De oceaan als zwarte doos

onderzoek | Met een klimaatscepticus in het Witte Huis moeten wetenschappers straks nog beter laten zien wat er in de broeikas gebeurt. Een onzekere factor is de oceaan, die warmte vasthoudt. Maar die wordt zijn geheim nu ontfutseld.

Klimaatonderzoekers leken de afgelopen week een vervolgde minderheid in de VS. Elke dag bracht weer ander onheilspellend nieuws van of over Donald Trump en zijn mensen: de voordracht van een broeikas-ontkenner als hoofd van de federale milieudienst; een verzoek aan het ministerie van energie om een lijst met namen van ambtenaren die naar klimaatconferenties waren geweest; de directeur van een oliemaatschappij als toekomstig minister van buitenlandse zaken.

Maar helemaal weerloos bleken die wetenschappers niet. Op diverse universiteiten werden servers ingericht, waar onderzoekers in overheidsdienst hun gegevens op kunnen zetten. Zodoende, redeneren de initiatiefnemers, kunnen die data niet verdonkeremaand worden door een regering die het niet eens is met de conclusies uit die data.

In San Francisco, buiten het congrescentrum waar de American Geophysical Union (AGU) deze week zijn jaarvergadering hield, werd door bezoekers aan dat congres gedemonstreerd. En een zaal vol wetenschappers gaf een staande ovatie aan de gouverneur van Californië, Jerry Brown, die beloofde dat zijn staat pal zou staan voor een goed klimaatbeleid en stevig onderzoek. "Als Trump de satellieten uitschakelt, dan lanceren we onze eigen satelliet!", dreigde hij.

Maar de sterkste zet van de wetenschap tegen een president die zegt dat 'niemand het echt weet' als het om klimaatverandering gaat, is natuurlijk onderzoek dat nog beter ontrafelt hoe dat nou zit met de uitstoot van broeikasgassen en de zonnewarmte die onder die onzichtbare deken gevangen blijft zitten. En juist op die AGU-vergadering werd onderzoek bekendgemaakt dat belooft een belangrijk gat op te vullen in de kennis daarover. Onderzoek dat een antwoord moet geven op de vraag: hoeveel warmte zit er opgeslagen in de oceanen?

Die warmte speelt een sleutelrol. Als de oceanen niet dagelijks bezig waren de atmosfeer af te koelen, was het door het broeikaseffect allang onleefbaar op aarde. En dat roep meteen een nog spannender vraag op: hoelang houden de oceanen dit nog vol?

De extra warmte die de aarde sinds 1955 is gaan vasthouden dankzij menselijke activiteiten, is voor 90 procent in het water verdwenen, zoveel is duidelijk. Maar verder zijn de oceanen een zwarte doos: waar gaat die warmte het meest zitten, en welke factoren bevorderen of blokkeren de opname ervan? Die processen, met een tijdschaal van enkele jaren, zouden kunnen verklaren waarom de opwarming van de atmosfeer van 1998 tot 2013 pas op de plaats leek te maken. Iets wat sceptici omarmden als bewijs dat het klimaat een grillig systeem is dat misschien op de lange duur helemaal niet opwarmt, en in ieder geval nog niet goed begrepen wordt.

Te groot, te diep

Waarom is het zo lastig om te weten te komen hoeveel warmte er in de oceanen zit, en gaat zitten?

Ze zijn domweg te groot en te diep, zei Tim Boyer, onderzoeker bij het klimaatinstituut van de overheid, NOAA, deze week. Vanuit onderzoeksschepen kun je natuurlijk wel instrumenten naar de diepte laten zakken, of onderzeeërs omlaag sturen, maar dat zijn dure expedities. Als goedkoper alternatief zweven er sinds 2000 in alle wereldzeeën Argo's rond, duikrobots die zich regelmatig tot twee kilometer diep laten zakken, en daarna naar de oppervlakte gaan om hun gegevens naar de wal te seinen. Het zijn er inmiddels al 4000, van allerlei onderzoeksgroepen. Maar zelfs dat is nog niet heel veel, als je vat wilt krijgen op een watervlakte die ruim twee derde van de aardbol beslaat, en waaronder het gemiddeld 3,7 kilometer diep is, met uitschieters tot wel 11 kilometer.

Aan dat gebrek aan data kan met één klap een einde worden gemaakt als een idee van Rob Tyler, van de universiteit van Maryland, en Terence Sabaka, van het Nasa Goddard Space Flight Center, gaat werken. Volgens Tyler en Sabaka kun je de totale hoeveelheid warmte in de oceanen te weten komen door met satellieten te meten hoe die oceanen trekken aan het magneetveld van de aarde. Dat veld kun je in beeld brengen als een bundel lijnen die van de kern van de aarde naar boven komt, dwars door gesteenten en water naar de atmosfeer en daarbuiten, en uiteindelijk weer terugbuigt naar de aardkern. Het water in de oceanen laat die lijnen niet met rust.

Dat de zee daarop invloed uitoefent, is een kwestie van geluk hebben: de zee is zout, en zout water is een goede geleider van elektriciteit. Elektriciteit en magnetisme zijn nauw met elkaar verstrengeld, en dat maakt dat een geleider op een magneetveld het effect heeft van stroop op een lepel. De lepel kan zich maar met moeite bewegen. En als je de strooppot verplaatst, moet de lepel dus mee.

Daar komt nog een tweede geluk bij: de mate waarin het water de stroom geleidt, en zich dus hecht aan het magneetveld, neemt toe met de temperatuur. Als je er dus in slaagt vast te stellen hoe sterk een kolom verplaatsend water het magneetveld meesleurt, dan weet je ook wat de temperatuur van die kolom gemiddeld moet zijn, en daarmee weer hoeveel warmte erin opgeslagen zit. In het geval van oceaanwater heb je de verplaatsingen voor het uitzoeken: zeestromen, draaikolken; onder invloed van de wind en de draaiing van de aarde is het water voortdurend onderweg. En dan zijn daar ook nog zon en maan die eraan trekken: de getijdenstromen.

Van die laatste maakten Tyler en Sabaka gebruik om hun idee te testen. Om precies te zijn: de sterke, twee keer per dag terugkerende invloed van de maan. Dankzij dat ijzeren ritme hoef je in waarnemingen alleen te kijken naar een effect op het magneetveld met precies datzelfde ritme. Dat ruimt al een hoop ruis in de data op.

Daar komt bij dat juist de getijdenstroom ideaal is om de oceaan van bodem tot oppervlak door te meten, zegt Tyler: "De zwaartekracht werkt in op al het water op aarde, diep of ondiep, dus die invloed is vrij gemakkelijk te beschrijven. Dat kun je in een computermodel gieten, en dat model kun je daarna heel nauwkeurig maken door hier en daar nauwkeurig de stroming te meten, en met satellieten naar hoogteverschillen in de zeespiegel te kijken. Zodoende weten we, zonder dat je enorme meetcampagnes hoeft uit te voeren, heel precies wat het water door de getijdenstroom doet."

Achterstevoren

Om het idee te testen, pasten de onderzoekers het eerst achterstevoren toe. Ze lieten in een computermodel de door de maan veroorzaakte getijdenstromen heen en weer gaan, berekenden wat dat met het magneetveld zou moeten doen en hoe een satelliet dat dan zou waarnemen. Gewapend met die uitkomst gingen ze in echte satellietwaarnemingen zoeken naar een soortgelijk, twee keer per dag terugkerend signaal. En ze vonden het.

In theorie hadden ze daarmee nu al de warmte-inhoud van de oceaan kunnen meten. Maar ze hebben die moeite nog niet genomen. De berekening is nu nog te onnauwkeurig, de uitkomst zou niets van de huidige onzekerheid over de warmte in de wereldzeeën hebben weggenomen.

Meer waterbeweging willen ze daarom laten meedoen in hun berekeningen, zodat die realistischer worden: niet alleen de invloed van de maan, maar ook die van de zon, die een iets sneller ritme heeft, moet worden meegenomen. En ook, al zijn de details daarvan een stuk minder goed bekend, de grote zeestromen.

Die vloed aan gegevens kan alleen gebruikt worden, als er ook heel gedetailleerde waarnemingen van het magneetveld tegenover staan. Maar die komen al binnen, dankzij een Europees project, Swarm. Dat heeft drie satellieten in een baan om de aarde draaien, die het magnetische veld vanuit verschillende hoeken waarnemen.

Tyler heeft daarom goede hoop dat de oceanen straks geen zwarte doos meer zullen zijn, maar een opslagplek voor warmte waarvan duidelijk is hoe die werkt en wat erin zit. Hopelijk blijkt uit dat onderzoek dat die plek nog lang niet vol is. Dan is er wat meer tijd om de nieuwe regering in Washington ervan te overtuigen dat klimaatonderzoekers weten waar ze het over hebben.

Meer over

Wilt u iets delen met Trouw?

Tip hier onze journalisten

Op alle verhalen van Trouw rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright@trouw.nl.
© 2020 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden