Als oceaanstromingen omklappen door klimaatverandering, zal dan daardoor het Noordpoolijs toenemen en zou dat de opwarming van de aarde kunnen afremmen?

De oceaanstromingen in de Atlantische Oceaan

De oceaan is een grote watermassa die voortdurend in beweging is. Aan het oppervlak wordt de oceaan voortgestuwd door winden, ook de getijden zijn iedere dag zichtbaar. Er zijn ook oceaanstromen onder de oppervlakte die wij niet kunnen zien. Deze onderwater oceaanstromen worden aangedreven door temperatuur- en zoutverschillen. De gehele oceaancirculatie wordt de thermohaliene circulatie (thermo=temperatuur, haline=zout) genoemd (Figuur 1).

Een belangrijk onderdeel van de thermohaliene circulatie bevindt zich in de Atlantische Oceaan. Hier is het water rond de evenaar relatief warm (rode pijlen in Figuur 2), wanneer het richting Groenland stroomt koelt het water af. Koud water is zwaarder dan warm water en dit zware water zinkt nabij Groenland naar zo’n 2 tot 4 km diepte. Op grote diepte stroomt het water zuidwaarts helemaal de Atlantische Oceaan uit (blauwe pijlen in Figuur 2). Het is als het ware een grote transportband van oceaanwater, beter bekend als de AMOC: de Atlantische Meridionale Overturning Circulatie. Het zinkende water bij Groenland is de motor van de AMOC.

Figuur 1: Schematische weergave van de thermohaliene circulatie. Bron: IPCC

Figuur 2: Atlantische Meridionale Overturning Circulatie (AMOC). Bron.

Wereldwijde invloeden van de AMOC

De AMOC transporteert gigantische hoeveelheden water en warmte door de oceaan [1]. Bijvoorbeeld, de hedendaagse AMOC verplaatst maar liefst 17 miljoen kubieke meter water per seconde! Deze verplaatsing van water zorgt dat warmte van het zuidelijk halfrond naar het noordelijk halfrond wordt gebracht. De AMOC is een regulator van het klimaat op aarde. Het Nederlandse zachte zeeklimaat is ook verstrengeld met de AMOC. Door de invloed van de AMOC is ons klimaat een stuk zachter dan andere klimaten op dezelfde breedtegraad (52 N). Bijvoorbeeld, het Zuid-Canadese klimaat is zo’n 10°C koeler dan het Nederlandse klimaat.

De AMOC beïnvloedt ook de tropische regengordels [2], orkanen [3] en het oppervlakte van het zee-ijs rondom het Noordpoolgebied [4]. Veranderingen in de AMOC sterkte kunnen dus grote verschuivingen met zich meebrengen. Daarom wordt de AMOC sterkte nauwlettend in de gaten gehouden [5]. Er zijn nu twintig jaar aan metingen beschikbaar, de AMOC vertoont grote variabiliteit over deze periode.

De AMOC als kantelpunt

De meetreeks van twintig jaar is simpelweg te kort om iets over de langere termijn te zeggen [6]. Om deze relatief korte meetreeks aan te vullen, hebben onderzoekers de AMOC sterkte gereconstrueerd door gebruik te maken van oceaantemperaturen [7]. Deze reconstructie geeft aan dat de AMOC sterkte met 15% is afgenomen sinds 1950. Het zwakker worden van de AMOC heeft te maken met klimaatverandering. Het water rondom Groenland wordt steeds lichter en zinkt minder goed weg, de motor van de AMOC begint te happeren. Klimaatmodellen verwachten dat de sterkte afneemt onder toekomstige klimaatverandering [8]. Er is een mogelijkheid dat de AMOC geheel kan instorten onder klimaatverandering, een kantelpunt [9]. Wanneer de AMOC haar kantelpunt passeert, zal de AMOC steeds sneller in sterkte afnemen en dit proces is dan niet meer te stoppen.

Wat zijn de effecten van het stilvallen van de AMOC?

Bij de Universiteit Utrecht heb ik samen met Michael Kliphuis en Henk Dijkstra het abrupt stilvallen van de AMOC onderzocht [10]. Wij onderzochten hoe de motor van de AMOC stilvalt door zoet water aan de Noord Atlantische Oceaan toe te voegen in een simulatie met een klimaatmodel (Figuur 3). Door meer zoet water wordt het water steeds wat lichter en zinkt het minder goed weg. Goed om te vermelden: dit experiment is uitgevoerd zonder de effecten van klimaatverandering. Hierdoor kunnen we nauwkeurig de (geïsoleerde) AMOC effecten bestuderen.

Figuur 3: De sterkte van de AMOC onder invloed van de toenemende zoetwaterflux in de Noord-Atlantische Oceaan (cyan gebied). [10]

Het stilvallen van de AMOC zorgt voor wereldwijde klimaatverschuivingen. De AMOC herverdeelt warmte over de planeet, en wanneer de AMOC instort komt aan dit proces een einde. Het noordelijk halfrond koelt hierdoor af, terwijl het zuidelijk halfrond juist wat opwarmt. Europa ontvangt veel minder warmte onder het wegvallen van de AMOC en koelt sterk af. Ons klimaatmodel berekende dat de februari temperatuur in Bergen (Noorwegen) met 35 °C afkoelt wanneer de AMOC stil begint te vallen (Figuur 4 en 5).

Figuur 4: De februari temperatuurtrend tijdens het instorten van de AMOC. De stippen zijn vijf steden waarvan de temperatuurtrend is weergegeven in Figuur 5. [10]

Figuur 5: Temperatuurtrend voor elke maand van vijf steden. [10]

Deze sterke afkoeling boven Europa kan worden toegeschreven aan het uitbreidende Noordpoolijs. Wanneer de AMOC eenmaal stil is gevallen, kan in ons klimaatmodel het (winter) zee-ijs zich helemaal uitbreiden tot aan Nederland (Figuur 6 en 7). Zee-ijs heeft een wit oppervlak en reflecteert hierdoor meer zonlicht dan donker oceaanwater. Daardoor ontvangt Noordwest-Europa minder zonne-energie en koelen de wintermaanden sterk af. Het resulterende effect is dat de aarde minder zonne-energie ontvangt en dit zorgt voor een gemiddelde afkoeling van 0,5 °C. Er zijn wel grote temperatuurverschillen tussen het noordelijk halfrond (afkoeling) en het zuidelijk halfrond (opwarming).

Figuur 6: Het noordpoolijs in maart voor de AMOC ineenstorting [10]

Figuur 7: Het noordpoolijs in maart na de AMOC ineenstorting [10]

Kan klimaatverandering worden gestopt door het stilvallen van de AMOC?

De eerder genoemde veranderingen nemen geen klimaatverandering mee, dit is een beperking van onze studie. Nieuwe en nog niet gepubliceerde simulaties met hetzelfde klimaatmodel nemen klimaatverandering wel mee [11]. Wanneer de AMOC onder klimaatverandering eerst afzwakt (tot 2100) en daarna volledig instort (na 2100), vertraagt dit de opwarming van de aarde. De vertraging in opwarming is consistent met eerder onderzoek uit 2015 waarin een ander klimaatmodel werd gebruikt [12]. Uit onze nieuwe resultaten [11] blijkt dat het boven Europa zelfs iets kan afkoelen in deze eeuw. Volgens deze studie zou na 2100 deze afkoeling doorzetten met sterke temperatuurveranderingen tot gevolg.

Het klinkt verleidelijk om te zeggen dat een abrupte ineenstorting van de AMOC iets positiefs is. Dit is niet juist. Een AMOC ineenstorting verandert onder andere neerslagpatronen, de zeespiegel, en de sterkte van (winter)stormen. Bovendien warmt het zuidelijk halfrond nog sneller op onder klimaatverandering. Het abrupt stilvallen van de AMOC heeft desastreuze gevolgen voor mens en natuur [10].