Wat als… een van onze belangrijkste klimaatmotoren stilvalt?

Openingsbeeld: Als de circulatie van warm en koud water in de oceaan stilvalt, heeft dat onomkeerbare gevolgen voor het klimaat. Bekijk de visualisatie op de site van NASA. © NASA

Al sinds de jaren 1950 is duidelijk dat de Atlantic Meridional Overturning Circulation, de AMOC, een belangrijke motor van ons klimaat is. Klimaatonderzoekers rekenen dit complexe geheel van wereldwijd samenhangende zeestromingen tot een van de tipping points voor het klimaat: als het systeem omslaat – stilvalt in dit geval – heeft dat een plotse en wereldwijde verandering tot gevolg. En die is onomkeerbaar, of toch voor honderden tot duizenden jaren.

Klimaatstudies geven aan dat de AMOC verzwakt, maar hoeveel en hoe snel, daarover bestaat discussie. Volgens het laatste rapport van het VN-klimaatpanel IPCC is het (met middelmatige betrouwbaarheid, zie verderop) zeer onwaarschijnlijk dat het systeem nog deze eeuw volledig ineenstort. Maar eind juli publiceerden Ditlevsen en Ditlevsen, twee Deense onderzoekers, een nieuwe statistische analyse van de AMOC in Nature Communications. Volgens de klimaatfysicus en de statisticus zijn er betrouwbare waarschuwingssignalen dat het systeem wél deze eeuw nog zou ineenstorten. Tenminste: als we CO₂ blijven uitstoten zoals we dat nu doen.

De Denen gingen op zoek naar waarschuwingssignalen in gegevens die goede indicatoren voor de sterkte van de AMOC zijn, die noemen zij vingerafdrukken. Echte metingen bestaan immers maar sinds 2004, en een periode van twintig jaar is niet lang genoeg om een duidelijke trend te zien, zeker omdat de sterkte van de AMOC ook jaarlijks verschilt. Ze ontdekten dat vooral de toename in variantie en autocorrelatie voorspelt of en wanneer het systeem gaat stilvallen. Wat betekent dat? Als je naar de curve kijkt die de sterkte van AMOC weergeeft, zie je steeds grotere jaarlijkse schommelingen, die lijn gaat steeds sterker op en neer. Dat is de variantie. Ook blijken de waarden van het huidige jaar steeds meer voorspeld te worden door de vorige jaren, de vertraging lijkt zelfversterkend. Dat is de autocorrelatie.

Uit hun statistische analyse van deze beide factoren blijkt dat de AMOC rond het midden van de eeuw zal ineenstorten, met een foutenmarge – het zogeheten betrouwbaarheidsinterval – van 2025 tot 2095. Sinds 2020 zijn er, volgens de Duitse klimaatwetenschapper Stefan Rahmstorf op de blog RealClimate, een drietal publicaties geweest die een nabije instorting van de AMOC voorspelden. Dat het IPCC een latere stilstand voorspelt, ligt volgens de Deense auteurs én volgens de blog aan de modellen die het panel gebruikt. Die modellen schatten de AMOC mogelijk te stabiel in. Ze houden te weinig rekening met de vorming van diep zeewater, de hoeveelheid zout in het zeewater en het afsmelten van zee-ijs, klinkt het.

De Deense onderzoekers waren naar eigen zeggen een beetje overdonderd door de mediabelangstelling voor hun publicatie. Daarom stuurden ze via sociale media nog een bericht de wereld in ter verduidelijking. Ze schreven dat ze het hoogst onwaarschijnlijk vinden dat de AMOC al in 2025 zou instorten – dat jaar ligt namelijk op de uiterste grens van de waarschijnlijkheid. Voor hun voorspellingen gingen ze uit van een scenario waarin de CO₂-uitstoot constant (en dus hoog) blijft. Als we stoppen met broeikasgassen uitstoten, is de instorting dus te vermijden. 

Ze leggen uit dat ook bij hun berekeningen flink wat onzekerheid komt kijken. ‘De AMOC wordt alleen de laatste twintig jaar rechtstreeks gemonitord […]. Onze voorspellingen zijn gebaseerd op historische gegevens van de afgelopen 150 jaar. Deze gegevens zijn niet ideaal, ze vormen wat wij een vingerafdruk van de AMOC noemen. De schattingen en betrouwbaarheidsintervallen die we geven zijn dus onzeker, want ze gaan ervan uit dat de (historische, red.) gegevens correct zijn.’ 

Het belang van de AMOC

De AMOC is onderdeel van het wereldwijde circulatiesysteem in de oceanen, de thermohaliene circulatie. ‘Daarbij staat thermo- voor temperatuur en halien voor zout’, zegt Peter Landschützer, onderzoeksdirecteur bij het Vlaams Instituut voor de Zee. ‘In de hele Atlantische Oceaan, ook op het zuidelijk halfrond, stroomt warm water naar het noorden aan het oceaanoppervlak. Dat gaat via de Noord-Braziliaanse stroming naar de Golf van Mexico. Vandaar stroomt het naar de Straat van Florida, langs de kust van de VS. Dit stuk is de Golfstroom. Vervolgens breidt het zich uit naar Europa en dan naar de Noorse Zeeën.’

Het water komt uit de tropen en brengt dus warmte-energie naar Europa. ‘Daardoor is Europa eigenlijk heel mild. Op dezelfde breedtegraad is het aan de overkant van de Atlantische oceaan veel kouder dan bij ons’, vervolgt Landschützer. Naarmate het water afkoelt, wordt het ook zwaarder, en zinkt het. ‘Dat is het thermische deel van het systeem. Het zeewater ontmoet dan de ijsrand van Groenland, de Labradorzee en het noordpoolgebied. Daar bevriest het gedeeltelijk, maar het zout bevriest niet mee, dus het overgebleven water rond de ijsrand is erg zout.’ Zouter water is ook zwaarder, nog een reden waarom het water daar in het noorden helemaal naar beneden zinkt.

Op grote diepte vloeit dat koude, zoute water dan weer naar de Zuidelijke Oceaan en verder, waar het opwarmt en naar het oppervlak stijgt. ‘Daar begint het hele proces van voren af aan’, legt Landschützer uit. ‘Het is de motor die de ventilatie van de oceaan aandrijft.’ 

Zoals al eerder aangehaald: de AMOC zorgt voor relatief milde winters in Europa. Dat kan veranderen als die AMOC-motor stilvalt. ‘Het kan klinken als een paradox in tijden van klimaatopwarming, maar volgens oude studies zouden de winters in West-Europa ongeveer 4 graden kouder worden’, zegt Landschützer. ‘Nieuwe studies voorspellen een nog grotere afkoeling.’

En dat is natuurlijk niet het enige gevolg. ‘De oceaan is een belangrijke opslagplaats voor CO₂. Die wordt opgenomen aan het oppervlak, getransporteerd naar de diepte en daar opgeslagen voor honderden tot duizenden jaren. Er zijn maar twee plaatsen op aarde waar zulke diepe koolstofopslag gebeurt, en één ervan is de noordelijke Atlantische oceaan. Je kan je voorstellen hoeveel meer CO₂ er in de atmosfeer zou blijven als een van de opslagpunten wegvalt.’

Naast een kouder Europa (met alle gevolgen vandien voor ons energieverbruik) en nog meer CO₂ in de atmosfeer (en dus nog een snellere klimaatopwarming) heeft de AMOC nog verdere wereldwijde effecten. De warmte die niet naar Europa getransporteerd wordt, moet ergens heen. Het Zuiden zou warmer kunnen worden, met een verdere destabilisering van de West-Antarctische ijskap en zeespiegelstijgingen tot gevolg.

De effecten op het Amazonewoud zijn nog onduidelijk. Sommige studies spreken van vernatting, andere van verdroging. Dat er effecten zullen zijn, leidt geen twijfel. Een ineenstorting van de AMOC zou ook leiden tot minder boreale bossen in Noord-Europa en Azië, maar tot een toename van de boreale bossen in Noord-Amerika. Daardoor zou op zijn beurt de neerslag toenemen in Noord-Amerika, en zou er een wijdverspreide droogte ontstaan in Europa en Azië.

Uit een analyse van de OESO blijkt al dat West-Afrika wereldwijd de grootste neerslagdaling zal ondervinden bij opwarming van de aarde. Het uitvallen van de AMOC zal de Afrikaanse moesson verstoren en leiden tot nog minder neerslag. Ook de Indiase zomermoesson zou verzwakken, wat zou kunnen leiden tot frequentere droogtes met schadelijke gevolgen voor de rijstoogsten.

Tipping points hebben een cascade-effect

‘Dat is net het probleem met die tipping points, die omslagpunten’, zegt Landschützer. ‘Ze zijn enorm complex.’ Dat maakt dat ze moeilijk te voorspellen zijn – vandaar de middelmatige betrouwbaarheid. ‘Modellen hebben dan ook moeite om de AMOC correct vast te leggen, vanwege al die processen die in elkaar grijpen. Het water moet op de juiste plaats zinken, de stroming en het volumetransport moeten kloppen.’

Maar het maakt die omslagpunten vooral heel gevaarlijk. De gemiddelde wereldwijde opwarming is namelijk maar een deel van het probleem. ‘Klimaatopwarming betekent meer extremen. Het betekent omslagpunten. Het betekent dat de planeet, het klimaatsysteem zoals we dat nu kennen, drastisch, plots en onomkeerbaar kan veranderen.’

Een voorbeeld van zo’n onomkeerbaar omslagpunt is het ontdooien van de permafrost. ‘Zelfs al wordt het opnieuw kouder, methaanhydraatijs zal zich niet direct meer vormen. En als al het Groenlandijs zou ontdooien, betekent een terugkeer naar lagere temperaturen niet dat er meteen weer Groenlandijs wordt gevormd. Hetzelfde geldt voor de AMOC. Als die uitvalt omdat het te warm wordt, en we zouden erin slagen om de temperatuur met 2 graden te verlagen, dan is het niet gezegd dat de AMOC meteen weer opstart. Want je verandert de toestand van het hele systeem.’

Uit de ijsboorkernen kunnen wetenschappers afleiden dat de AMOC tijdens de ijstijden heel plots kon omslaan van een heel actieve periode – zoals we die de voorbije tienduizend jaar kenden – naar een periode waarin hij (bijna) stillag, en weer terug. ‘Theoretisch kan de AMOC na het stilvallen dus ook terugkeren naar de toestand die we nu hebben. Maar hoe lang dat zal duren, en wat die terugkeer zou moeten uitlokken, dat kan ik niet voorspellen. Een ding is zeker: het zal veel langer duren dan de levensduur van een mens.’

Dat het omslagpunt er komt – of dat nu vóór of ná 2100 is – is hoe dan ook rampzalig. Stefan Rahmstorf verwoordt het zo op zijn blog: ‘Ik ben al lang van mening dat ‘zeer onwaarschijnlijk’ –  dat wil zeggen minder dan 10 procent in het gekalibreerde onzekerheidsjargon van het IPCC – helemaal niet geruststellend is voor een risico dat we eigenlijk met 99,9 procent waarschijnlijkheid zouden moeten uitsluiten, gezien de verwoestende gevolgen als de AMOC zou instorten.’ 

Ook Landschützer volgt die redenering: ‘Wat we kunnen leren van deze studie, ongeacht de onzekerheden, is dat dit kantelpunt misschien niet zo ver weg is als we dachten. En we weten wat de mensheid kan doen om dit te voorkomen. We moeten onze samenleving koolstofvrij maken.’

‘We hebben het klimaat al veranderd, we hebben de aarde al meer dan 1 graad opgewarmd. Maar we kunnen nog steeds beperken wat er nog gaat komen. Voor zover we weten, hebben we nog geen enkel tipping point overschreden. Maar zulke klimaatomslagpunten worden waarschijnlijker bij elk beetje opwarming, en we zien ze gevaarlijk dichterbij komen. Laat dat een waarschuwing zijn.’