Opverende zeebodem bij West-Antarctica zorgt mogelijk voor een stabielere ijskap

De Amundsenzee. Bron: Polargeo/Wikipedia

Het houdt maar niet op met interessante nieuwe artikelen over Antarctica. Of, om specifiek te zijn: over West-Antarctica. Nog maar enkele weken geleden schreven we hier over drie artikelen in Nature, en dat stuk stond amper een paar dagen op het blog toen er alweer een nieuw onderzoek verscheen in Science. Het zou deze keer wel eens goed nieuws kunnen zijn. Volgens dit onderzoek veert de bodem van de Amundsenzee, voor de kust van West-Antarctica snel op als de druk er op afneemt door zich terugtrekkende mariene gletsjers. Het effect hiervan is dat de gletsjer minder snel gaat stromen. Door de lagere stroomsnelheid wordt de kans dat de zich terugtrekkende gletsjers van West-Antarctica instabiel worden kleiner. Heel misschien gaan ze na verloop van niet al te veel tijd zelfs weer groeien, als we de verdere opwarming van het klimaat tenminste weten te beperken. Er zit wel een andere kant aan het verhaal: West-Antarctica zou 10% meer ijs verloren kunnen hebben dan tot dusver werd aangenomen.

Het fenomeen waar het hier allemaal om draait heet postglaciale opheffing. Het artikel van Kingslake et al. uit Nature van vorige maand ging ook over dit fenomeen. Maar waar Kingslake et al. dit fenomeen beschouwden in het verleden en op een tijdschaal van millennia, gaat het in het Science-artikel van Barletta et al. over het heden en om decennia. Op welke tijdschaal de bodem terugveert na het verdwijnen van een zware belasting hangt af van de viscositeit van verschillende lagen van de aardmantel. Waar op veel plekken op de wereld de bodem nog stijgt of juist daalt als na-ijleffect van de laatste ijstijd, 11.700 jaar geleden, reageert de bodem bij de Amundsenzee veel sneller. Als gevolg van de verminderde belasting door het smelten van ijs in de afgelopen decennia stijgt de bodem daar met een snelheid tot wel 41 millimeter per jaar.

Dat dit juist in dit gebied gebeurt is belangrijk omdat zich hier de twee snelst slinkende gletsjers van Antarctica bevinden: Pine Island en Thwaites. Ongeveer een kwart van het smeltwater dat de oceaan in stroomt als gevolg van het smelten van gletsjers en ijskappen op aarde is afkomstig uit dit gebied. Jaarlijks smelt hier meer dan 100 gigaton ijs; met die hoeveelheid zou je heel Nederland kunnen bedekken met een laag ijs van bijna 3 meter dik. De bijdrage aan de totale mondiale zeespiegelstijging ligt in de orde van grootte van 10%. Als al het ijs in dit gebied zou smelten zou de zeespiegel 1,2 meter stijgen.

De afbeelding hieronder geeft schematisch aan wat er gebeurt. Met als belangrijke kanttekening dat de terugtrekking van de grondlijn, als gevolg van het opbreken van ijsplaten en smelt van onderaf, niet is weergegeven. Het schema geeft alleen het effect van het ondieper worden van de zee aan. Voor dat ondieper worden zijn twee oorzaken. Allereerst verandert het zwaartekrachtsveld in een gebied waar veel ijs smelt. Daardoor daalt de lokale zeespiegel, terwijl die elders in de wereld juist stijgt. Daardoor verschuift de grondlijn in de afbeelding van A naar B. Door de stijgende bodem verschuift de grondlijn nog verder zeewaarts, naar C. Door het verschuiven van de grondlijn ondervindt de gletsjer meer weerstand bij het stromen en wordt de onderkant minder bereikbaar voor relatief warm zeewater, waardoor hij stabieler wordt.

Schematische weergave van het effect op de grondlijn van het ondieper worden van de zeebodem. A is de initiële grondlijn, B geeft het effect van een lokaal dalende zeespiegel en C van het opveren van de bodem. Opbreken van ijsplaten en smelt van onderaf heeft een omgekeerd effect op de grondlijn, dit is niet aangegeven in het schema. Bron: Barletta et al., supplementary info.

De bewegingen van de bodem werden gemeten met 6 GPS-stations. De gemeten bewegingen zijn niet zomaar één op één te vertalen naar bodembewegingen in het hele gebied. Maar ze gaven wel genoeg informatie om aan de slag te gaan met geologische modellen. De onderzoekers rekenden een groot aantal scenario’s door, in totaal 10.000 simulaties, en vergeleken de resultaten met de gemeten horizontale en verticale bewegingen van de GPS-stations. Op die manier kon het beperkte aantal metingen vertaald worden naar een veel completer beeld van de eigenschappen en bewegingen van de bodem.

De video hieronder vat het onderzoek samen in nog geen 2 minuten.

Dat de bodem bij deze gletsjers zo snel is gestegen heeft consequenties voor de schattingen van de hoeveelheid ijs die hier is gesmolten. De verandering in de ijsmassa wordt onder meer bepaald via gravimetrie: veranderingen in het lokale zwaartekrachtsveld die worden gemeten met satellieten. De massaverplaatsing als gevolg van het smelten van ijs is zo groot dat dit een meetbaar effect heeft. Maar dit effect wordt deels gecompenseerd door de stijgende bodem. Volgens Barletta et al. onderschatten gravimetrische bepalingen de hoeveelheid ijs die dit gebied verliest met meer dan 10%.

Over waarom de bodem in dit deel van de Amundsenzee zo soepel is – ofwel: een lage viscositeit heeft – is nog veel onbekend. Wel is bekend dat het een eigenschap is die vooral voorkomt in geologisch actieve gebieden. Het past dus bij het beeld van West-Antarctica dat naar voren kwam uit eerder onderzoek, dat aanwijzingen vond voor maar liefst 138 vulkanen onder het ijs, waarvan er 91 niet eerder waren opgemerkt. Dat onderzoek (Van Wyk de Vries et al.) gaf geen antwoord op de vraag of het hier om dode of slapende vulkanen ging, of dat er sprake was van werkelijke vulkanische activiteit. Inmiddels zijn er aanwijzingen gevonden voor het bestaan van een vulkanische warmtebron onder de Pine Island gletsjer. Het artikel hierover verscheen in Nature Communications, op dezelfde dag als het artikel van Barletta et al. in Science. Er werd een verhoogde concentratie van de helium-isotoop ³He gemeten in het zeewater, aan de rand van de gletsjer. Deze helium-isotoop komt vrij bij vulkanische activiteit. Volgens de onderzoekers kan de lokale verhoogde concentratie bij de Pine Island Gletsjer alleen veroorzaakt worden door ³He in smeltwater dat van onder de gletsjer de zee in stroomt. Dat wijst op vulkanische activiteit onder de gletsjer. Dat betekent overigens niet dat er zich gloeiende lavastromen onder het ijs bevinden. De geschatte hoeveelheid warmte die vrijkomt is vergelijkbaar met die van sommige warmwaterbronnen in de diepzee. Er zijn geen aanwijzingen dat de vulkanische warmtebron invloed van betekenis heeft op het ijsverlies van de Pine Island gletsjer.

Locaties van gemeten verhoogde concentraties 3He bij de Pine Island gletsjer. Bron: Loose et al.

De vraag of de bewegingen in de bodem tot verhoogde vulkanische activiteit zou kunnen leiden wordt niet beantwoord door Barletta et al.. De mogelijkheid dat zoiets zou kunnen gebeuren werd wel geopperd in het artikel van Van Wyk de Vries et al.. Het lijkt me wel begrijpelijk dat wetenschappers hier terughoudend over zijn. Er zijn zo weinig kwantitatieve gegevens over vulkanische activiteit onder het ijs, dat het nog lang zal duren voor een eventuele toe- of afname met enige betrouwbaarheid vast te stellen is.

Een andere vraag die open staat gaat over het mogelijke gevolg van de bodemdaling die elders onvermijdelijk optreedt als gevolg van de stijgende bodem in de Amundsenzee. Het gevolg zou kunnen zijn dat gletsjers elders zakken, met als mogelijk gevolg dat ze sneller gaan stromen en afkalven.

Waar weinig twijfel over is, is dat er grenzen zijn aan het gunstige effect dat het snel terugveren van de bodem kan hebben. Het smeltpunt van ijs is en blijft immers 0°C en daar kan zelfs de snelst terugverende bodem niets aan veranderen. Als het klimaat sterk opwarmt zal er simpelweg zo veel ijs een temperatuur bereiken die boven het smeltpunt ligt dat instabiliteit van gletsjers onafwendbaar is. Zelfs als de bodem meters is gestegen.

Tenslotte nog wat links naar andere artikelen over deze onderzoeken.

Over de opverende bodem van de Amundsenzee (Barletta et al.):

Nieuwsbericht van de Technische Universiteit van Denemarken: The bedrock below West Antarctica is rising surprisingly fast

Artikel van Valentina Barletta en co-auteur Richard Asters bij The Conversation: The West Antarctic Ice Sheet is in trouble – but the ground beneath it may buy some time

Carbon Brief: Land uplift ‘could prevent’ collapse of West Antarctic ice sheet

Chris Mooney in The Washington Post: For once, scientists found good news about West Antarctica

Nieuwsbericht in Science: Rising bedrock below West Antarctica could delay catastrophic ice sheet collapse

Over de vulkanische warmtebron onder de Pine Island gletsjer (Loose et al.)

Nieuwsbericht van de National Science Foundation: Previously unsuspected volcanic activity confirmed under West Antarctic Ice Sheet at Pine Island Glacier

Persbericht van de universiteit van East Anglia: Volcanic heat source found under major Antarctic glacier