Het blauwe oceaanwater strekt zich tot ver in het noorden uit bijna tot de Noordpool. Eind 2015 hadden in totaal 240 schepen de noordwestelijke doorvaartroute bevaren.

„Vanaf de jaren 70 tot de eeuwwisseling was het ijs al meer dan 40 procent dunner geworden. Er was echt iets dramatisch aan de hand”, schrijft de Britse poolonderzoeker Peter Wadhams in zijn populairwetenschappelijke boek ”Afscheid van het ijs”.

In de ruim 45 jaar dat hij voor het Scott Polar Research Institute in Cambridge met ijsbrekers, marineschepen en onderzeeboten om en rond de Noordpool voer, zag Wadhams de Noordpool drastisch veranderen. „De zaken staan er zelfs slechter voor dan ze op het eerste gezicht lijken. Mijn metingen lieten zien dat de gemiddelde ijsdikte tussen 1976 en 1999 met 43 procent is afgenomen. Voorheen was het meeste ijs in de Noordelijke IJszee nog een aantal jaren oud, het laatste decennium is er enkel nog eenjarig ijs van maximaal 1,5 m dik te vinden.”

De poolonderzoeker schreef in 1990 het eerste artikel in Nature waarin hij op basis van satellietgegevens aantoonde dat het terugwijken van zee-ijs in de zomer hand in hand gaat met het dunner worden van zee-ijs in de winter. Door de klimaatverandering groeit het ijs in de winter ook langzamer aan (zie ook ”Verschillende gezichten van ijs”). Hij vermoedt dat de Noordpool is beland in een ”arctische spiraal des doods”.

Die sinistere term houdt in dat de opwarming van de Noordpool zichzelf zal versterken. Wadhams: „Het zal niet lang meer duren voordat in het noordpoolgebied het smelten in de zomer de aangroei in de winter overal overtreft. In de zeer nabije toekomst krijgen we in het noordpoolgebied een ijsvrije september. En binnen een paar jaar daarna zal het ijsvrije seizoen zijn uitgebreid tot vier of vijf maanden.”

Albedo

Hoe ontstaat zo’n ”arctische spiraal des doods”? Het verdwijnen van zomerijs in het noordpoolgebied zet allerlei zichzelf versterkende mechanismen in werking.

Eén daarvan heeft te maken met de albedo, de fractie van de invallende zonnestraling die rechtstreeks wordt teruggekaatst naar de ruimte. Deze zal afnemen van gemiddeld 0,6 naar 0,1. Het noordpoolgebied zal dus direct veel meer warmte opnemen en de opwarming van de hele aarde zal daardoor versnellen.

De albedo van het noordpoolgebied is tussen 1979 en 2011 gedaald van 0,52 naar 0,48. Het Scripps Institution of Oceanography berekende dat de afname van de albedo gelijkstaat aan het opwarmende vermogen van 25 procent meer CO2 in de atmosfeer.

Het verdwijnen van het ijs heeft als tweede gevolg dat het zeewater bij de Noordpool zal opwarmen tot boven de 0 graden Celsius. Satellietwaarnemingen laten nu al opwarming tot 7 graden Celsius zien. Hierdoor zal de onderzeese permafrost ontdooien.

Een van de gevreesde gevolgen hiervan is het uiteenvallen van de methaanhydraten die zich in het bevroren sediment bevinden. Enorme hoeveelheden methaangas kunnen ontsnappen. In potentie gaat het om 400 gigaton aan methaanequivalenten, waarvan 50 gigaton binnen enkele jaren zal vrijkomen.

Het opwarmend vermogen van methaan is per molecuul 23 tot 100 keer groter dan dat van koolstofdioxide. Het ontsnappende methaan zal de opwarming van de aarde onmiddellijk een extra zetje geven. Al in 2040 kan de aarde door de extra methaanuitstoot met 2 graden Celsius zijn opgewarmd boven het pre-industriële tijdperk. Momenteel is de aarde ongeveer 0,8 graden Celsius warmer dan in 1850.

Broeikaseffect

Voor Wadhams lijdt het geen twijfel dat de overmatige uitstoot van broeikasgassen het broeikaseffect op aarde dramatisch versterkt. Met berekeningen volgens de stralingswet van Stefan-Boltzmann en de theorie van Svante Arrhenius over het broeikaseffect door CO2 ondersteunt de poolonderzoeker zijn visie.

„Toevoegen van extra koolstofdioxide aan de atmosfeer veroorzaakt onvermijdelijk een temperatuurstijging. Hoe meer je toevoegt, des te groter de temperatuurstijging”, noteert hij met vetgedrukte letters in zijn boek.

Een recent artikel in het tijdschrift Nature Climate Change brengt enige nuance aan in Wadhams’ betoog. Aardwetenschappers van onder meer de universiteit van Californië stellen dat 60 procent van de gemeten afname van het zomerijs in het noordpoolgebied sinds 1979 komt door de mens; 40 procent komt door natuurlijke variatie.

Versterkingsfactor

De Noordpool heeft verder te maken met een zogeheten arctische amplificatie, een versterkingsfactor van twee tot vier. Uit waarnemingen blijkt dat de Noordpool inmiddels met 2,4 graden Celsius is opgewarmd; drie keer sterker dan het gemiddelde.

Poolwetenschappers James Screen en Ian Simmonds stelden in 2010 in Nature dat afnemende zee-ijsbedekking de oorzaak is van de arctische amplificatie: de Noordpool warmt op doordat deze meer zonnestraling absorbeert. In de jaren 70 en 80 van de vorige eeuw besloeg het totale ijsgebied in september 8 miljoen vierkante kilometer en in 2005 nog maar 5,3 miljoen; en in 2015 was de bedekking nog verder teruggelopen tot 4,6 miljoen vierkante kilometer.

Deze trend resulteert volgens Wadhams dit jaar nog in een ijsvrije Noordpool van augustus tot oktober, en volgend jaar van juli tot november: de ”arctische spiraal des doods” is dan een feit.

De kans bestaat dat de ijsvrije zomer nog een paar jaar uitblijft door de zogeheten schommelfactor: natuurlijke variaties door onder andere het actuele weer. Wadhams: „Het lijdt echter geen twijfel dat de huidige trend ertoe zal leiden dat het zee-ijs in september spoedig zal verdwijnen.”

Boekgegevens

”Afscheid van het ijs. Het lot van de Noordpool”, Peter Wadhams; uitg. Veen Media, Amsterdam, 2017; ISBN 978908515894; 228 blz.; € 42,50.

Gevolgen

IJsbeer

De ijsbeer is de icoon van het noordpoolgebied. Kan die wel zonder zee-ijs? Zijn prooi, een vette zeehond, wordt dan immers onbereikbaar.

In de plaats Churchill aan de Hudsonbaai in Canada plunderen ze al vuilnisbakken om in leven te blijven. De kans bestaat dat ze vaker eieren van sneeuwganzen en rendier op hun menu zullen zetten. De conclusie is snel getrokken: die beesten overleven het wel. Maar dat valt nog te bezien.

Het verdwijnen van zee-ijs zal een toename van de struikgroei tot gevolg hebben in het noordpoolgebied. Dat bleek vorige week uit een artikel in tijdschrift Science. De weiden van rendieren en kariboes zullen overwoekerd raken met oneetbare en zelfs giftige struiken. Per saldo zullen rendieren en kariboes minder te eten hebben en zullen de bestaande kudden gaan krimpen, en de ijsbeer zal honger gaan lijden.

Scheepvaart

Het wegsmelten van de zee-ijsbedekking op de Noordpool levert de scheepvaart nieuwe mogelijkheden op. In 2013 was de Noordelijk Doorvaart al 154 dagen beschikbaar voor scheepvaart. Verschillende scheepswerven ontwerpen al vrachtschepen die er zonder begeleiding van een ijsbreker zouden kunnen varen.

Ook de olie- en gasindustrie ziet kansen. In het zeebodem zit heel wat gas en olie dat de bedrijven graag naar boven willen pompen. „Moeten we dit wel willen?” vraagt poolwetenschapper Peter Wadhams zich in zijn boek af. Afgezien van het feit dat er dan nog meer broeikasgassen in de atmosfeer terecht zullen komen, is het risico van een olieramp er levensgroot.

Straalstroom

Op het weer heeft het verdwijnen van zee-ijs een onverwacht effect. Dat heeft te maken met de straalstroom, een relatief smalle gordel met hoge windsnelheden in hogere luchtlagen. Deze bepaalt voor een groot deel het klimaat in de hogere breedtegraden. Gewoonlijk gedraagt de straalstroom zich als een snel voortstromende rivier.

Maar door het verdwijnen van het zee-ijs gaat de straalstroom steeds meer kronkelen in lussen en grote bochten. Daardoor draagt deze meer warmte over in de atmosfeer van zuid naar noord, wat de opwarming van het noordpoolgebied versnelt.

Door de veranderingen in de straalstroom kunnen ook neerslagpatronen wijzigen. Door extreme regenval en door extreme droogte kunnen de water- en voedselvoorziening in delen van de wereld in gevaar komen.

Thermohaliene stroom

In de oceanen op aarde bestaat een systeem van onderzeese rivieren, de zogeheten thermohaliene stroom. In de Atlantische Oceaan transporteert deze aan de oppervlakte warmte vanuit de tropen naar het noordpoolgebied. Daar duikt hij onder en transporteert kouder water naar de lagere breedtegraden.

Het mechanisme dat de onderzeese transportband aandrijft, werkt met warmte en koude en zout. Zee-ijs stoot tijdens het bevriezen het grootste deel van het zout uit. Het water onder het zee-ijs wordt zwaarder door afkoeling en door het toegenomen zoutgehalte, en zakt 2500 meter omlaag.

Door verlies aan zee-ijs is de stroom inmiddels minder krachtig en blijft er meer warmte op aarde hangen rond de evenaar. Met de huidige trend in de CO2-uitstoot zullen landen als Spanje en Italië met meer dan 5 graden Celsius opwarmen; West-Europa met slechts 2 graden.

Verschillende gezichten van ijs

Water is onmisbaar voor het leven op aarde. Water heeft speciale eigenschappen, zoals een vriespunt bij 0 graden Celsius en een kookpunt van 100 graden Celsius. Bovendien zet het uit zodra het bevriest; ijs weegt minder dan water en drijft daardoor op water.

De oorzaak van deze eigenschappen zit hem in de bijzondere vorm van het watermolecuul: het lijkt op een tetraëder met een zuurstofatoom in het midden, twee waterstofatomen in twee punten en twee niet-gebonden elektronenparen van het zuurstofatoom in de twee andere punten van de ruimtelijke vorm.

Dansen

In gewoon vloeibaar water dansen de watermoleculen vrij rond. Maar wat gebeurt er als water bevriest? Het eerste ijskristal dat ontstaat in een bevriezende waterlaag schiet kristallen ‘armen’ over het wateroppervlak die een hoek van 60 graden met elkaar maken. Vervolgens wordt de ruimte tussen die armen gevuld met nieuwe watermoleculen.

Terwijl het ijskristal groeit, plakken voortdurend twee niet-gebonden elektronenparen van het zuurstofatoom een nieuw watermolecuul vast in de honingraatstructuur van het kristal. Dat is energetisch gunstiger dan dat er overal op het wateroppervlak nieuwe ijskristallen zouden ontstaan.

In de zoute oceaan ontstaat zee-ijs op een vergelijkbare manier. Het begint als papijs, een witte prut van pasgevormde ijskristallen aan de oppervlakte. Deze kristallen groeien op den duur aan elkaar vast tot een dunne elastische ijslaag, de zogeheten nilas. Aanvankelijk is het ijs doorzichtig, wordt het dikker dan wordt het grijs en ten slotte zwart. Het zee-ijs groeit vervolgens door stolling aan de onderzijde aan tot eenjarig ijs met een dikte van maximaal 1,5 meter.

IJsrug

Wind en stroming breken de ijsvlakte op en stuwen de ijsblokken op. Deze vriezen aan elkaar vast tot ijsruggen van wel 50 meter dik. Tegen dergelijke zware ijsruggen moeten zelfs de krachtigste ijsbrekers het afleggen.

Voor de kust en in het noordpoolgebied ontstaan soms ”stamukhi”, enorme ijsruggen die in de zomer deels smelten en vervolgens de zee op drijven. Daar vormen ze samen met ijsbergen forse obstakels voor schepen en booreilanden.

IJsbergen danken hun herkomst aan gletsjers op onder meer Groenland. Het ijs van de gletsjers begint als sneeuw. Herhaalde sneeuwval perst de lagen eronder samen tot korrelachtige firn en vervolgens tot ijs dat ten slotte als ijsberg in zee belandt.