Home

De ijskap als klimaatarchief

De koude en droge condities van het Antarctisch plateau zijn ideaal voor klimaatreconstructies door middel van diepe ijskernen.

De ijskap van Antarctica is, net als alle andere gletsjers op aarde, gevormd doordat elk jaar een laagje sneeuw achterblijft dat in de zomer niet smelt. Als het gewicht van de sneeuwlaag groot genoeg is geworden - voor droge sneeuw moet de laag 70-100 m dik zijn - dan worden door de enorme druk van het bovenliggende sneeuwpakket de luchtkanaaltjes tussen de sneeuwkristallen afgesloten. Dit is het moment dat gletsjerijs is ontstaan met een dichtheid van ongeveer 900 kg per kubieke meter.

De aldus ontstane luchtbelletjes bevatten lucht met een samenstelling die gelijk is aan die van de atmosfeer ten tijde van de afsluiting. Door de geringe hoeveelheid neerslag die valt en de kilometersdikke ijskap duurt het op Antarctica honderdduizenden jaren voordat deze luchtbelletjes de onderkant van de ijskap hebben bereikt. Door nu een ijskern te boren tot de bodem van de ijskap en de luchtbelletjes in het ijs te analyseren kan de samenstelling van de atmosfeer tot enkele honderdduizenden jaren terug worden gereconstrueerd.

Reconstructie van glaciale cycli

Met deze spectaculaire wetenschap kan men tot in detail het verloop van glaciale cycli op aarde reconstrueren, zoals deze grafiek laat zien.

Het ritme van de ijstijden is prachtig te zien, met elke 100.000 jaar een abrupte overgang naar een korte interglaciale periode die gemiddeld zo'n 10.000 jaar duurt. Duidelijk zichtbaar is dat op het hoogtepunt van het laatste glaciale tijdperk, ongeveer 20.000 jaar geleden, de CO2-concentratie bijna 100 ppmv (parts per million per volume) lager lag dan de preÔndustriŽle waarde. (CO2 = kooldioxide, een belangrijk broeikasgas waarvan de concentratie in de aardse atmosfeer overal ongeveer hetzelfde is).

Uit de eigenschappen van het ijs, met name het voorkomen van bepaalde isotopen, kan ook een temperatuurreconstructie worden gemaakt:

Volgens deze reconstructie was het tijdens het laatste glaciale maximum 20.000 jaar geleden op Antarctica zo'n 8 graden kouder dan nu.

Het is duidelijk dat het klimaat de laatste 10.000 jaar uitzonderlijk stabiel is geweest, en dat het huidige interglaciaal al langer duurt dan veel van zijn voorgangers. Het is waarschijnlijk dat het volgende glaciaal geen duizenden jaren meer op zich zal laten wachten, maar niemand kan voorspellen of de nieuwe ijstijd zal aanbreken en zoja, wanneer. Merk ook op hoe synchroon de temperatuur en CO2-signalen lopen. In werkelijkheid is er een klein tijdsverschil, maar het is nog onduidelijk of temperatuur CO2 forceert of juist andersom.

Ook de invloed van de mens op ons klimaat kan met ijskernen uitstekend worden bestudeerd. Tijdens een overgang glaciaal-interglaciaal neemt de CO2-concentratie met ongeveer 80 tot†100 ppmv toe in enkele duizenden jaren (onder, bovenste grafiek):

Zoomen we nog eens in op de afgelopen 1000 jaar (herleid van een ijskern die aan de kust van Antarctica is geboord, Law Dome) dan zien we een tamelijk constante preÔndustriŽle CO2-waarde van ongeveer 280 ppmv (onderste grafiek).

Echter, door de verbranding van fossiele brandstoffen (kolen, olie, gas) is in de laatste twee eeuwen de atmosferische CO2-concentratie op aarde met 80 ppmv gestegen, bijna 30%! Weliswaar zijn er perioden in het geologisch verleden geweest waarin de CO2-concentraties in de aardse atmosfeer nog hoger waren, maar de snelheid van de recente stijging is ongekend in de geologische geschiedenis. IJskernen hebben een belangrijke rol gespeeld in het overtuigen van broeikas-sceptici. De boodschap van†de grafieken†is dan ook klinkklaar: de mensheid is bezig met een experiment van globale omvang waarvan de uitkomst onzeker is.

Het nauwkeurig kunnen dateren van een ijskern is cruciaal om de grafieken te kunnen voorzien van een tijdschaal op de horizontale as. Vulkaanuitbarstingen uit het verleden helpen ons hierbij. Bij zeer krachtige vulkaanuitbarstingen wordt materiaal afkomstig uit de aardkorst tot 10 tot 50 km hoogte in de stratosfeer geÔnjecteerd, waar het kan worden getransporteerd over zeer grote afstanden, zelfs tot boven Antarctica. Daar komt het vulkanisch materiaal in de sneeuw terecht en verandert het de elektrische eigenschappen van het ijs: de elektrische geleiding gemeten langs een ijskern laat op die plekken pieken zien; met behulp van historische geschriften kunnen de juiste vulkanen worden geÔdentificeerd en de ijskern nauwkeurig gedateerd.

IMAU boorinstallatie waarmee middeldiepe kernen worden geboord (tot 200 meter). Rechtsboven apparatuur om elektrische eigenschappen van de ijskern te meten. Dit wordt gedaan in een minilaboratorium dat in de sneeuw is uitgegraven, om de temperatuur tijdens analyse zo constant mogelijk te houden. Grafiek toont di-electrisch profiel (DEP) van een 115 m lange ijskern geboord op Antarctica. Pieken corresponderen met vulkaanuitbarstingen. GeÔdentificeerde vulkaanuitbarstingen worden vermeld met jaartal. Unknown: men weet dat er een uitbarsting is geweest (uit oude geschriften), maar niet precies welke vulkaan.

Europeanen boren langste aaneengesloten klimaatreeks in ijs van Antarctica
Tien Europese landen, inclusief Nederland, hebben in 1996 een groot internationaal samenwerkingsverband opgezet (European Project for Ice Coring in Antarctica, EPICA) om op Antarctica twee diepe ijskernen te boren, ťťn op Dome C en ťťn in Dronning Maud Land. In het seizoen 2002-2003 werd op Dome C een diepte bereikt van 3200 meter. Het ijs is hier waarschijnlijk 760.000 jaar oud, de oudste ijschronologie die ooit is geboord, en bijna twee keer zo oud als de vorige langste tijdreeks van Vostok, die 420.000 jaar beslaat (zie figuur 6). EPICA is een groot wetenschappelijk succes. Inmiddels zijn beide kernen geboord, en zijn resultaten gepubliceerd in meer dan 200 wetenschappelijke artikelen.


Auteur: dr. Michiel van den Broeke (Instituut voor Marien en Atmosferisch onderzoek,†Universiteit Utrecht)