afbreken van ijsbergen. Sinds 1995 is het op Groenland een stuk warmer geworden, waardoor de hoeveelheid smeltwater die elke zomer wegstroomt in twintig jaar tijd bijna is verdubbeld. In de extreem warme zomer van 2012 kreeg bijna de gehele ijskap, dus ook de hoogste delen boven 3.000 meter, voor het eerst sinds het begin van de metingen te maken met smelt.
Bovendien zijn op Groenland, net als op Antarctica, de grote gletsjers die wel in contact staan met de oceaan, zoals de Jacobshaven gletsjer, sneller gaan stromen. Die gletsjer stroomt nu met een ongekende snelheid van dertig meter per dag. In combinatie met de toegenomen smelt heeft de Groenlandse ijskap de afgelopen twee decennia jaarlijks gemiddeld twee keer zoveel ijs verloren als die van Antarctica, ongeveer 140 km3.
Voor de toekomstige ontwikkeling van de Groenlandse ijskap zijn twee positieve terugkoppelingen belangrijk. Ten eerste is er de zogenaamde smelt-albedo terugkoppeling. Albedo is een maat voor de reflectie van licht door een object. Smeltende sneeuw is aanmerkelijk donkerder dan droge verse sneeuw, wat betekent dat sneeuw die eenmaal smelt meer zonnestraling absorbeert en daardoor nog sneller zal smelten. Luchtverontreiniging, bosbranden en een toenemende oppervlakte van ijsvrij land met bijbehorend stof kunnen het albedo van de ijskap verder verlagen.
Ten tweede is er de smelt-hoogte terugkoppeling: een smeltende ijskap wordt dunner, waardoor hij zich gemiddeld in steeds warmere lucht bevindt en daardoor nog sneller zal smelten. Op zeker moment kunnen deze terugkoppelingen leiden tot een onomkeerbaar massaverlies. Wetenschappers denken dat dit omslagpunt rond de twee graden regionale temperatuurstijging ligt, maar ook hier zijn de onzekerheden groot en is meer onderzoek nodig.
Het totale massaverlies van de Antarctische en Groenlandse ijskappen is momenteel verantwoordelijk voor ongeveer een derde van de totale zeespiegelstijging, en deze bijdrage stijgt. De overige bijdragen komen van het smelten van kleinere gletsjers en ijskappen en het uitzetten van het opwarmende oceaanwater.
Grote contrasten in het zeeijs
De afgelopen jaren neemt de hoeveelheid Arctisch zeeijs sterk af. Vooral de minimum bedekking aan het einde van de zomer, in september, beleefde laagterecord op laagterecord: eerst 2005, toen 2007 en als laatste 2012. Op 16 september 2012 lag er 3,4 miljoen km2 zeeijs in de Noordelijke IJszee, wat slechts de helft is van het langjarig gemiddelde.
Zoals gezegd leidt het smelten van zeeijs niet direct tot zeespiegelstijging, maar er zijn wel degelijk belangrijke klimaateffecten. Oceaanwater absorbeert twee tot zes keer meer zonlicht dan zeeijs, waardoor een ijsvrije oceaan sneller opwarmt. Ook isoleert zeeijs het relatief warme oceaanwater van de koude atmosfeer, zodat bij een kleinere zeeijs-bedekking of dunner zeeijs de uitwisseling van warmte en vocht tussen de oceaan en atmosfeer toeneemt. Hierdoor koelt de oceaan af en warmt de atmosfeer op. Al met al is de temperatuurstijging in het Noordpoolgebied twee keer groter dan het wereldwijde gemiddelde.
Er is ook een neerwaartse trend zichtbaar in de gemiddelde leeftijd, en daarmee dikte, van het Arctische zeeijs. Twintig jaar geleden was een derde van het zeeijs ouder dan vijf jaar. Twee derde was tenminste drie jaar oud. Inmiddels is nog maar minder dan vijf procent ouder dan vijf jaar en slechts 20% ouder dan drie jaar. Omdat meerjarig zeeijs dikker is, is het Arctische zeeijs gemiddeld veel dunner geworden, waardoor het in de lente en zomer makkelijker opbreekt en smelt.
Voorspellingen van het tijdstip dat de Noordelijke IJszee aan het einde van de zomer voor het eerst ijsvrij zal zijn lopen uiteen van 2040 tot 2100. Dat het nog deze eeuw zal gebeuren lijkt zo goed als zeker. Dit heeft enorme implicaties voor de toegankelijkheid van het gebied, dat rijk is aan fossiele brandstoffen en delfstoffen. Het noordpoolgebied zal daarom de komende decennia volop in de geopolitieke schijnwerpers blijven staan.
Rondom Antarctica laten de waarnemingen een heel ander beeld zien. Over de afgelopen 30 jaar was de hoeveelheid zeeijs redelijk constant, maar de laatste jaren is sprake van een significante toename. In september 2014, het einde van de winter op het zuidelijk halfrond, was er voor het eerst sinds het begin van de satellietmetingen meer dan 20 miljoen km2 zeeijs rond Antarctica, ongeveer 7% meer dan het langjarig gemiddelde. Voorlopig is er nog geen sluitende verklaring voor deze toename.
De leidende theorie is het verschuiven van heersende winden, waardoor de vorming van zeeijs op bepaalde plaatsen wordt gestimuleerd. Een andere verklaring wijst op de toegenomen smelt van de Antarctische ijskap, waardoor zich meer zoetwater met een hoger smeltpunt in de bovenste oceaanlagen rond Antarctica bevindt. Tenslotte kan toegenomen sneeuwval een verklaring zijn, of een combinatie van deze factoren. Ook hier zal meer wetenschappelijk onderzoek het antwoord moeten geven.