Boren in het Groenlandse ijsverleden
Reinout van den BornToen de Amerikanen in de jaren 60 tunnels in de Groenlandse ijskap aanlegden voor de opslag van kernwapens, werd voor de eerste keer in het ijs geboord om te zien welke eigenschappen het had. Een professor in Kopenhagen opperde het idee aan de hand van die boorkernen het klimaat uit het verleden te reconstrueren. De methode werkte en zo werd een fascinerend archief ontsloten.
Door Pieter Bliek
Inmiddels weten we op basis van die boringen dat de golfstroom in het verleden meermaals haperde, of zelfs geheel stilviel. ‘We proberen het mechanisme erachter te begrijpen, zodat we voorspellingen voor de toekomst kunnen doen’, zegt Anders Svensson van EastGRIP (East Greenland Ice-core Project), dat in het Groenlandse verleden boort.
‘Het eerste boorproject was Europees en heette GRIP. Het eindigde in 1992. Sindsdien gebruiken we deze naam voor onze projecten op Oost-Groenland en noemen die EastGRIP’, vertelt Svensson. ‘Momenteel zijn er 6 à 7 plekken waar we hebben geboord. We boren op één locatie tegelijk. Een boorproject neemt gemiddeld 5 jaar in beslag. Er wordt alleen in de zomermaanden gewerkt als het ‘warm’ en zonnig is, want in de winter is het op de ijskap donker en koud.’
Het begint in mei in Kangerlussuaq
Het team van wetenschappers arriveert in mei in het plaatsje Kangerlussuaq, aan de Groenlandse westkust, op enkele tientallen kilometers ten noorden van de Poolcirkel. Van hieruit wordt met Herculestoestellen naar de betreffende boorlocatie op de ijskap gevlogen.
‘De hele operatie duurt van mei tot augustus. In die periode komen vliegtuigen enkele keren om personeel af te lossen en om voedsel, spullen en de ijskernen mee te nemen. Als een station vol bemand is, zijn er in totaal 40 man aan het werk. De huidige locatie is 10 jaar bemand geweest. Dat kwam door COVID. Het kamp was verlaten en sneeuwde volledig in. Het kostte ons 3 jaar extra om het onderzoek af te ronden. Dit jaar breken we het kamp op en gaan we met voertuigen over het ijs naar het zuiden, naar een oude GRIP-plek om deze te heropenen.’
Het team gebruikt een 10 meter lange ijsboor. Deze boort per keer een ijskern met een lengte van 3 meter. ‘Deze voegen we samen met de voorgaande 3 meter. De ijskernen zagen we in stukjes. Er worden ook in het veld metingen aan gedaan. Daarna stoppen we de kernen in dozen in de vriezer en worden ze naar Kopenhagen gevlogen voor nader onderzoek.’
Ervan uitgaande dat de ijskap, waar geboord wordt, een gemiddelde dikte van 3000 meter heeft, betekent dit 1000 keer boren. ‘Per keer duurt het een uur om te boren en een uur om de ijskern naar boven te halen. Op een dag kunnen we 20 meter aan ijskernen omhooghalen. Daardoor duurt het enkele seizoenen om te bodem te halen’, weet Svensson.
Het ijs is tot de bodem transparant
‘De hele ijslaag is tot aan de bodem transparant, maar dichtbij de bodem zitten er steentjes en vervuiling in. De dichtheid ervan blijft altijd dezelfde, want ijs laat zich niet verder samenpersen, ook al is de druk op grote diepte heel hoog. Vlakbij de rotsbodem is het ijs het minst koud. Dit komt door de geothermische warmte die naar boven komt. De temperatuur bedraagt hier -10 graden tot zelfs smelt. De laagste temperaturen van -30 tot -35 zitten halverwege de ijskap. Hier worden de temperaturen van de laatste ijstijd geconserveerd.’
Om te voorkomen dat het diepe boorgat dichtvalt, wordt er een boorvloeistof ingedaan. ‘We stoppen er kokosolie-extract in. Dit is een milieuvriendelijke vloeistof die niet bevriest. Doordat het dezelfde dichtheid heeft als het ijs, blijft het boorgat dezelfde diameter houden. De kokosolie blijft vele jaren op z’n plaats. Ook als je na jaren terugkomt. Zo kunnen we meten hoe het ijs zich gedraagt in het boorgat.’
Dat EastGRIP bovenop de ijskap boort, heeft te maken met de kwaliteit van de ijskernen. Svensson: ‘De ijskap is als een platte pannenkoek. Het breedste punt ervan is zo’n 1000 kilometer. Op het centrale deel valt jaarlijks een halve meter sneeuw. Die wordt tot 20 centimeter ijs gecomprimeerd. Dat ijs wordt naar de zijkanten geduwd waar gletsjers ontstaan en ijsbergen in zee afbrokkelen. Tijdens dat proces wordt het ijs richting de bodem uiteen gerekt.’
‘In het midden bovenop is de ijsplak het dikst. Richting de zijkanten wordt deze steeds dunner. Hoe dieper je omlaag gaat, des te compacter wordt het ijs. Onderdaan is de sneeuw tot enkele centimeters samengeperst en helemaal onderop tot enkele millimeters. Naar de zijkanten toe krult het ijs over de oneffen bodem. Daar ga je dan niet boren. Daarom worden de meeste boringen boven op de ijskap gedaan. Zo krijg je het best bewaarde en oudste ijsprofiel.’
De Groenlandse ijskap is zo’n miljoen jaar oud
Het oudste ijs tot aan de bodem van de Groenlandse ijskap bestrijkt een periode van ongeveer 120 duizend jaar. Daarin zitten het Holoceen met de opwarmingsperiode en de laatste ijstijd. ‘We schatten dat de gehele ijskap zo’n miljoen jaar oud is.’
Het team van EastGRIP heeft het materieel de afgelopen zomer naar een oud boorgat in het zuiden verplaatst. Het is een gat dat in 1992 is geboord. ‘We moeten het gat eerst zoeken, want het is bedekt met sneeuw. In dat gat boren we het laatste stukje op dat toentertijd niet is opgeboord. Daarna boren we ook een stukje in de rotsbodem om na te kunnen gaan hoe oud de Groenlandse ijskap daadwerkelijk is. Doel is na te gaan welke warme periodes het ijs heeft overleefd en of deze in een toekomstig opwarmend klimaat kan overleven.’
De voorgaande boringen hadden als doel het klimaat van de voorgaande 120 duizend jaar te reconstrueren. De oorsprong van die boringen ligt in de jaren ‘60 toen de Amerikanen tunnels in het ijs boorde om hier kernwapens in te verbergen. De eerste resultaten uit de boorkernen in de jaren ‘70 leverde een klimaatprofiel op dat niet voor mogelijk werd gehouden. Svensson: ‘Er bleek sprake te zijn van een zeer onstabiel klimaat. Dat was onverwacht. Dus veel mensen dachten dat de onderzoeksmethode niet werkte.’
Exact hetzelfde profiel
Toen in de jaren 80 elders opnieuw werd geboord en nieuwe ijskernen naar Kopenhagen werden gestuurd, die door hetzelfde team werden onderzocht, werd exact hetzelfde klimaatprofiel als van de eerste boorkernen gevonden. ‘Toen realiseerde men zich dat het onmogelijk is dat er sprake kan zijn van dezelfde verstoringen. Dus moest dit wel het klimaat zijn geweest.’
De laatste ijstijd, die 100 duizend jaar duurde en ruim 10 duizend jaar geleden eindigde, blijkt qua temperatuur een zeer onstabiele periode te zijn geweest. ‘Deze ijstijd kent veel fluctuaties en plotselinge temperatuurstijgingen van wel 15 graden en dan weer plotselinge afkoeling. Dit gebeurde regelmatig.’
Volgens Svensson heeft dit te maken met de oceanische circulatie AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation) en de Noord-Atlantische Golfstroom, die daar onderdeel van uitmaakt. ‘Uit de ijskernen weten we dat die circulatie vele malen aan en uit ging, gedurende de laatste ijstijd. Dit gebeurde iets van 25 keer heel duidelijk, maar als je alle keren telt, is het vaker. Het waren periodes variërend van enkele honderden tot zelfs een keer een periode van 20 duizend jaar, en alles daar tussenin. Steeds haperde de Golfstroom of viel helemaal stil. We begrijpen nog niet volledig waarom de Golfstroom zo vaak stilviel, maar we proberen het mechanisme te achterhalen. Mogelijk heeft de laatste ijstijd meerdere ‘kantelpunten’ of ‘tipping points’ gekend.’
Klimaten uit het verleden worden met luchtbelletjes bepaald
De klimaten uit het verleden, met hun temperaturen, worden aan de hand van luchtbelletjes in de ijskernen bepaald. ‘In de lucht kunnen we zien hoeveel broeikasgassen er op een bepaald moment waren en hoe het klimaat opwarmde. Ook kunnen we aan de hand van stofdeeltjes de geschiedenis van vulkanische erupties zien. Maar ook de industrialisatie wordt in het ijs opgeslagen en wanneer de stand van de zon veranderde als gevolg van de Milankovitch cycli. Met behulp van een spectrometer wordt het gehalte aan zwaar water en zware zuurstof bepaald. Uit de veranderingen in die isotopen kunnen we bepalen wat de temperatuur moet zijn geweest.’
De boorkernen worden in een laboratorium bij temperaturen onder het vriespunt in stukjes van een paar centimeter gezaagd. Dan worden de jaren geteld en de monsters geanalyseerd. Soms is het onduidelijk of er een reden was waarom een zomer of winter in een bepaald jaar langer of korter duurde. Svensson: ‘Daarom vergelijken we de kernen met die van andere boorlocaties om dat te bevestigen, of om vast te stellen dat van een onreinheid de die boorkern sprake was. Als we de gehele ijskern van 3 kilometer diep nemen en over 120 duizend jaar langs de tijd leggen kunnen we precies zien wat er met de temperatuur is gebeurd.’
Een andere constatering is dat, zodra de Golfstroom instortte, het in het noorden koud was en de warmte naar het zuidelijk halfrond trok. En als de Golfstroom aanstond het in het noorden warmer was, terwijl het in het zuiden dan juist weer kouder werd. ‘Dat blijkt uit de ijskernen van Groenland en Antarctica. Als we die met elkaar vergelijken, zien we dat de warme en koude periodes met elkaar corresponderen’, aldus Svensson.
Voorspellingen voor de toekomst
Op basis van de verzamelde data proberen wetenschappers voorspellingen voor de toekomst te doen. ‘Het verschil is dat we toen een ijstijd hadden, terwijl we nu met een wereldwijde opwarmingsperiode te maken hebben. Dus is het lastig om op basis van data uit een ijstijd voorspellingen voor de huidige tijd te doen. Sommige wetenschappers zeggen dat de Golfstroom binnen enkele decennia stilvalt. Het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) beweert daarentegen dat het niet zo’n vaart zal lopen. Dat is het huidige debat.’
Met behulp van de boorkernen uit de Groenlandse ijskap, die door EastGRIP naar boven worden gehaald, wordt niet alleen het klimatologische verleden gereconstrueerd, maar wordt ook gekeken naar de dynamiek van de ijsstromen en hoe de ijskap op klimaatverandering reageert.
Op Antarctica kun je veel verder terug in de tijd. ‘Dit komt doordat daar minder sneeuw valt. De in het ijs opgeslagen jaarlagen zijn veel dunner. Hierdoor kun je tot meer dan een miljoen jaar terug in de tijd’, verklaart Svensson.
Gehalte aan kooldioxide is al lang aan het stijgen
Uit de Antarctische ijskernen blijkt dat het gehalte aan kooldioxide in de laatste 400 duizend jaar van 150 ppm (parts per million) tot net iets minder dan 300 ppm steeg. Dat is een ongekende stijging. Daarbij komt de stijging van broeikasgassen door verbranding van fossiele brandstoffen. Dat maakt het lastig voorspellingen te doen, omdat we vanuit het verleden niet op vergelijkbare situaties van de stijging van het gehalte aan kooldioxide kunnen teruggrijpen.
Als gevolg van de temperatuurstijging zullen ijskappen en gletsjers sneller smelten. Als de gehele Groenlandse ijskap smelt, stijgt de zeespiegel met 7 meter. Als de ijskap op Antarctica smelt, komt daar nog eens 58 meter bij.
Als alle Alpengletsjers smelten, stijgt volgens Svensson het zeeniveau met een halve meter. ‘De huidige stijging is het gevolg van hun snelle smelt. Voorheen was die stijging jaarlijks 2 millimeter. Nu is dat al bijna 5 millimeter. Als de ijskappen op Groenland en Antarctica versneld smelten, kan de zeespiegel dus zomaar een stuk harder gaan stijgen.’
Voeg weerverteller.nl toe aan het startscherm van je telefoon
Mis ook deze verhalen niet:
Volg ons ook op facebook en X!
Jouw foto op Weerverteller.nl?
Stuur je foto naar foto@weerverteller.nl, of via X met de vermelding van @weerverteller
