Klimaatverandering doet Zuid-Afrika uit de oceaan rijzen, blijkt uit studie

De graph toont de waterverliezen en -winsten in Zuid-Afrika tussen 2012 en 2020. Hoe bruiner het gebied, hoe hoger het waterverlies. De driehoeken vertegenwoordigen GPS-stations. Een rode driehoek betekent dat dit station sinds 2012 in hoogte is gestegen.

Zuid-Afrika komt langzaam omhoog uit het water – met tot wel 2 millimeter per jaar, afhankelijk van de regio. Tot nu toe werd aangenomen dat dit fenomeen te wijten was aan mantelstromen in de aardkorst. Echter, een studie van de Universiteit van Bonn biedt nu een andere verklaring: droogtes en het bijbehorende waterverlies zijn de belangrijkste redenen voor deze landverhoging. De resultaten zijn gepubliceerd in het Journal of Geophysical Research: Solid Earth.

Het feit dat Zuid-Afrika stijgt, is al enkele jaren bekend omdat het land een netwerk van permanente GPS-ontvangers heeft. Hun horizontale positie en ook hun hoogte kunnen tot op de millimeter nauwkeurig worden bepaald met behulp van satellietgegevens. “Deze gegevens toonden een gemiddelde stijging van 6 millimeter tussen 2012 en 2020,” legt Dr. Makan Karegar van het Instituut voor Geodesie en Geoinformatie van de Universiteit van Bonn uit, die lid is van het transdisciplinaire onderzoeksgebied Duurzame Toekomst.

Veel onderzoekers vermoeden tot nu toe dat dit te wijten was aan geodynamische fenomenen en gingen ervan uit dat er een zogenaamde plume – een enorme buisvormige structuur die heet materiaal van dieper gelegen lagen naar de oppervlakte transporteert – onder de aardmantel in dit subcontinent was. Volgens deze theorie zou de stijgende massa de aardkorst kunnen laten opbollen, wat de verandering in hoogte zou verklaren. “Echter, we hebben nu een andere hypothese getest,” zegt Karegar. “We geloven dat het ook mogelijk is dat een verlies van grondwater en oppervlaktewater verantwoordelijk is voor de landverhoging.”

Verhoging tijdens droogtes

In samenwerking met Christian Mielke, Dr. Helena Gerdener en Prof. Dr. Jürgen Kusche van het Instituut voor Geodesie en Geoinformatie, onderzocht Karegar deze theorie in het recent gepubliceerde artikel. Tijdens hun onderzoek analyseerde het team onder andere neerslagpatronen in de verschillende regio’s van Zuid-Afrika en stuitte op duidelijke parallellen in de gegevens: gebieden die ernstige droogtes hadden ondergaan, ervoeren een bijzonder uitgesproken landverhoging.

De geodesisten vergeleken deze resultaten ook met gegevens van de GRACE-satellietmissie. De meetapparatuur in de GRACE-satellieten meet regelmatig veranderingen in de zwaartekracht in de regio’s die ze net vanuit de ruimte hebben overvlogen. “Deze resultaten kunnen worden gebruikt om onder andere de verandering in de totale massa van de wateropslag te berekenen, inclusief de som van oppervlaktewater, bodemvocht en grondwater,” legt Mielke uit. “Echter, deze metingen hebben slechts een lage ruimtelijke resolutie van enkele honderden kilometers.”

Satellietgegevens ondersteunen de droogtehypothese

Het is mogelijk om Zuid-Afrika in grote planningszones te splitsen op basis van de GRACE-gegevens en vervolgens gemiddelde waarden voor elke zone te berekenen. Hoewel de satellieten slechts een globaal beeld van de waterverdeling bieden, toonden ze ook duidelijk aan dat hoe lager de watermassa in een planningszone, hoe hoger de verhoging bij de GPS-stations in die zone. Hydrologische modellen ondersteunden ook de hypothese. Deze modellen kunnen op een computer tonen welke invloed droogtes hebben op de watercyclus met een zeer hoge resolutie (in tegenstelling tot de GRACE-gegevens).

“Deze gegevens toonden ook aan dat de landverhoging voornamelijk kan worden verklaard door droogte en het bijbehorende verlies van watermassa,” zegt Mielke. Als landmassa’s uitdrogen, bol het aardoppervlak op op deze locaties, vergelijkbaar met een schuimbal die eerder onder druk werd gehouden (hoewel in het geval van het land de druk werd uitgeoefend door water). Dit effect kan worden gebruikt om de omvang van een droogte nauwkeuriger vast te leggen dan ooit tevoren – met een methode die relatief goedkoop is en minder inspanning vereist.

Dit is vooral belangrijk omdat een groot deel van de watervoorraden zich onder het aardoppervlak bevindt. Mensen halen al lange tijd dit grondwater via putten naar boven voor gebruik als drinkwater, om hun planten water te geven en ook voor industriële processen.

De permanente GPS-ontvangers kunnen nu worden gebruikt om te begrijpen in hoeverre deze reserves al zijn uitgeput. Indien nodig kan deze informatie worden gebruikt om te beslissen wanneer het tijd is om deze waardevolle hulpbron te rationeren. Dit probleem zal naar verwachting ernstiger worden in de toekomst als gevolg van klimaatverandering en de daaruit voortvloeiende veranderingen in neerslagpatronen.

Overigens fungeert Zuid-Afrika hier ook als een goed voorbeeld. Het land leed tussen 2015 en 2019 onder een verwoestende droogte, toen de stad Kaapstad onder de dreiging van “dag nul” leefde – een dag zonder water.