Herstel van het verlies van zee-ijs in Antarctica hangt af van oceaanlagen, blijkt uit studie

Jaarlijkse gemiddelde veranderingen in het Antarctisch zee-ijs door de tijd heen, volgens verschillende toekomstige atmosferische kooldioxide-scenario’s.

Satellietobservaties hebben een aanzienlijke afname van de omvang van het Antarctisch zee-ijs gedocumenteerd sinds 2014, met vooral scherpe verliezen in de afgelopen jaren. Of het afnemende zee-ijs in Antarctica kan herstellen, hangt niet alleen af van de hoeveelheid kooldioxide die we uitstoten, maar ook van hoe gelaagd de Zuidelijke Oceaan is, volgens nieuw onderzoek gepubliceerd in Geophysical Research Letters.

Sirui Li van de Ocean University of China en zijn collega’s ontdekten dat de initiële dikte en stabiliteit van oceaanlagen (hoe sterk lichter, kouder oppervlaktewater boven warmer, zouter en dichter water ligt) een belangrijke factor is in de vraag of het verlies van zee-ijs kan worden omgekeerd onder verschillende toekomstige kooldioxide-emissiescenario’s. Als de oceaanlagen sterk gelaagd zijn, blijven de oppervlaktelagen (boven 300 m) en diepere lagen (onder 700 m) meer geïsoleerd, waardoor warmte nabij de oppervlakte behouden blijft, wat de ijsformatie kan remmen of zelfs het ijs van onderaf kan laten smelten.

De wetenschappers voerden klimaatmodellen uit met behulp van het Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, waarbij ze toekomstige stabilisatie- en reductiepaden van kooldioxide simuleerden, beginnend vanuit verschillende initiële staten van oceangelaagdheid rond Antarctica. Ze vergeleken wat er gebeurt als de Zuidelijke Oceaan al sterk gelaagd is, versus minder gelaagd als de kooldioxide-emissies in de toekomst beginnen te stabiliseren of af te nemen. Het doel was om te testen onder welke omstandigheden de afname van het Antarctisch zee-ijs omkeerbaar is, of of het systeem mogelijk drempels kan overschrijden waardoor herstel moeilijk of zeer traag wordt.

Ze ontdekten dat hoe sterker de initiële gelaagdheid was tijdens verhoogde atmosferische kooldioxide-niveaus, hoe meer warmte werd opgeslagen in de oppervlaktelaag van de open oceaan, in plaats van naar beneden te worden gemengd, wat leidde tot versneld smelten van zee-ijs. Dit smelten versterkte de oceaangelaagdheid verder, leidend tot extra verlies van zee-ijs en creëerde een positieve feedbacklus, zelfs wanneer kooldioxide-emissies worden verminderd.

In het model bleef het zee-ijsgebied tegen 2129, ondanks de herstel van kooldioxideconcentraties naar pre-industriële niveaus, 1,4 miljoen km² onder de pre-industriële toestand, met een verdere afname van 0,2 miljoen km² tegen 2189. Dit suggereert dat veranderingen in het Antarctisch zee-ijs achterlopen op de kooldioxide-invloed, en dat de oceaan nog lange tijd warmte absorbeert die door broeikasgassen is veroorzaakt.

Omgekeerd bevorderde een zwakkere initiële oceangelaagdheid het herstel van zee-ijs onder meerdere emissiereductiescenario’s. Dit komt omdat de onderzoekers ontdekten dat warmte op diepere diepten werd opgeslagen of naar beneden werd gemengd, wat betekende dat de oppervlakte afkoelde en de ijsvorming bevorderde, of op zijn minst het smelten ontmoedigde.

Toegevoegd aan deze complexiteit is het feit dat waarnemingen aantonen dat de gelaagdheid verandert: het transport van zee-ijs, smeltwater, neerslag en windpatronen veranderen de zout- en temperatuurprofielen, wat de gelaagdheid kan beïnvloeden. Daarom is timing cruciaal. Als de gelaagdheid lang genoeg zwakker blijft terwijl de atmosferische kooldioxide-niveaus onder controle worden gebracht, is er hoop. Maar als de gelaagdheid van de oceaan eerst te veel versterkt, kan het systeem in een regime terechtkomen waar het verlies versnelt en herstel problematisch wordt.

Het lot van het Antarctisch zee-ijs gaat niet alleen om ijs: het beïnvloedt het wereldklimaat, oceaanstromingen, ecosystemen en de zeespiegel. Bijvoorbeeld, minder ijs betekent meer open water in de zomer, wat meer zonne-energie absorbeert en de oceaan verder opwarmt (ijs-albedo feedback). Warmere oppervlaktewateren kunnen het smelten van ijsschotten van onderaf versnellen, wat de afvoer van landijs verhoogt en de zeespiegel doet stijgen. Zee-ijs ondersteunt ook gespecialiseerde ecosystemen die afhankelijk zijn van zijn aanwezigheid, en vormt daarmee risico’s voor de organismen die daarin leven.

Om de voorspellingen te verbeteren, doen de onderzoekers een oproep voor betere observaties van gelaagdheid met meer gedetailleerde metingen van subsurface temperatuur en zoutgehalte rond Antarctica, evenals betere monitoring van smeltwaterstromen, wind en interacties tussen oceaan en atmosfeer. Ze moedigen ook aan om modellen verder te verfijnen om de verticale mengprocessen beter te begrijpen. Ze suggereren dat beleidsmakers en klimaatmodelleurs gelaagdheid niet als een bijzaak moeten beschouwen, maar als een centrale factor in de toekomst van het Antarctisch zee-ijs.

Uiteindelijk zegt het team dat de omkeerbaarheid van het verlies van zee-ijs mogelijk is, maar waarschijnlijk alleen onder scenario’s waarbij significante kooldioxidereducties eerder dan later plaatsvinden, en waarbij gelaagdheid warmer oppervlakte- en koelere diepere wateren buffer.