In een tent bevestigd aan het oppervlak van de Groenlandse ijskap zaten de leden van de GreenDrill-expeditie samengepakt rond een boorinstallatie. Al dagen boorde de machine al piepend en krakend centimeter per centimeter door het vaste oerijs om de rotsbodem, ongeveer vijftig meter lager, te bereiken.

De negen leden van de expeditie – ijs- en gesteentedeskundigen, wetenschappers en ijsbeerspecialisten – wisten dat ze op het punt stonden om in het vaste gesteente te boren. Maar Forest Harmon, de boormeester, voelde de kern nog altijd niet breken. Dat is het moment waarop het metalen opvangstuk in de boorkop de kern losmaakt van de rotsbodem.

De GreenDrill-site bevond zich aan het bevroren uiteinde van de Northeast Greenland Ice Stream (NEGIS), een grote ijsrivier die tussen de twaalf en zestien procent van het ijs van de gletsjer afvoert naar de oceaan. Als de volledige Groenlandse ijskap zou smelten, dan zou de zeespiegel zeven meter stijgen. Een groot gedeelte van die catastrofale vloed zou de zee bereiken via de NEGIS.

De kap zal natuurlijk niet in één keer smelten, maar wetenschappers maken zich wel steeds meer zorgen over de sterke afname van de ijsmassa. Een recent rapport stelt vast dat de ijskap al 27 jaar elk jaar krimpt. Uit een andere studie blijkt dat elke Groenlandse gletsjer dunner en kleiner is geworden in de afgelopen decennia. De NEGIS zelf stroomt de laatste tien jaar aanzienlijk sneller en voert steeds meer ijs af van de gletsjers.

Elliot Moravec, de mechanisch ingenieur die de boorvloeistofdruk monitorde, lachte. Eindelijk leek het alsof er iets goed ging in deze expeditie waar bijna alles mis was gegaan. In de voorgaande weken was er zoveel onzeker geweest. Er waren logistieke vertragingen en mislukte landingen van de militaire vrachtvliegtuigen. Een ambitieuzere versie van het plan, met een grotere boor en twee boorsites, moest worden geschrapt. De twee hoofdonderzoekers moesten op het laatste moment noodgedwongen hun deelname aan het project stopzetten. De rest van het team zat daardoor weken vast in Kangerlussuaq, ongeveer 1.350 kilometer van de boorlocatie. Vervolgens had het team meer dan tien vluchten, verspreid over zeven dagen, nodig om zichzelf en duizenden kilo’s aan materiaal op het ijs te krijgen.

Maar op dit moment, met nog maar twee weken te gaan in de expeditie, stond het team op het punt te ontdekken hoe deze plek er zonder ijs uitzag. Weten wanneer dit gebied voor de laatste keer echt groen was, zou wetenschappers kunnen helpen om een zeer belangrijke vraag te beantwoorden: zijn de Groenlandse ijskappen kwetsbaarder dan we eerst dachten?

Politieke spanningen

Sinds president Donald Trump zijn zinnen heeft gezet op Groenland, staan alle ogen van de wereld gericht op dit eiland. Door de klimaatverandering komen land en vaarwateren vrij die voorheen bedekt waren met ijs. Daardoor nemen de politieke spanningen op het eiland en de wateren daaromheen toe. Maar Trump is niet de eerste Amerikaan die zijn zinnen heeft gezet op het grootste eiland ter wereld.

In 1956 en 1957 haalde het Amerikaanse legerkorps van ingenieurs, ofwel SIPRE, de eerste lange ijskernen uit de bodem van Groenland. Dat ze daar waren had niet alleen te maken met het koude ijs, maar ook met de Koude Oorlog. SIPRE kreeg de geheime opdracht van de overheid om arctische capaciteiten te ontwikkelen zodat ze dichter bij de Sovjet-Unie konden opereren en meeluisteren. De plek waar het legerkorps die eerste diepe ijskernen uit de gletsjer haalde, heet Site 2 en was ondanks zijn publieke wetenschapsmissie ook de locatie van een geheime radarinstallatie die 24/7 bedreigingen vanuit de Sovjet-Unie in de gaten hield. Maar de gespannen geopolitieke situatie van toen heeft wel gezorgd voor een wetenschappelijke ontdekking die voordien onmogelijk leek: de extractie van de diepe ijskernen markeerde het begin van een internationale race om dieper en dieper ijs te bemachtigen en te bestuderen. Die ijskernen, en alle kernen die daarna werden verzameld, behoren tot de fundamenten van klimaatonderzoek. Heel veel van wat we weten over klimaatverandering hebben we geleerd uit die ijsstalen.

Hoewel het moeilijk is om te weten hoeveel ijskernen er bestaan, zou je door alleen al alle ijsstalen in Deense en Amerikaanse vriezers op te tellen op meer dan 34 kilometer oerijs uitkomen. Onderzoekers hebben die stalen gedateerd, de druk van de ingesloten luchtbellen gemeten, de sneeuwstructuur gedetermineerd, oude vulkaanuitbarstingen gedetecteerd in hun fijnstofgehalte en nog veel meer. Door die resultaten kunnen we nu indirect een tijdlijn bijhouden van grote en abrupte veranderingen in het klimaat tot wel 123.000 jaar terug in de tijd in het geval van Groenland en 1,2 miljoen jaar voor Antarctica.

Ik heb zelf ook een persoonlijk verleden met deze ijzige fundamenten van de klimaatwetenschap. Als student heb ik een maand aan boord gezeten van een oceanografisch onderzoeksschip. Daar kreeg ik de opdracht om sedimentkernen te verzamelen op de bodem van de oceaan.
Net als ijskernen hebben sedimentkernen zichtbare horizontale strepen. Bij ijskernen zijn die afkomstig van de seizoensgebonden verschillen in sneeuwval. In sedimentkernen zijn die veroorzaakt door een kleurverschil tussen de winter- en zomersedimentlaag. Om te bewijzen dat het signaal van afwisselend lichte en donkere lagen klopte, moest ik het vergelijken met betrouwbare gegevens van andere klimatologen. En zo kwam ik terecht bij de Groenlandse ijskernen.

In 1999, toen ik mijn onderzoek uitvoerde, waren de Groenlandse ijskernen van de Greenland Ice Sheet Project 2 (GISP2) en de Greenland Ice Core Project (GRIP) de meestgebruikte referenties om die klimaatstreepjes te matchen. Tussen die twee teams heerste er een vriendschappelijke competitie. Het ene team bestond uit wetenschappers uit de VS (GISP2) en het andere uit Europese wetenschappers. Beide teams waren rond hetzelfde moment gestart (de Amerikanen hadden een voorsprong van één veldseizoen) en waren minder dan 32 kilometer van elkaar verwijderd. Ze raceten tegen elkaar vanaf de top van de ijskap tot aan de bodem van het ijs.

In juli 1992 won Europa. Hun team bereikte de rotsbodem bijna drie kilometer onder het ijsoppervlak. Toen de Amerikaanse groep een jaar later hun project afrondde, was hun kern niet alleen langer dan drie kilometer, maar hadden ze ook een kern van 1,5 meter van het gesteente onder het ijs.

Deze twee diepe klimatologische metingen werden mijn referentiepunten om mijn eigen gegevens aan te toetsen. Mijn sedimentmetingen gingen terug tot ongeveer 52.000 jaar geleden. Ik vergeleek toen mijn reeks aan donkere (koud) en lichtere (warm) kronkellijnen met de data van de ijskernen om te kijken of mijn gegevens overeenkwamen. En dat deden ze.

Vele andere klimaatwetenschappers observeerden hetzelfde. Drie decennia nadat die twee ijskernen uit de ijskap werden getrokken, werden hun kronkellijnenpatronen met succes gematcht met die van boomringen, koraal, grotsedimenten, andere sedimenten en ijskernen van overal ter wereld.

Maar in al die jaren van onderzoek hebben de meeste wetenschappers nooit de moeite genomen om te kijken naar het spul waar het ijs op ligt. ‘Het gesteente onder de ijslagen is het minst verkende stuk van het aardoppervlak’, aldus Joerg Schaefer, co-hoofdonderzoeker bij GreenDrill.

Joerg Schaefer en Jason Briner, de andere co-hoofdonderzoeker, zijn al meer dan tien jaar bezig met dat grote hiaat in de klimaatwetenschap. Wat ze al gevonden hebben is verontrustend. ‘Voor de allereerste keer in mijn carrière word ik geconfronteerd met datasets waar ik slecht van slaap’, zegt Schaefer. ‘Het is overduidelijk dat deze ijskap in serieuze moeilijkheden zit.’

De data die hem zoveel angst aanjagen, komen van de steenstaal die in 1993 werd genomen onder de GISP2-ijskern. Terwijl die ijskern werd vereeuwigd in duizenden wetenschappelijke artikelen als de hoeksteen van klimaatwetenschap, belandde het bodemgesteente in een opslagruimte voor ijskernen in Colorado. Na bijna twintig jaar wegkwijnen in de opslag bestudeerden Schaefer, Briner en de andere onderzoekers de rotskern. Ze publiceerden daarover een artikel in Nature met de titel: Greenland Was Nearly Ice-Free for Extended Periods during the Pleistocene.

Het pleistoceen is het tijdvak waarin de laatste ijstijd plaatsvond, toen de wollige mammoeten, sabeltandtijgers en mensen samen rondzwierven over aarde en ijs. Het besloeg een periode van 2,6 miljoen jaar geleden tot 11.000 jaar geleden. Uit die ene rotskern van onder het ijs leerden de onderzoekers dat er tijdens het pleistoceen periodes waren – op zijn minst één, mogelijk meer – waarop de ijskap bijna of volledig weg was.

‘Het was de start van wat sommige mensen de fragile Greenland hypothesis noemen’, zegt Paul Bierman, auteur en geoloog aan de Universiteit van Vermont. Bierman en andere wetenschappers hebben nog meer bewijs gevonden dat het verontrustende idee bevestigt. Uit een onderzoek van hem en zijn collega’s, gepubliceerd in 2023, blijkt dat er meerdere aanwijzingen zijn waaruit blijkt dat ongeveer 400.000 jaar geleden een groot deel van het noordwesten van Groenland ijsvrij was. Dat is best ver in het prehistorisch verleden, maar er was toen een derde minder koolstofdioxide in de atmosfeer dan nu.

Het GreenDrill-team bereidt zich voor om nieuwe inzichten te publiceren, die grote gevolgen hebben voor de hele mensheid. Caleb Walcott-George, die binnenkort universitair docent wordt aan het departement Aard- en Milieuwetenschappen van de Universiteit van Kentucky, was een doctoraatsstudent tijdens de eerste twee veldseizoenen van het project. Onlangs kwam hij op een academische conferentie met harde bewijzen dat een gebied in het noordwesten van Groenland eerder ijsvrij was dan we voorheen dachten. Het gebied dat drie keer groter is dan New York en momenteel bedekt is met een laag ijs van meer dan vijfhonderd meter dik, zou al ongeveer 7.000 jaar geleden volledig of bijna volledig ijsvrij zijn geweest. Dat komt overeen met het mid-holoceen optimum, een periode waarin de temperaturen gemiddeld net iets hoger lagen dan nu. Volgens de schattingen van Walcott-George zouden we die temperaturen bereiken tegen 2100.

Verduisterde tent

Niet lang nadat Moravec voelde dat de kern op het punt stond te breken, haalde het team zijn eerste staal van het seizoen naar boven. Slechts enkele minuten later zat de kern in het gesloten binnenvat, klaar voor inspectie. In de verduisterde tent haalden Allie Balter-Kennedy en Walcott-George de boorkop van het einde van het vat af. Vervolgens hielden ze de buis onder een hoek omhoog en schudden ze voorzichtig het ijs en de stenen uit de buis in een bak. Die stenen kunnen ons veel vertellen, zoals wanneer ze de laatste keer daglicht zagen en hoelang ze waren begraven.

Bepaalde mineralen in de rotsen gedragen zich als batterijen. Ze laden namelijk op wanneer ze begraven zijn. Het radioactief verval in de elementen rond de korrels maakt hun elektronen los, waardoor de korrels beginnen te gloeien. De gloed van de stenen zelf is echter niet zichtbaar voor het blote oog. ‘Op basis van de lading kunnen we achterhalen hoelang deze kwarts- en veldspaatkorrels al zijn begraven’, aldus Walcott-George. Het minste zonnestraaltje kan dat signaal resetten, om die reden moeten de wetenschappers de stenen omhooghalen in een verduisterde tent.

Het subglaciale gesteente kan ons ook nog op een andere manier iets vertellen. Wanneer een ster aan zijn einde komt, gaat dat gepaard met een enorme explosie die kosmische straling het heelal instuurt. Die stralen banen zich een weg naar de aarde, waar ze een stroom creëren van elementaire deeltjes die inslaan op het aardoppervlak. ‘Wanneer ze interageren met stenen, ontstaan er nucleaire reacties die isotopen of nucliden creëren die we anders niet op aarde zouden tegenkomen’, legt Balter-Kennedy uit. ‘We weten met welke snelheid die nucliden worden geproduceerd. Als we ze meten, dan kunnen we erachter komen hoelang die steen werd blootgesteld aan kosmische straling – of in dit geval, hoelang de steen ijsvrij is geweest.’ Die methode, gebaseerd op de kosmische straling, wordt ook wel surface exposure dating genoemd.

Die twee methodes staan de wetenschappers toe om de rotsbodem, bij wijze van spreken, te interviewen. Maar die dag was er geen rotsbodem om te interviewen. Er was iets mis met de kern. Het team had geen bodemstenen naar boven gehaald, maar grind gemixt met ijs. Ze besloten om het morgen opnieuw te proberen.

Vraagstuk

Ongeveer 5.000.000.000.000 ton. Dat is hoeveel watergewicht de Groenlandse ijskap in de oceaan heeft gedumpt sinds 2002. Maar hoe precies het ijs op Groenland smelt, blijft een van de grote onopgeloste vraagstukken van de wetenschap. Wetenschappers vermoeden dat het lot van Groenland afhangt van de ijsrivieren.

Dorthe Dahl-Jensen, een Deense ijskernklimatologe, kwam in 1981 voor het eerst naar de Groenlandse ijskap. ‘Toen had bijna niemand het over de klimaatopwarming’, zegt ze. Wanneer ze aan mensen vertelde dat ze ijskernen boorde voor klimaatonderzoek, gingen die ervan uit dat ze wou achterhalen wanneer de volgende ijstijd zou plaatsvinden.

In 2023 slaagde het East Greenland Ice-Core Project onder leiding van Dahl-Jensen erin om een ijskern van 2,4 km naar boven te halen in de buurt van de bron van de NEGIS. De hele onderneming duurde acht jaar. ‘Wanneer je de balans opmaakt en kijkt naar hoeveel er van de ijskap is verloren, komt de helft van het extra verlies doordat het ijs langs de Groenlandse kust smelt. De andere helft komt van de versnelling van het ijs in de stromingen.’ Dahl-Jensen weet dat ijsrivieren een belangrijke rol spelen in de stijging van het zeeniveau, maar ze is zich er ook van bewust dat we nog niet weten hoe ze werken. ‘We zijn nog niet in staat ze correct op te nemen in onze ijskapmodellen’, legt ze uit.

Dat is waarom het GreenDrill-team bodemgesteente wou bemachtigen van onder de NEGIS van een site die veel dichter bij de monding ligt. De metingen van beide projecten zouden kunnen bijdragen aan de wiskundige modellen die proberen te simuleren hoe de echte wereld in elkaar zit. ‘Er zitten nog zoveel lacunes in ons natuurkundig begrip van hoe een ijskap eigenlijk reageert op veranderingen’, zegt Schaefer. Hij doelt daarmee op de grote foutenmarges van de huidige modellen.

IJskapmodellen werken op een zeer gelijkaardige manier als de klimaatmodellen die we gebruiken om het weer te voorspellen. De modellen gebruiken daarbij wiskunde om de interacties tussen echte atmosferische fenomenen, zoals wind, druk, luchtvochtigheid en thermodynamica, te simuleren. Ze zijn redelijk betrouwbaar over een tijdspanne van uren tot dagen omdat de modellen echte data gebruiken (historische data, metingen van weersatellieten en –ballonnen en observaties van land, zee en uit de lucht).

Om een ijskapmodel te verbeteren, doe je eigenlijk hetzelfde. De output van het model wordt intuïtief gecontroleerd om ervoor te zorgen dat het geïnformeerde en realistische voorspellingen maakt. Het is ook belangrijk dat je er zoveel mogelijk reële data instopt.
Als je de foutenmarge verkleint, zullen de ijskapmodellen een beter middel worden om onszelf aan te passen aan klimaatverandering. ‘Stel, je bent een politicus en je wilt ervoor zorgen dat New York – of om het even welke stad in de buurt van de zee – veilig is voor een stijging van de zeespiegel, dan heb je precieze voorspellingen nodig over wat er gaat gebeuren’, zegt hij. En die voorspellingen zullen door de klimaatopwarming alsmaar belangrijker worden in de toekomst – een toekomst waarvan de onderzoekers in Groenland vrezen dat ze de maatschappij op zijn kop zal zetten.

‘Denk aan de massamigratie die plaats zou vinden als de hele Groenlandse ijskap smelt’, zegt Bierman. ‘Het zal niet voor morgen zijn. We zitten er nog eeuwen en misschien zelfs millennia vanaf, maar als het gebeurt, dan zou dat de grootste volksverhuizing ooit zijn. Het zal een langzaam, sluipend proces zijn, maar het zal gebeuren.’

Sneeuwstorm

De dag na hun hartverscheurende tegenslag bereikte het team het harde gesteente. Net op tijd, want een paar uur later blies een sneeuwstorm door het kamp waardoor er twee dagen niet kon worden geboord.

Toen ze het werk konden hervatten, besliste het team om te proberen nog een tweede kern te boren. Omdat die maar half zo diep zou zijn als de eerste, beredeneerden de onderzoekers dat ze misschien nog meer kostbaar gesteente van onder het ijs konden bemachtigen en in slechts de helft van de tijd die ze nodig hadden voor de eerste. Al het werk moest binnen de week worden afgerond zodat ze nog voldoende tijd hadden om zich voor te bereiden op de extractie. Dan zou er wanneer het weer het toestaat, een tweemotorig skivliegtuig op de site landen, die op niets of niemand zal wachten om terug te vertrekken.

Twee dagen lang boekten ze heel wat vooruitgang. In plaats van de boortent weer op te stellen, hadden ze besloten het erop te wagen met een onbeschermd boorgat. Een kleine windbreker was het enige wat hen beschermde tegen de ijzige wind. Terwijl Moravec, Harmon en Tanner Kuhl, de derde en meest ervaren ijsboorexpert, opnieuw begonnen te boren, verspreidden de anderen zich over de donkere pieken die de ijzige vergetelheid doorbreken zoals walvishoofden in een zee van ijs, ook wel nunataks genoemd. Daar gingen Walcott-George, Balter-Kennedy en Arnar Pall Gíslason, de survivalexpert van het team, aan de slag met draagbare steenboren om een kern te nemen uit het oppervlak van de nunatak. Die rotsen waren continu blootgesteld aan de zon en kosmische straling en zijn daarom het ideale referentiepunt voor hun metingen van het luminescentiesignaal en de kosmogene nucliden in de steenkernen van onder het ijs. Net toen alles goed leek te gaan, raasde er een tweede sneeuwstorm door de site.

‘Wegwezen hier’, schreeuwde Matt Anfinson, kamptechnicus. Hij rende uit de boortent de sneeuwstorm in. Het begon alsmaar heftiger te stormen. De boortent, hun enige bescherming op de slaap- en eettenten na, kromde onheilspellend om door de sterke wind. Het was dus tijd voor het team om op de tast hun weg terug te vinden naar het kamp met enkel een lijn van rode vlaggen om hen de weg te wijzen in dit verblindende weer. De constante wind was vreselijk monotoon. De leefwereld van de crew werd opeens noodgedwongen veel kleiner – van slaaptent naar eettent naar badkamertent en terug.

Barbara Olga Hild, ijsbeerspecialiste, worstelde zich door de lange en heldere nachten om het geëlektrificeerde hek sneeuwvrij en operationeel te houden. Walcott-George zat in de eettent pot na pot sterke koffie te zetten en hield zich bezig met zijn arctische zelfzorgroutine: zijn droge, gebarsten vingers lijmen met secondelijm tegen boorvloeistof. Balter-Kennedy repareerde de scheuren en gaatjes in haar favoriete broek en verdiepte zich in haar ijskernlogboeken. Moravec en Harmon kaartten urenlang. Iedereen moest om de beurt naar buiten om een oranje koeler te vullen met sneeuw die daarna werd gesmolten op een gasbrander voor drinkwater.

Tegen de verwachtingen in waren de onderzoekers op de momenten waarop het weer het heftigst was het meest bereid om te praten over waarom ze de koude en de isolatie opzoeken voor hun werk. ‘De reden waarom mensen naar de poolgebieden gaan is omdat je daar de stilte kan horen’, zei Hild. Dahl-Jensen, de Deense ijskernwetenschapster, vertelde me dat de maanden van bijna volledige isolatie van de rest van de wereld een kostbaar onderdeel was geworden van de ervaring, die elke hoeveelheid van koude en ongemak waard is. ‘We leven in ons kamp en doen ons onderzoek en de tijd waarop je je maar op één ding hoeft te focussen is echt fantastisch’, zei ze. Dat gevoel van te vertragen, van concentratie is iets wat velen van het team missen als ze van het ijs zijn. ‘Ik zie altijd erg op tegen het einde van het veldseizoen’, aldus Balter-Kennedy. Aan de andere kant is er de plotse terugkeer naar het normale leven, de lawine van onbeantwoorde mails en het feit dat dingen anders zijn sinds je bent vertrokken.

Terug aan de slag

Wanneer de storm na drie dagen eindelijk optrok, schoot het team zo goed als door de tentopening om terug aan de slag te gaan. Door de sneeuwstorm hadden ze nu nog maar twee volle dagen om het nieuwe boorgat af te werken. Het had hen een week gekost om de eerste kern te pakken te krijgen en dat was zonder enige vertragingen door het weer. Alles moest goed gaan nu.

Slechts een dag later stond het hele team rond de boor en namen ze de laatste stalen voordat ze gingen inpakken. De boor zat nu twintig meter diep. Het weer was verrassend warm en zonnig voor deze tijd van het jaar, waardoor het team vlotjes de laatste boorronde kon afronden. Terwijl de laatste steenkern de bodem van de vat bereikte, zweefden de geluiden van de rockgroep Ween over de open ijsvlakte.

De kern was zuiver. Het team dichtte het gat met gejuich en een klein scheutje van de Deense likeur Gammel Dansk, hier ook wel beter gekend als ‘boormeestersvloeistof’. Maar het was niet voor de crew. ‘Je was een goed gat’, zei Harmon terwijl Moravec de drank in het gat goot.

Walcott-George tilde de laatste steenkern omhoog alsof hij een prijs had gewonnen. Daarna noteerden hij en Balter-Kennedy de lengte en de kenmerken van de kern en sloegen ze die op voor transport, zoals ze dit het hele seizoen al deden. Op dat moment wisten ze nog niet welk verhaal de kern hen ging vertellen over Groenlands ijsvrije verleden en onze overspoelde toekomst.