Heb jij je wel eens afgevraagd waarom het bij ons in Nederland veel warmer is dan in het oosten van Canada? Beide plekken liggen op een vergelijkbare breedtegraad en toch is het verschil in de gemiddelde temperatuur zo’n 20 graden. Gedeeltelijk kun je het verklaren door de wind. Bij ons komt de wind over het algemeen vanuit het westen, net als in Canada. Maar dat betekent dat bij ons de wind in de winter door de zee al een beetje is voorverwarmd, terwijl de wind in Canada over het koude landschap waait en niet opwarmt. Wij hebben dan ook een maritiem klimaat, terwijl Canada een landklimaat heeft.
Maar er is iets wat deze opwarming versterkt. Het zeewater is bij ons ook nog eens warmer dan je gezien de breedtegraad zou verwachten. Dat komt doordat warm zeewater vanuit de tropen richting noordwest Europa stroomt. Daardoor is het zeewater bij ons warmer dan aan de oostkant van Canada.
Transportband
“Aan het zeeoppervlak stroomt het water vanuit de tropen richting Europa. Daar zinkt het naar beneden, waarna het dieper in de oceaan – op een diepte van zo’n twee kilometer – weer terugstroomt richting de tropen”, legt Michiel Baatsen uit. Hij is universitair docent Dynamics Meteorology aan de Universiteit Utrecht. “Deze rondgaande stroming noem je de Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) of de Atlantische Meridionale omwentelingscirculatie. De AMOC kun je vergelijken met een soort transportband.”
Wat veroorzaakt deze rondgaande stroming in de Atlantische Oceaan? “De stroming in de oceaan wordt aangejaagd door luchtstromingen in de atmosfeer. Ter hoogte van de tropen zijn er sterke passaatwinden die in westelijke richting gaan – er waait daar dus een oostenwind. Op onze breedtegraad waait er een meer gematigde westenwind (figuur 2). Daar tussenin ontstaat een subtropische wervel die met de klok mee beweegt”, licht Baatsen toe.
Deze subtropische wervel brengt aan het zeeoppervlak een stroming op gang. Hierbij stroomt warm zeewater uit de tropen een stukje langs de oostelijke kust van de Verenigde Staten waarna het de Atlantische Oceaan oversteekt. Een gedeelte van dit watertransport ken je vast van naam. Dat is de Golfstroom. De Golfstroom is het sterkere gedeelte van deze oppervlaktestroming dat richting het noorden en noordoosten stroomt. De Golfstroom vormt dus een gedeelte van de AMOC.
Drijfveer AMOC
Welk proces houdt de rondgaande stroming van de AMOC in beweging? “Naast de wind is er nog een proces dat een rol speelt”, verklaart Baatsen. “Dat is de verticale stroming die ontstaat door dichtheidsverschillen van het zeewater. In de tropen warmt het zeewater flink op. Hierdoor zet het water uit en wordt het lichter. Maar er verdampt ook veel water, waardoor het zeewater daar extra zout wordt. Met de Golfstroom stroomt dit warme, zoute zeewater richting het noorden van Europa. Onderweg koelt dit zeewater steeds verder af. Dat komt doordat het zeewater zijn warmte geleidelijk overdraagt aan de koude lucht die eroverheen beweegt. Daarom hebben wij ook zo’n mild klimaat met zachte winters”, voegt Baatsen toe.
“Doordat het water afkoelt, zal het zoute zeewater uit de tropen bij aankomst in het noorden van Europa uiteindelijk dezelfde temperatuur hebben als het water in zijn omgeving. Maar omdat daar juist weinig water uit zee verdampt en er veel regen valt, is het water daar veel zoeter. Het water uit de tropen heeft dan wel dezelfde temperatuur, maar het is nog wel zouter dan zijn omgeving. Omdat dit zoutere zeewater een hogere dichtheid heeft, zal dit naar beneden zakken”, legt Baatsen uit. “Maar als er water naar beneden verdwijnt, zal dit aan het oppervlak ook weer worden aangevuld met zeewater. Iets soortgelijks gebeurt ook bij de tropen. Daar wordt door de wind water weggevoerd dat weer wordt aangevuld met kouder water uit de diepzee. Zo zie je dat zowel de bovenstroom als de onderstroom op gang wordt gehouden en het water rond stroomt als een transportband”, vertelt Baatsen enthousiast.
Vroeger en nu
Onderzoek wijst er nu op dat de AMOC steeds langzamer gaat stromen en dus aan het afzwakken is. Als dat doorzet, zou deze stroming zelfs stil kunnen vallen. Dat AMOC varieert in sterkte was vroeger ook zo, omdat de stromingssterkte samenhangt met het heersende klimaat. Maar hoe kom je erachter wat vroeger de temperatuur was in het gebied waar de AMOC stroomde? Dat hebben onderzoekers ontdekt door ijskernen op Groenland te analyseren. Op basis van de verschillende zuurstofisotopen in deze ijskernen konden ze de temperatuurschommelingen achterhalen – dit noem je de Dansgaard-Oeschger cycli. Deze temperatuurschommelingen hebben de AMOC ook in het verleden beïnvloed.
Eigenlijk zou je natuurlijk willen meten of de AMOC ook echt aan het afzwakken is. Maar het direct meten van de stroming is lastig. Er zijn wel wat plekken in de oceaan waar de stroming gemeten wordt, maar dat is maar heel beperkt mogelijk. Toch is er iets waaraan wetenschappers denken te kunnen aflezen dat de AMOC aan het veranderen is. Ze hebben ontdekt dat de temperatuurontwikkeling in een gebied ten zuiden van Groenland – de ‘cold blob’ genoemd – een goede indicatie geeft van hoe de AMOC zich ontwikkelt. Daarom houden wetenschappers dit gebied nu heel goed in de gaten.
“Er zijn sterke aanwijzingen dat het kouder worden van de cold blob erop wijst dat de AMOC in sterkte afneemt. Door klimaatverandering warmen onze polen sterker op dan de tropen. Daardoor valt er meer neerslag op hoge breedtes en smelten de ijskappen sneller. Dat heeft tot gevolg dat het water in het noorden opwarmt en zoeter wordt. Als het warme, zoute water vanuit de tropen is aangekomen in het noorden, zal het zijn afgekoeld tot dezelfde temperatuur als het water in zijn omgeving. Maar door de extra neerslag en het smeltwater zal het dan minder zout zijn. Hierdoor is er geen groot dichtheidsverschil meer met de omgeving, waardoor het effect van naar beneden zakken afzwakt."
"Wat we vrezen is dat we dan op een punt zullen komen – een kantelpunt – dat de circulatie helemaal gaat stilvallen, waardoor de temperatuurverdeling op aarde flink zal veranderen”, zegt Baatsen bezorgd. “En als de AMOC inderdaad stilvalt, dan zal de stroming niet zomaar weer op gang gebracht kunnen worden. Daarom is het belangrijk om onderzoek te doen naar hoe de AMOC zich onder verschillende condities zou kunnen ontwikkelen. Zo kunnen we kijken wat we kunnen doen om niet voorbij dat kantelpunt te komen, waarbij de AMOC helemaal zal instorten.”
Klimaatmodel
“Om te voorspellen hoe de AMOC zou kunnen veranderen, gebruiken we een 3-dimensionaal klimaatmodel”, legt Baatsen uit. “In dit model zijn land, lucht en zeewater en ook de ijskappen meegenomen. In dit model is alles opgeknipt in blokjes, die gridcellen heten. Voor elke gridcel worden alle relevante fysische vergelijkingen opgelost. Dit zijn bijvoorbeeld de Navier Stokes-vergelijkingen die de stroming van het water beschrijven. Maar ook vergelijkingen die energie-uitwisseling en CO2-concentraties beschrijven. Er zijn ook effecten die niet zomaar gevat kunnen worden in formules, bijvoorbeeld wolkenvorming. Deze eigenschappen zijn in het model geparametriseerd. Er wordt dan een waarde voor aangenomen op basis van de omstandigheden. Met dit klimaatmodel kunnen we dan simuleren hoe de AMOC zich gedraagt.”
“We hebben met het klimaatmodel onderzocht hoe de AMOC zich gedraagt bij verschillende klimaatscenario’s”, legt Baatsen uit. “Het eerste scenario dat we bekeken hebben – een nogal pessimistisch scenario – is dat waarbij er geen maatregelen worden genomen en de wereld broeikasgassen zoals CO2 blijft uitstoten in het huidige tempo (rode lijn in figuur 5). Dit is het scenario RCP8.5 – Representative Concentration Pathways dat wordt beschreven in het IPCC-rapport. Daarnaast hebben we een scenario bekeken – RCP4.5 – waarbij er wel maatregelen getroffen worden om de broeikasgasconcentraties te beperken (blauwe lijn in figuur 5). Op dit moment gaan we ervan uit dat dit het meest waarschijnlijke scenario is. De gemiddelde temperatuur op aarde zal dan in het jaar 2100 ongeveer 3°C hoger liggen dan in het pre-industriële tijdperk (1850-1900).”
In figuur 5 zie je dat met het klimaatmodel berekeningen zijn gemaakt van de sterkte van de watercirculatie van de AMOC. Deze sterkte zie je staan op de y-as. De eenheid van het volumetransport waarmee gerekend is, is sverdrup, afgekort Sv – dit is geen SI-eenheid en je moet dit niet verwarren met Sievert, de eenheid voor equivalente dosis ioniserende straling, die ook de afkorting Sv heeft. Baatsen legt uit: “Eén Sv betekent dat er elke seconde een miljoen kubieke meter water noordwaarts beweegt bovenin én zuidwaarts onderin. De stroomsnelheden zijn daarbij best klein. Het gaat om een verplaatsing van centimeters per seconde. Maar omdat de oceaan zo groot is, gaat het dan alsnog over enorme hoeveelheden water”, benadrukt Baatsen.
Zoals je ziet in figuur 5 zijn er meerdere situaties doorgerekend. In het linker figuur, zie je hoe de stroming verandert als je alleen kijkt naar de temperatuurstijging in de atmosfeer. De rode lijn geeft aan wat er gebeurt wanneer de uitstoot van broeikasgassen niet wordt geremd. De blauwe lijn is de situatie waarbij de uitstoot van broeikasgassen wordt verlaagd. In het rechter figuur zie je wat er gebeurt als we naast temperatuurstijging in de atmosfeer ook het extra smeltwater van ijskappen meenemen in het scenario. In dat geval zal bij beide doorgerekende scenario’s de AMOC stilvallen – bij het ene scenario alleen iets sneller dan bij het andere.
Elfstedentocht?
Welk effect zou het op Nederland hebben als de AMOC zou stilvallen? “Het water van de oceaan zal dan in de winter veel kouder zijn. Daardoor is het verzachtende effect dat we nu kennen minder en is het in de winter een stuk kouder. Ook noordelijker zal het flink kouder worden, waardoor het zee-ijs weer veel verder naar het zuiden kan komen te liggen. Als de wind in de winter dan uit het noorden komt, kan er een koude periode zijn waarin zelfs de Elfstedentocht weer zou kunnen plaatsvinden”, legt Baatsen uit. “Maar ondanks dat het in de winter dan kouder wordt, zal het in de zomer nog steeds wel warmer en droger zijn.”
“Als de AMOC stilvalt, zal de warmte dus anders verdeeld zijn. De warmte blijft meer in de tropen en in het zuidelijk halfrond hangen, omdat de AMOC niet alleen warmte van de tropen naar de polen transporteert, maar ook van zuid naar noord”, legt Baatsen uit. “Het zal op het zuidelijk halfrond natter worden en op het noordelijk halfrond juist droger. Ook zal de zeespiegel in de Atlantische Oceaan een halve meter tot een meter stijgen.”
Instorting AMOC
Wanneer zou de AMOC dan in kunnen storten? “Met het model dat we nu gebruikt hebben, zou de AMOC - als we niets doen - rond het jaar 2055 stil kunnen vallen (rode lijn in figuur 7). Gaan we wel voortvarend aan de slag met het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen (blauwe lijn in figuur 7) dan zou dit punt later in de tijd kunnen liggen. Je ziet in deze grafiek dat de lijn ook nog wat op en neer gaat, wat aangeeft dat het nog onzeker is wat er precies gebeurt.”
Het klimaatmodel dat gebruikt is voor deze berekeningen is een vereenvoudiging van de werkelijkheid. Je kunt daarom niet met zekerheid zeggen dat de AMOC zich zal gedragen zoals het model voorspelt. Baatsen voegt toe: “In april 2026 is er een studie gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science Advances die de verandering van de AMOC ook op basis van een grote set modellen heeft berekend. Ook daaruit kwam naar voren dat de AMOC zeer waarschijnlijk in 2100 flink verzwakt is. We kunnen dus met vrij grote zekerheid stellen dat deze stroming aan het afzwakken is en dat klimaatverandering hierbij een belangrijke rol speelt. Daarom blijft verder onderzoek naar de verandering van de AMOC, de gevolgen hiervan en naar het tegengaan van klimaatverandering superbelangrijk!”
