De warmtewisselaar in de oceanen hapert

Het water dat langs onze West-Europese kusten stroomt is op weg naar het noorden. Als het de Noordpool in zicht krijgt, koelt het zeewater af. De kou en zijn hoge zoutgehalte maken het water zwaar; het zakt naar de bodem, waar het zijn reis voortzet, langs de Noord-Amerikaanse kust naar het zuiden, en dan onder Afrika door de Stille Oceaan in. Daar komt het weer boven, neemt warmte op, en begint via de Golfstroom rond de evenaar aan een nieuwe ronde.

Deze warmtewisselaar is een belangrijk onderdeel van het aardse klimaat. En hij is van slag: de warmtecirculatie in de oceanen is op een lager pitje gaan draaien. Dat kan gevolgen hebben voor temperatuurverdeling en weerpatronen. En ook deze klimaatverandering komt goeddeels op conto van de uitstoot van broeikasgassen door de mens.

Daarover zijn de twee groepen onderzoekers die deze week in vakblad Nature publiceerden, het eens. Ze verschillen alleen van mening over het moment waarop de warmtewisselaar is gaan terugschakelen; tussen hun schattingen zit een verschil van honderd jaar. Dat lijkt een enorm gat, maar het verschrompelt enigszins als je beseft hoe moeilijk het is om dit mondiale stromingspatroon nauwkeurig in kaart te brengen. Het patroon is te groot om met het blote oog te zien.

Watertemperatuur

Het mooie is dat de twee onderzoeksgroepen heel verschillende wegen hebben gevolgd om dit probleem op te lossen. De eerste groep, geleid door Duitse wetenschappers, heeft gekeken naar de temperatuur van het zeewater. Betrouwbare temperatuurmetingen van het zeewater worden al anderhalve eeuw gedaan. In die annalen hebben de Duitsers gezien dat nabij de Noordpool het zeewater gemiddeld kouder is geworden sinds midden vorige eeuw (het blauwe gebied in de illustratie).

Dat is opmerkelijk, want in die afgelopen honderd jaar is de gemiddelde temperatuur op aarde gestegen. Deze noordelijke wateren tussen IJsland en Noord-Amerika zijn de enige plek op de wereldzeeën die desondanks is afgekoeld. Daar tegenover staat een gebied voor de Noord-Amerikaanse oostkust (rood in de illustratie) waar de temperatuur meer dan gemiddeld is gestegen. Dit gebied markeert de noordzijde van de Golfstroom. Let op: het gaat hier om de temperatuur van het oppervlaktewater; koude stromen komen hier ook langs, maar dan op kilometers diepte.

Die koeling van de poolwateren en verwarming van de Golfstroom zijn twee kanten van dezelfde medaille. En hij is eerder gezien. Er werd ook al vermoed dat dit een teken was van hapering in die grote warmtewisselaar. De Duitse onderzoekers denken daarvoor nu bewijs te hebben gevonden, door hun temperatuurmetingen te vergelijken met klimaatmodellen. In die rekenmodellen van het klimaat hebben ze de uitstoot van broeikasgassen omhoog gedraaid, om te simuleren wat er de afgelopen eeuw is gebeurd. En ze zagen precies dezelfde temperatuurveranderingen én een hapering in die warmtecirculatie in de oceanen.

Ze denken ook te weten hoe dat komt. De uitstoot van broeikasgassen verhoogt de gemiddelde temperatuur. Daardoor stroomt er meer smeltwater van de gletsjers op Groenland. Smeltwater is zoet, dus het zeewater wordt daardoor minder zout. Het zoutgehalte van het zeewater was cruciaal, want dat deed het water aan de Noordpool naar de bodem zinken.

Hiermee wordt de aandrijving van de circulatie dus geremd. Gevolg: er wordt vanuit het zuiden minder warmte aangevoerd, wat het blauw in de illustratie verklaart, en er blijft meer warmte hangen bij de Golfstroom, wat leidt tot het rood in de illustratie.

Stroomsnelheid

De tweede onderzoeksploeg, die onder Britse leiding stond, volgde een andere koers. Deze wetenschappers gingen de stroomsnelheid meten van het koude water dat op grote diepte van de Noordpool langs de Noord-Amerikaanse kust zuidwaarts gaat. En ze maten niet alleen de snelheid van vandaag, maar de ontwikkeling van die snelheid over de afgelopen twee eeuwen. Hoe? Door te kijken naar de grootte van de zandkorrels die op de bodem zijn beland.

Voor de kust van North-Carolina, op 2 kilometer diepte, boorden de onderzoekers gaten. Uit de boorkernen werden monsters genomen. De diepte van die monsters geeft hun leeftijd weer; hoe dieper hoe ouder. De onderzoekers zagen dat de gemiddelde korrelgrootte van het sediment is afgenomen; de zandkorrels die op de bodem belandden werden in de loop van de tijd kleiner.

Dat duidt op een daling van de stroomsnelheid; als water hard stroomt zullen alleen grote korrels bezinken, daalt de snelheid dan zakken ook kleinere korrels naar de bodem. Uit deze metingen bleek dus dat de circulatiesnelheid in de oceanen is gedaald. De warmtewisselaar is op een lager pitje gaan draaien.

De Britten komen tot dezelfde conclusie als hun Duitse collega’s. Maar bij hen is de rem er veel eerder op gegaan. Volgens de Britten moet de hapering in de circulatie al zijn begonnen in het midden van de negentiende eeuw. De Duitsers zagen hem honderd jaar later, midden twintigste eeuw, beginnen.

Dat is opmerkelijk, want midden negentiende eeuw moest het grote uitstoten van broeikasgassen nog beginnen. Dus die kan niet veroorzaakt hebben wat de Engelse ploeg heeft gezien. Volgens de onderzoekers moet de vertraging van de circulatie destijds een natuurlijke oorzaak hebben gehad. Midden negentiende eeuw liep de Kleine IJstijd op zijn eind, een periode van vier eeuwen waarin de gemiddelde temperatuur op het Noordelijk Halfrond een paar graden lager was.

Deze natuurlijke oorzaak heeft volgens de onderzoekers hetzelfde mechanisme in gang gezet, namelijk meer smeltwater in de oceanen, verdunning van het zoute water en dus minder circulatie. En het kan heel goed zijn dat de hapering die door die natuurlijke oorzaak in gang werd gezet, later met de uitstoot van broeikasgassen door de mens werd overgenomen en versterkt.

Weersverandering

De vertraging in de oceaancirculatie is een symptoom van de broeikas die de mens aanjaagt, maar tegelijk ook oorzaak van weersverandering, verwachten de Britse én de Duitse onderzoekers. Door de meer dan gemiddelde opwarming ten oosten van de Verenigde Staten kan de zeespiegelstijging daar ook extra groot worden. En als er minder warmte naar het noorden wordt afgevoerd, kan het in de Sahel nog droger worden dan het nu al is.

Belangrijkste effect in onze streken zijn warme zomers. Kou aan de Noordpool brengt doorgaans warme lucht naar West-Europa. De mindere circulatie in de oceanen kan dus de temperaturen in de zomer opdrijven. Maar dat is niet het enige, waarschuwen de onderzoekers: het zal ook vaker stormen.

Lees ook: Klimaatverandering bedreigt de diepzee

De bodembewoners en diepzeedieren in de oceanen gaan een ongewisse toekomst tegemoet. Nieuw onderzoek toont aan dat de helft van al het voedsel in de diepzee tegen het jaar 2100 kan zijn afgestorven door klimaatverandering en menselijk toedoen.