Kees Floor, Zenit, april 2009

Het is niet waarschijnlijk dat de ijskap van West-Antarctica nog deze eeuw instort, lezen we in het laatste rapport van het internationale klimaatpanel IPCC. Stel dat dit ooit toch zou gebeuren, hoeveel komt de zeespiegel dan omhoog? Voor zover bekend bevat de soms 2 kilometer dikke ijskap voldoende water om het zeeniveau bij een 'eerlijke' verdeling wereldwijd ongeveer vijf meter te laten stijgen. Maar gaat dat water wel gelijkmatig over de wereldzeeën uitstromen?

1. Hoogtekaart van Antarctica en de omliggende zeebodem. Grote delen van Antarctica liggen onder zeeniveau, mede een gevolg van de grote ijslast die de bodem moet torsen. De zuidpool bevindt zich in het midden van de figuur. Als de ijskap van West-Antarctica zou verdwijnen, verplaatst de pool zich 500 meter in de richting die is aangegeven door de pijl. Bron: Mitrovica et al, 2009.	2. De ijskap van West-Antarctica trekt door zijn massa het oceaanwater in de omgeving aan. Door dit zogeheten gravitatie-effect is het zeeniveau in de buurt van de kust hoger dan op grote afstand (boven). Als de ijskap verdwijnt, stelt de zeespiegel zich in op een nieuw niveau (onder); het oude niveau is aangeduid met een streepjeslijn. In de buurt van de kust daalt de zeespiegel, op een afstand van 2200 kilometer uit de kust verandert er niets en op grotere afstand stijgt het zeeniveau. Door het verdwijnen van de ijskap, komt de bodem, die aanvankelijk gebukt ging onder het gewicht van het ijs, langzaam omhoog (onder, rechts); het oude niveau van de bodem is weergegeven met een streepjeslijn op bruine achtergrond. Daardoor wordt water, dat na het wegsmelten van de ijsmassa's was achtergebleven in meren en dalen zonder directe verbinding met zee, alsnog geloosd op de oceaan. Bron: Mitrovica et al, 2009.	4. Als de ijskap van West-Antarctica verdwijnt, wijzigt de massaverdeling van de aarde zich en veranderen de polen van plaats. Daarbij treedt er in de blauwe gebieden (Noord-Amerika en Indische Oceaan) een extra zeespiegelstijging op. In de rode gebieden (Azië en Zuid-Amerika) valt de zeespiegelstijging wat mee. Bron: Mitrovica et al, 2009.

Jerry Mitrovica en zijn medewerkers denken van niet. In een recent artikel in het natuurwetenschappelijk tijdschrift Science legt de hoogleraar geofysica aan de Universiteit van Toronto nog maar weer eens uit waarom. Hoewel de tekst slechts een pagina van het tijdschrift in beslag neemt en de meeste van de zeespiegelopdrijvende effecten eerder bekend waren, kwam er toch veel aandacht van de Amerikaanse media. Vooral de uitkomst dat het zeeniveau langs de dichtbevolkte kusten van Noord Amerika bijna anderhalve meter meer stijgt dan die eerder genoemde vijf IPCC-meters, maakte veel indruk. Daarom zag Peter Clark, hoogleraar aardwetenschappen aan de Oregon State University en mede-auteur van het artikel zich genoodzaakt wat gas terug te nemen. Hij benadrukte tegenover de pers dat het artikel niet de suggestie wil wekken dat de ijskap van West-Antarctica nu al aan het instorten is, al kan hij bij verdere opwarming van de aarde wel gemakkelijk onstabiel worden. De onderzoekers wilden alleen weten wat de gevolgen zijn als dit honderden jaren durende proces zich in gang zou zetten.

Vijf meter?
De redenering achter de vijf meter zeespiegelstijging verloopt als volgt. Eerst wordt bepaald hoeveel ijs er rust op de bodem van West-Antarctica. Vervolgens wordt bekeken hoeveel water niet naar zee kan wegstromen, doordat het achter blijft in laaggelegen gebieden op Antarctica zonder open verbinding met zee. Tenslotte wordt het water dat wel weg kan, gelijkmatig over de wereldzeeën verdeeld.
Op die aanpak is wel het een en ander aan te merken, zo blijkt ook nu weer uit het Science-artikel. Vooral de aanname dat het water langs alle kusten evenveel omhoog komt, is onjuist. Oceanen zijn nu eenmaal geen badkuip, waarin je een emmer water stort, waarop het water vervolgens overal langs de randen evenveel omhoog klimt. Daarvoor zijn verscheidene redenen aan te geven, waarvan Mitrovica en collega's er drie de revue laten passeren.

Gravitatie-effect
Als landijs smelt, wijken de veranderingen in het zeeniveau sterk af van wat je op grond van het badkuipmodel zou verwachten. Een ijskap, zoals die van West-Antarctica, trekt namelijk water aan, net als de zon en de aarde elkaar aantrekken of de aarde en de maan. Door dit zogeheten gravitatie-effect staat de zeespiegel in de wijde omgeving hoger dan verder weg (figuur 2 boven). Als de ijskap is weggesmolten, is de oorzaak van de hogere zeewaterstanden bij de kust van Antarctica verdwenen. Het wateroppervlak stelt zich in op een nieuwe stand, zoals weergegeven in figuur 2 (onder). Tussen de kust en het snijpunt van het oude (streepjeslijn) en het nieuwe zeeniveau daalt de zeespiegel. Je kunt met de gravitatiewet van Newton en simpele goniometrie uitrekenen dat de zeespiegel gaat dalen tot op een afstand van 2200 kilometer van de ijsmassa's. Daarbuiten stijgt de zeespiegel. Als de afstand tot de oorspronkelijke ijsmassa's meer dan 6700 kilometer bedraagt, is die stijging zelfs groter dan het naar de prullenbak verwezen badkuipmodel voorspelt. De kusten van Noord-Amerika, maar ook die van Nederlands en Vlaanderen, liggen vanuit Antarctica bezien meer dan 6700 kilometer ver weg. Door het gravitatie-effect bedraagt in die gebieden de zeespiegelstijging die samenhangt met het instorten van de ijskap van West-Antarctica meer dan vijf meter. (figuur 3A). De grootste verschillen treden op in het noordelijk deel van de Stille Oceaan.

Boven: Antarctica ligt als een grote witte vlek op dit samengesteld satellietbeeld. Als de ijskap van West-Antarctica (linker deel) zou smelten, is de daaruit voortvloeiende zeespiegelstijging bij Noord-Amerika en in de Indische Oceaan groter dan elders. Bron: NASA. Links: 3. A. Veranderingen in het zeeniveau na het verdwijnen van de ijskap van West-Antarctica. Als het smeltwater zich gelijkmatig zou verdelen over de wereldzeeën bedraagt de zeespiegelstijging ongeveer vijf meter. Door het gravitatie-effect en het omhoog komen van de bodem van Antarctica na het verdwijnen van het ijs, wordt het water echter ongelijk verdeeld. In de buurt van Antarctica daalt de zeespiegel zelfs in het rood aangegeven gebied. Elders stijgt de zeespiegel meer dan gemiddeld (blauwe tinten). De kennis om dit type plaatjes te maken is sinds de jaren zeventig van de vorige eeuw wijd verbreid onder geofysici. B. Als figuur 3A, maar nu tevens rekening houdend met twee niet eerder meegenomen effecten: (1) de afnemende wateropslagcapaciteit van meren door de bodemstijging en (2) de veranderingen in de stand van de aardas door de gewijzigde massaverdeling van de aarde. C. Verschil in berekende zeespiegelstijging volgens de klassieke methode van figuur 3A en rekening houdend met de effecten genoemd bij 3B. Bron: Mitrovica et al, 2009.

Bodemstijging
Bij het maken van figuur 3A is nog een tweede effect verdisconteerd. Als het gewicht van de ijskap niet langer op de bodem drukt, komt die ondergrond langzaam weer omhoog, wat ook gevolgen heeft voor het zeeniveau. Dit effect was, net als het gravitatie-effect, reeds in de jaren zeventig van de vorige eeuw onder geofysici algemeen bekend.
Van recenter datum is de aandacht voor twee andere effecten. Zo blijft er na het verdwijnen van de ijskap op Antarctica smeltwater achter in laaggelegen delen die niet in open verbinding staan met de oceaan. Als de bodem stijgt, een gevolg van het verdwijnen van de last van het ijs, neemt de wateropslagcapaciteit van die meren af en wordt het water in de loop van duizenden jaren alsnog geloosd op de oceaan (figuur 2, rechtsonder).

Poolvlucht
Het tweede effect dat Mitrovica en zijn collega's in de zeespiegelstijgingberekeningen meenamen, is de zogenoemde poolvlucht. Door het verdwijnen van de ijskap, het omhoog komen van de aardkorst en de gewijzigde verspreiding van het water over de oceanen, verandert de massaverdeling van water en ijs over de aarde. Dat heeft weer gevolgen voor de aardrotatie, zoals het op drift slaan van de polen. De poolvlucht bedraagt 100 meter voor elke meter zeespiegelstijging-volgens-het-badkuipmodel. In het geval van West-Antarctica met een gemiddelde zeespiegelstijging van ongeveer vijf meter, gaat het dus om 500 meter.
De draaiing van de aarde maakt dat deze niet precies bolvormig is, maar meer de vorm heeft van een ellipsoïde. Als de draaiingsas verandert, komt ook die ellipsoïde iets anders te liggen (figuur 4). Het wateroppervlak volgt deze ellipsoïde en komt daardoor omhoog in de blauw aangegeven gebieden (rond Noord-Amerika en op de Indische Oceaan) en zakt omlaag in de rode zones (bij Azië en Zuid-Amerika).

Noord-Amerika
Als je alle genoemde effecten bij elkaar optelt, kom je op een verdeling van de zeespiegelstijging over de aarde als gevolg van het verdwijnen van het ijs op West-Antarctica zoals weergegeven in figuur 3B. De verschillen tussen de resultaten volgens de klassieke-jaren-zeventig-theorie (figuur 3A) en die na aanvulling met recentere inzichten (figuur 3B) is afgebeeld in het onderste deel van het drieluik (figuur 3C).
De verschillen zijn onder andere groot langs de dichtbevolkte Amerikaanse oostkust. In plaats van de uniforme vijf meter van het verouderde badkuipmodel (niet afgebeeld) of de 5,4 meter van de klassieke theorie (figuur 3A), komt de zeespiegelstijging er nu uit op 6,3 meter (figuur 3B). Dit grote verschil trok de aandacht van de Amerikaanse media, die vervolgens uitgebreid ingingen op Mitrovica's onderzoek.

Noordzee
Voor de kusten van West-Europa zijn de verschillen met de klassieke theorie aanzienlijk minder groot (figuur 3C). Maar dat blijkt niet de belangrijkste reden dat Bert Vermeersen minder onder de indruk is van de Science-publicatie van zijn Amerikaanse en Canadese collega's. 'De effecten van bodembewegingen worden al meer dan 30 jaar gemodelleerd door een heleboel teams in de wereld', zegt de Delftse onderzoeker aardobservatie en ruimtesystemen. ' Mitrovica zelf publiceerde al in 2001 in Nature rekenresultaten van smeltende ijskappen, waarin de poolvlucht was verdisconteerd. Alleen de toepassing van de bekende theorie op het volledig verdwijnen van de ijskap van West-Antarctica is nieuw.'
Smeltende ijskappen op grote afstand, zoals die van Antarctica, leveren voor het noordelijk halfrond altijd hoger uitvallende resultaten op dan bij een gelijkmatige verdeling van het water over de hele aardbol het geval zou zijn. Omgekeerd vallen de effecten van smeltende ijs dichterbij mee. Als de ijskap van Groenland geheel verdwijnt, stijgt het zeewater in de Noordzee als gevolg daarvan 'slechts' twee meter in plaats van de zeven meter die het verouderde badkuipmodel voorziet. En verdwijnen de gletsjers op IJsland, dan zakt het zeewater hier zelfs, aldus Vermeersen

Literatuur.
Mitrovica, J.X., Gomez, N. and Clark, P.U., The Sea-Level Fingerprint of West Antarctic Collapse, Science Vol 323, 6 februari 2009.
Vermeersen, A.A.J., Effects of ice-melt induced gravity changes and solid earth deformation in the Netherlands, Netherlands Journal of Geosciences (Geologie en Mijnbouw), 87 (3), 215, September 2008.