Zoetwater als deksel op het Noord-Atlantisch oceaanwater

De grote zeestromingen in de Noord-Atlantische Oceaan spelen een belangrijke rol in de ontwikkeling van het klimaat, doordat in de poolstreek koud en zout water vanaf het zeeoppervlak water naar de diepzee beweegt. Een vertraging in de vorming van dit Noord-Atlantisch Diep Water leidt tot afkoeling in NW Europa. Tijdens het laatste glaciaal (‘ijstijd’) braken er in bepaalde perioden enorme aantallen ijsbergen van de continentale ijskappen af, die vervolgens al smeltend met de zeestroom meedreven. Hierdoor werd het zeeoppervlak kouder maar ook zoeter, waardoor het water veel minder snel naar de zeebodem zonk. Het promotieonderzoek dat Lukas Jonkers bij het NIOZ verrichtte toont nu aan dat vlak onder deze zoete en koude ‘deksel’ op de oceaan de watertemperatuur al veel eerder steeg. Na het smelten van de ijsbergen steeg de temperatuur aan het zeeoppervlak en de atmosfeer daardoor ineens ongekend snel. Hij verdedigt zijn proefschrift op 12 mei aan de Vrije Universiteit Amsterdam.

Het stelsel van grote zeestromingen in de Noord-Atlantische Oceaan, met in het zuiden het begin van de Golfstroom vanuit de Golf van Mexico en in het noorden de vorming van Noord-Atlantisch Diepwater, transporteert warmte uit de subtropen naar polaire gebieden. Hierdoor is het klimaat bij ons in Europa relatief mild. De grote verticale stroming vanaf het zeeoppervlak naar de zeebodem op ongeveer 4 km diepte in de Noord-Atlantische Oceaan wordt aangedreven door dichtheidsverschillen van verschillende watermassa’s; om snel te kunnen zinken, moet het water koud en zout zijn. Kleine afwijkingen kunnen hier al een relatief grote invloed hebben op de omvang en sterkte van deze zeestroming.

Een ijsberg gezien vanaf het Groenlandse vasteland.

Creative Commons by Kim Hansen

Creative Commons by Kim Hansen

Vertraagde reactie oceaanstroming op verzoeting zeeoppervlak

Tijdens de laatste ijstijd, 116.000 tot 11.500 jaar geleden, was een groot deel van Noord-Amerika en Europa bedekt met enorme ijskappen, waarvan periodiek grote stukken afbraken die als vloten van ijsbergen zee kozen. Door het afsmelten van deze ijsbergen werd het zeeoppervlak zoeter, waardoor de drijvende kracht achter de grote zeestromen afnam. Deze ijsbergen bevatten vaak sediment met een heel karakteristieke korrelgrootteverdeling en chemische samenstelling.

Omdat tijdens het smelten van de ijsbergen dit sediment naar de zeebodem zinkt, kunnen boorkernen in de zeebodem (sedimentkernen) gebruikt worden om deze sedimenten nu weer terug te vinden. Met behulp van een statistisch model de korrelgrootte van een sedimentkern uit de Noord-Atlantische Oceaan ontrafeld om variaties in de toevoer van sediment van smeltende ijsbergen en van de sterkte van de diepe oceaanstroming te reconstrueren. Hierbij bleek er een duidelijke koppeling te bestaan met, zoals verwacht, een vertraging van de bodemstroming bij een zoeter wordend zeeoppervlak. Verrassend was echter, dat beide zaken niet tegelijk optraden, maar dat de vertraging van de zeestroming ongeveer 10-100 jaar achterliep bij het zoeter worden van het zeeoppervlak. Dit vertragingsmechanisme kan ook in onze tijd weer relevant zijn voor de respons van de oceaan op het afsmelten van de Groenlandse ijskap.

Opwarming in ijstijd

Perioden van smeltende ijsbergvloten in het verleden worden vaak geassocieerd met de koudste omstandigheden tijdens ijstijden; deze werden ook binnen een ijstijd afgewisseld met mildere omstandigheden. De ijskernen uit de Groenlandse ijskap vormen een zeer gedetailleerd klimaatarchief van de atmosfeer in het geologische verleden, waarbij perioden met smeltende ijsbergen altijd optreden tijdens de koudste omstandigheden. Deze worden gevolgd door een zeer plotselinge opwarming van wel enkele graden binnen een periode van één menselijke generatie. Lukas Jonkers vergeleek deze gegevens met zijn data van in het water levende ééncellige schelpdiertjes (foraminiferen) waarvan de schelpjes lange tijd in de zeebodem bewaard blijven. De soortsamenstelling van deze foraminiferen en de verhouding tussen magnesium en calcium in hun skelet geven een indicatie van de temperatuur van het zeewater.

Groenlands ijs.

Creative Commons

In tegenstelling tot de Groenlandse ijskernen toont het diepzeesediment dat de zeewatertemperatuur al duidelijk aan het toenemen was tijdens de perioden met smeltende ijsbergvloten. Dit betekent dat de oceaan al aan het opwarmen was toen de atmosfeer nog op zijn koudst was. De zoete oppervlaktelaag fungeerde in die tijd als een deksel op de oceaan. Lukas Jonkers vertelt aan Kennislink dat dit komt omdat er onder het oceaanoppervlak toch nog warmer subtropisch water naar het noorden toe stroomt. Toen de ijsbergen eenmaal waren gesmolten, verdween de zoete deksel snel door het mixen van diepe en ondiepe lagen in de oceaan en warmde de atmosfeer schoksgewijs op door de plotseling vrijkomende oceaanwarmte, zoals gemeten in de Groenlandse ijskernen. De temperaturen van de oceaan en de lucht verliepen dus niet netjes synchroon.

Dit onderzoek werd extern gefinancierd door de Nederlandse organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) vanuit het Nederlands-Engels-Noorse project VAMOC.

De promotie vindt plaats op woensdag 12 mei om 11:45 in de aula van de Vrije Universiteit Amsterdam. Promotor is VU hoogleraar en NIOZ onderzoeker prof. Tjeerd van Weering; copromotoren zijn dr. Geert-Jan Brummer (NIOZ) en dr. Maarten Prins (FALW, VU).