ONDER DE ZEVEN ZEEEN/KLIMATOLOGIE

Deze week stelt het Intergovernmental panel on climate change (IPCC) zijn tweede, vijfjaarlijkse rapport vast. Onderdeel daarvan is de conclusie die een werkgroep twee weken geleden al trok: dat de mens dat de mens het natuurlijk broeikaseffect versterkt, is nu zeer waarschijnlijk. Eén van de factoren die sinds kort beter in de modellen zit, is de Atlantic conveyor: een onderzeese stroom water, een 'lopende band' die de helft van het wereldwijde warmtetransport verzorgt. Deze band is nauw verbonden met de ijstijden die de Aarde van tijd tot tijd teisteren. Vergeleken met een ijstijd stelt het twintigste-eeuwse broeikaseffect weinig voor - op één ding na: het kan voor een ijstijd zorgen. “Ons klimaat is een schavuit, het doet maffe dingen die we niet kunnen voorzien.”

De wind brengt warmte naar IJsland, hadden de beleidsmakers en klimatologen daar nog eens met eigen wangen kunnen voelen. En de wind haalt de warmte op uit zee. Ook daarom zou Reykjavik een mooie plek zijn geweest voor een vergadering waar de wereld het eens moet worden over klimaatkennis en klimaatbeleid. Want bij IJsland vindt een proces plaats dat het klimaat van de hele wereld beïnvloedt en een sleutelrol speelt in de modellen waarmee aan dat klimaat gerekend wordt: de vorming van het 'Noord-Atlantische diepe water'.

Met de Warme Golfstroom naar het noorden gekomen water geeft daar zijn warmte af. De westenwind brengt die warmte verder, naar IJsland en naar de rest van Europa, dat zodoende Canadese winters bespaard blijft. Het afgekoelde water zakt naar beneden en vormt zo de bron voor een kolossale, ijskoude rivier die traag over de bodem van de oceaan naar het zuiden stroomt. Die rivier zal vandaag honderdzestig meter verder stromen. Maar in zijn trage gang zit de toekomst van ons klimaat opgesloten. Het wordt vandaag in St John's (Newfoundland) hoogstens nul graden.

“Je kunt die stroming in computermodellen ook andersom laten draaien!” zegt dr. ir. C. B. Vreugdenhil. “Je moet dan wat spelen met het transport van vocht door de atmosfeer, het moet meer regenen in de Atlantische Oceaan en minder in de Pacific, en dan komt er juist koud water omhoog bij IJsland. En het is eigenlijk maar een klein verschil in neerslag. Maar het klimaat in Europa zou er totaal door veranderen.”

Aan het Instituut voor marien en atmosferisch onderzoek Utrecht (IMAU) doet een kleine groep onderzoekers mee met de wereldwijde inspanning om die onderoceanische rivier beter te begrijpen. De Atlantic conveyor heet die in hun vaktaal, de Atlantische lopende band, en dat is een goede beeldspraak. Als een wereldomspannend mechaniek draait die band eeuw na eeuw door, terwijl elke zee er op stort wat hij in de aanbieding heeft: warmte, kooldioxide, voedingsstoffen. Een halve wereld en een paar oceanen verder komt die kostbare lading weer vrij. De warmte zorgt voor een leefbaar klimaat, de voedingsmiddelen voor rijke visgronden, de kooldioxide werkt mee aan het broeikaseffect.

De motor van die lopende band loopt op water. Preciezer gezegd: op dichtheidsverschillen tussen verschillende waterlagen. Water met een hoge dichtheid, een hoog gewicht per liter dus, kan net zo min blijven drijven op water dat lichter is als een baksteen dat kan. De lopende band draait dankzij het feit dat aan de oppervlakte van de noordelijke Atlantische Oceaan voortdurend 'te zwaar' water wordt gevormd dat naar beneden zakt, eerder omlaaggedoken water voor zich uit duwend.

“De dichtheid van het water wordt bepaald door temperatuur en zoutgehalte”, legt Vreugenhil uit. “Water is zwaarder wanneer het kouder is en wanneer het zouter is. Wat de Golfstroom naar het noorden van de Atlantische oceaan brengt, koelt daar sterk af. Door regen of sneeuw komt er zoet water bij, waardoor het weer minder zout, dus lichter wordt. Die tegengestelde effecten zorgen er net voor dat het water omlaag zakt.

Van daar begint het 'diepe water' aan een lange reis onder de zeven zeeën, die wel driehonderd jaar kan duren. Eerst door de Atlantische Oceaan. Een klein deel beëindigt tijdens de reis daar al en voegt zich bij de noordelijke stroming die 'aangezogen' wordt door het zinkende Noordatlantische water - en ondertussen door de tropenzon opgewarmd. De rest gaat uiteindelijk om Antarctica heenen levert zo koud bodemwater aan de Indische Oceaan en de Stille Oceaan. Her en der komt het naar boven. Via routes die bepaald worden door winden en door de draaiing van de aarde - en die als zeestromen al eeuwen geleden een naam kregen - vindt het zijn weg terug naar de bron.

Het is niet zo vreemd dat de Atlantische conveyor, althans de belangrijke functie en de wereldomspannende reikwijdte ervan, nog maar een jaar of twintig bekend is. Informatie over de omstandigheden op vijf kilometer diepte is lastig te krijgen. Het waarnemen van een stroming die je in millimeters of hoogstens centimeters per seconde meet, is nog veel moeilijker en het wereldwijd in kaart brengen is een karwei dat nog moet gebeuren.

“De meeste kennis hebben we dus uit computermodellen”, zegt Vreugdenhil. “In alle modellen die voldoende detail vertonen, zie je dit gedrag van de oceaan en het weinige dat we kunnen meten, klopt ermee.”

In die modellen rekent een supercomputer voor blokken oceaanwater uit wat er mee gebeurt. Bevindt het blok zich aan de oppervlakte? Hoeveel regent er gemiddeld op, hoeveel verdampt er, hoeveel bevriest er, hoeveel zonne-energie valt erop? Hoe warm zijn de blokken rond het pakket, wat is de druk? Stap voor stap behoort dat, als er niets is vergeten, het gedrag op te leveren dat je van een echte oceaan ziet.

En dat lukt nog maar sinds kort, nu er supercomputers zijn die een model binnen redelijke tijd kunnen doorrekenen op de kennelijk vereiste berekeningsschaal: blokken van zes bij zes kilometer en honderd meter diep. Kennelijk vereist, want pas bij die schaal slaagde een groep aan de universiteit van Minnesota er als eerste in de Warme Golfstroom op de goede manier langs Kaap Hatteras aan de oostkust van de VS te laten stromen. In eerdere modellen bleef hij de kaap hardnekkig ronden in plaats van de open oceaan op te zoeken.

Zo logisch als het is dat de Atlantische conveyor redelijk nieuw is, zo vreemd is het dat de klimatologen het nog zo lang zonder hebben kunnen doen. Want: bij nader inzien blijkt de onderzeese lopende band de helft van het wereldwijde warmtetransport te verzorgen. Dat transport is 'nodig' omdat gebieden in de buurt van de evenaar gemiddeld veel meer zonnestraling ontvangen dan die richting pool. Het teveel aan warmte zal op een of andere manier proberen naar het tekort te komen. Ooit werd verondersteld dat de lucht de hoofdroute was: warme lucht en daarin opgenomen waterdamp brengen inderdaad heel wat energie naar het uiterste noorden en zuiden. Pas nu is duidelijk hoe groot de bijdrage is die het water, zo langzaam als het stroomt, levert.

Zonder de lopende band heb je van het klimaat geen verstand. De IPCC kan pas verklaren dat de opwarming van de aarde mensenwerk is, als de modellen van atmosfeer èn oceanen samen voldoende op de echte wereld lijken. Daarvoor is onder andere nodig dat ze een accuraat beeld van de lopende band geven.

En zover is het nu. De overmaat aan kooldioxide die door menselijke activiteiten de lucht in gaat, lijkt inderdaad nodig te zijn om de waargenomen temperatuurstijging (deze eeuw tussen de 0,3 en 0,6 graden) te verklaren, meldde een werkgroep van de IPCC twee weken geleden, in een verslag dat de IPCC deze week in Rome waarschijnlijk officieel in haar standpunt zal opnemen. En de werkgroep doet ook voorspellingen: eind volgende eeuw zal de temperatuur wereldwijd met gemiddeld 1 tot 4 graden gestegen zijn, en als gevolg daarvan de zeespiegel met 15 tot 95 centimeter.

Maar dan moet het klimaat wel 'ongeveer hetzelfde' blijven, waarschuwt Wallace Broecker, hoogleraar geologie aan de Columbia universiteit in New York. Hij is degene die de naam 'Atlantische conveyor' verzon voor de - in de jaren dertig voor het eerst ontdekte - stroom diep water in de Atlantische Oceaan, de eerste die benadrukte dat die een grote rol in het klimaat speelt. In een artikel in het maandblad Scientific American (november 95) betoogt hij dat de lopende band nauw verbonden is met enorme klimaatcatastrofes die de aarde van tijd tot tijd teisteren: ijstijden. Vergeleken met een ijstijd, die de gletsjers weer voor Rhenen en Nijmegen kan brengen, stelt het twintigste-eeuwse broeikaseffect natuurlijk helemaal niets voor - op één ding na: het kan voor een ijstijd zorgen.

Die angst van Broecker is gebaseerd op het feit dat de huidige toestand van de oceanen, waarin de Atlantische conveyor koud water van IJsland over de wereldzeeën verdeelt, niet de enig mogelijke is. Precies daarnaar doet Vreugdenhil in Utrecht onderzoek, met kleine computermodellen waarin een aantal 'vierkante oceanen' snel kunnen worden doorgerekend. De resultaten leveren dan suggesties voor 'proefnemingen' met echt gedetailleerde modellen.

Afhankelijk van de temperatuur- en neerslagverdeling kunnen in de oceanen geen, één of meerdere lopende banden op gang komen. Bij voorbeeld een 'twee-cellensysteem', waarbij zowel bij Antarctica als bij IJsland diep water wordt gevormd, dat bij de evenaar weer omhoog komt. Of - als je het in de Atlantische Oceaan wat harder laat regenen en in het noorden van de Stille Oceaan wat minder, een conveyor die bij Alaska begint. Van geen van de alternatieven moet je hopen dat die ooit werkelijkheid wordt: zonder de vorming van diep water op de huidige plek krijgt Dublin (negen graden vandaag) het klimaat van Spitsbergen (min zeven), en Londen (zeven graden) dat van Irkoetsk (min achttien).

Vreugdenhil: “Je ziet aan die modellen dat de oceanen onder bepaalde omstandigheden twee mogelijkheden hebben voor het hele systeem van stromingen. Welke dan werkelijkheid wordt, is toeval. En dan is het mogelijk, dat een kleine 'duw' tegen het systeem, bij voorbeeld een wereldwijde temperatuurstijging, opeens een overgang verooraakt.

En zorgt zo'n overgang dan voor meer dan ongemak in Europa, zorgt die voor een echte, wereldwijde ijstijd? Onderzoek van diepe - dus oude - lagen van gletsjers, ijskappen en oceaansediment heeft uitgewezen dat tijdens ijstijden de Atlantische conveyor zo nu en dan stil moet hebben gelegen. Dat laat nog de vraag open wat oorzaak was en wat gevolg. Maar volgens Broecker is die vraag voor één geval van sterke afkoeling beantwoord: het jonge Dryas.

Het jonge Dryas, genoemd naar een plantje dat gedijt in de toendra, begin elfduizend jaar geleden, ruim na het einde van de laatste ijstijd, en vormde een zeer ruwe onderbreking van de warme periode die tot nu toe voortduurt. En die afkoeling lijkt te zijn veroorzaakt doordat een enorm natuurverschijnsel de Atlantische conveyor tijdelijk lamlegde: het leeglopen van een smeltwatermeer.

Dat meer, naar een bekende geoloog het Agassiz-meer genoemd, lag in het zuiden van het huidige Canada en waterde af via de Mississippi. Naar het oosten sloten gletsjers het af. Tot zich daar door de voortdurende opwarming een uitweg opende: enorme hoeveelheden water kwamen in korte tijd via de St. Laurensrivier in het noorden van de Atlantische oceaan terecht. Zoet water: licht water. Hoe koud het ook werd, het zonk niet en de lopende band stopte. De toendra - en de dryas - heroverde Europa. In enkele tientallen jaren. En de kou hield duizend jaar aan.

Misschien dat er daarna nog wel diep water werd gevormd ten noorden van Bermuda, berekeningen van oceanografen uit Hamburg wijzen daarop (zie uitsnede). In ieder geval was het jonge Dryas geen wereldwijd verschijnsel. Maar voor Broecker is het duidelijk: de Atlantische conveyor is, samen met misschien nog onbekende gedragingen van de atmosfeer, een (gevoelige) hoofdfactor bij de komst van ijstijden.

Hoe groot het gevaar is dat een menselijke 'warmtestoot' het klimaatsysteem doet omslaan naar een minder vriendelijke toestand, weet niemand. Vreugdenhil: “Op korte termijn gebeurt dat niet. De Atlantische conveyor zit in de modellen die de IPCC gebruikt, en als je die voor vijftig of honderd jaar doorrekent, zie je hem niet fundamenteel veranderen. Hij zou de opwarming zelfs wat tegen kunnen houden: doordat de Golfstroom warmer is, neemt de vorming van diep water iets af.

Broecker wil dat best geloven. “Die modellen zijn goed, maar ze zijn gemaakt om het weer voor vijf dagen te voorspellen en daarna aangepast om verder in de toekomst te kijken. Ik ben blij dat ik niet in die IPCC zit. Ons klimaat is een schavuit, het doet maffe dingen die we niet kunnen voorzien.”

“Waardoor zijn er eigenlijk ijstijden? We zien aan hun optreden dat ze samenhangen met afwijkingen in de baan en de draaiing van de aarde, waardoor er variaties in de zonneschijn optreden. Maar die variaties zijn klein. Hoe werkt dat? We kunnen dat met de computers nog niet nadoen. En tot het zover is, zijn we Russische roulette aan het spelen met onze verwoede pogingen om het wereldklimaat te veranderen.”

“De kans dat het broeikaseffect een nieuwe ijstijd veroorzaakt, is vast wel klein. Maar de gevolgen als het gebeurt zijn zo ongelooflijk groot. . . het is hard nodig dat we reconstrueren wat er de afgelopen drie eeuwen met de Atlantische conveyor is gebeurd, en het zoutgehalte van de noordelijke Atlantische Oceaan goed in de gaten houden. Zodat we het tenminste zien komen als het gebeurt.”

Pagina 16: Impuls voor na de eeuwwisseling

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