De Westenwinddrift, de sterkste oceaancirculatie op aarde

Het gaat hier nogal eens over de circulatie in de Atlantische Oceaan, de AMOC. Begrijpelijk, want die is belangrijk voor het klimaat in de, vaak dichtbevolkte, gebieden rond die oceaan. En, ook dat, voor het klimaat van enkele van de rijkste delen van de wereld, waaronder ons eigen continent. Dat maakt een mogelijke verandering in de AMOC veel mediagenieker dan eventuele effecten van klimaatverandering elders. Maar ook op andere plekken op aarde zijn er wel degelijk zulke effecten. En sommige veranderingen aan de andere kant van de wereld kunnen ook weer doorwerken bij ons. Dat geldt zeker voor oceaanstromingen. In de wereldoceaan, die 70% van het aardoppervlak beslaat, staat immers alles met elkaar in verbinding. De oceaan vormt een groot, samenhangend geheel, niet wezenlijk anders dan bijvoorbeeld de atmosfeer. Oceanografen spreken dan ook liever van ‘de oceaan’ dan van ‘de oceanen’.

De circulatie rond Antarctica speelt een belangrijke rol bij de uitwisseling van water tussen de verschillende oceaanbekkens, zowel aan het zeeoppervlak als in diepere lagen. Dat begint bij de Westenwinddrift (of Antarctic Circumpolar Current, afgekort tot ACC): een rond het continent cirkelende stroming aan het zeeoppervlak, die vooral wordt aangedreven door overheersende westenwinden. De omvang van de ACC wordt geschat op ongeveer 170 Sverdrup. (Een Sverdup is gelijk aan een miljoen kubieke meter per seconde. Het gaat dan over de hoeveelheid water die passeert door een doorsnede dwars op de stroomrichting over de hele breedte en diepte van de circulatie). Dat is ongeveer vijf keer zo sterk als de AMOC.

Een verkeersknooppunt in de oceaan

De (Engelse) naam doet misschien vermoeden dat de ACC ergens in de buurt van de poolcirkel ronddraait. In werkelijkheid bevindt hij zich vooral op meer gematigde breedtegraden. De overheersende westenwinden die de stroming aandrijven zijn karakteristiek voor gematigde klimaatzones. Het is dus dezelfde westenwind die zo bepalend is voor ons klimaat in Nederland. De ligging van continenten belemmert een circumpolaire oceaancirculatie op ons halfrond. Op het zuidelijk halfrond beperkt de Drake Passage, tussen de zuidpunt van Zuid-Amerika en het Antarctische Schiereiland, de circulatie nog een beetje. Maar die zeestraat is nog altijd zo’n 800 kilometer breed. 

De nagenoeg onbelemmerde circulatie maakt van de Zuidelijke Oceaan als het ware het verkeersknooppunt van de grootschalige stroming in de wereldoceaan. De sterke stroming draagt bij aan de uitwisseling van water tussen de verschillende oceaanbekkens. Het corioliseffect helpt ook, omdat dat de rond Antarctica cirkelende stromingen afbuigt naar het noorden. Aftakkingen van de ACC zullen daardoor eerder in de richting van de tropen gaan dan zuidwaarts naar het Antarctische continent. De ACC isoleert Antarctica zo van warmere delen van de wereld. Warm zeewater kan dat continent daardoor niet bereiken en dat geldt ook voor organismen, zoals algen, die zich met warmer water laten meevoeren. Een natuurlijke ‘splendid isolation’, zowel klimatologisch als ecologisch.

Veranderingen in de ACC kunnen dus van grote invloed zijn op zowel de wereldwijde oceaancirculatie als op het klimaat en het ecosysteem van Antarctica. Terwijl klimaatverandering op zijn beurt weer de ACC kan beïnvloeden. Dat heeft te maken met een groot aantal interacties, met de nodige terugkoppelingen, tussen de stroming aan het oppervlak, stromingen op grotere dieptes en stijgende en dalende watermassa’s. Zo blijkt de Westenwinddrift, anders dan de naam doet vermoeden, niet alleen door de wind te worden aangedreven. Volgens recent onderzoek zou er nog steeds een stroming van west naar oost zijn als de wind helemaal weg zou vallen. Die circulatie ontstaat door koud, zinkend water rond Antarctica, in combinatie met het corioliseffect. Er is, met andere woorden, ook een thermohaliene aandrijver. Het water dat naar beneden zakt bij Antarctica is minder zout dan het zinkende water dat bij Groenland de AMOC aandrijft, maar het is wel kouder en daardoor toch zwaarder. Dit water vindt zijn weg naar de diepste lagen van de oceaan. Naar schatting bestaat 30 tot 40% van het volume van de oceaan uit dit ‘Antarctic Bottom Water’.

Waar aan de zuidkant van de Westenwinddrift het koude, zinkende water de stroming iets naar het zuiden trekt, trekt het corioliseffect aan de noordkant juist water naar het noorden. Door die divergentie van stromingen aan het oppervlak wordt als het ware water uit diepere (maar niet de allerdiepste) lagen van de oceaan naar boven gezogen. Er is in de Zuidelijke Oceaan dus veel uitwisseling van water tussen het zeeoppervlak en diepere lagen, en dat zorgt ook voor veel uitwisseling van CO₂ en warmte. Ook is er veel uitwisseling van zout en van nutriënten, die van belang zijn voor het zeeleven.   

De interacties tussen al die stromingen zijn niet zo makkelijk te ontrafelen. Bovendien zijn er niet zoveel historische oceanografische waarnemingen uit het gebied rond Antarctica, waardoor er nog aardig wat gaten zitten in de kennis erover. Onder meer dankzij gegevens van satellieten en automatische boeien groeit die kennis inmiddels wel met een aardig tempo.

Het effect van klimaatverandering

Maar de gevolgen van klimaatverandering voor de Westenwinddrift zijn nog erg onzeker. Volgens paleo-oceanografisch onderzoek stroomde de circulatie in het verleden trager in koudere klimaten zoals ijstijden, en sneller in warme episodes. En veel klimaatmodellen verwachten ook een versnelling door de huidige opwarming. Er zijn aanwijzingen dat er inderdaad zo’n versnelling optreedt, maar er zijn ook onderzoekers die daar kanttekeningen bij plaatsen. Je zou kunnen denken dat zo’n versnelling voor de hand ligt, omdat de westenwind in het gebied krachtiger is geworden. Maar zo simpel is het niet. De wind sleurt het wateroppervlak weliswaar mee, maar bij de hoge windsnelheden in dit gebied wordt de extra kinetische energie die het water door een krachtigere wind krijgt vooral omgezet in turbulentie. De stroming gaat meer slingeren, terwijl er netto niet of nauwelijks meer water van west naar oost beweegt. Er ontstaan, met andere woorden, vooral meer bewegingen in het water van noord naar zuid en andersom. Hierdoor kan de isolerende werking van de Westenwinddrift voor Antarctica afnemen, met mogelijke gevolgen voor het smelten van zee- en landijs.

Thermische expansie door opwarming van het zeewater kan wel bijdragen aan een versnelling. Als de dichtheid van het water aan het zeeoppervlak afneemt, wordt dat makkelijker meegesleept door de wind. En de turbulentie neemt af, want (voor de ingewijden in de stromingsleer) het Reynoldsgetal wordt lager. Belangrijker zijn waarschijnlijk de verschillen in dichtheid die veranderen. Je moet een doorgewinterde oceanograaf zijn om de onderliggende mechanismes tot in detail te doorgronden. Maar het ligt wel voor de hand dat zulke verschillen in dichtheid invloed hebben op het stijgen en dalen van watermassa’s en dat dat op zijn beurt doorwerkt in horizontale stromingen. Dichtheidsverschillen kunnen bijvoorbeeld veranderen door verschillen in snelheid van opwarming. Hier heb je zo’n typische terugkoppeling die je op allerlei plekken, en op allerlei schaalniveaus ziet in het klimaat: de isolerende werking van de Westenwinddrift beperkt de opwarming van Antarctica, wat op zijn beurt invloed heeft op de Westenwinddrift. Ook veranderende neerslagpatronen kunnen een rol spelen. Die zouden bijvoorbeeld samen kunnen hangen met verschuivingen van klimaatzones, zoals de Intertropische Convergentiezone: het gebied rond de evenaar dat wordt gekenmerkt door opstijgende lucht, passaatwinden en veel neerslag. Die zone zou breder kunnen worden door de opwarming, als is daarover nog wel aardig wat onzekerheid.

En dan is er nog smeltwater van de Antarctische ijskap. Grote hoeveelheden daarvan zouden het zoutgehalte van water voldoende kunnen verlagen om het afzinken van koud water naar de diepe oceaan te vertragen of te stoppen. Er zijn aanwijzingen dat zo’n vertraging al aan de gang is. Volgens een afgelopen maand gepubliceerde studie ontstaat er bij een hoog emissiescenario, en dus bij een sterke en snelle opwarming van het wereldklimaat, genoeg smeltwater om de ACC met zo’n 20% te vertragen.

Er zijn dus verschillende mechanismes, die elkaar mogelijk tegenwerken. Dat op de lange duur – eeuwen tot millennia – de versnelling zal winnen, lijkt me wel aannemelijk. Wat er in de loop van deze eeuw kunnen verwachten blijft onzeker. Het zal mede afhangen van hoeveel broeikasgassen we nog uitstoten en hoe snel delen van de Antarctische ijskap daarop reageren. Dat er aanzienlijke veranderingen te verwachten zijn in het belangrijkste verkeersknooppunt van de wereldwijde oceaancirculatie, is in elk geval heel aannemelijk.