Hoe komt het dat de zeespiegel stijgt?

Hieronder beschrijf ik de fysische processen die bijdragen aan de stijgende zeespiegel, zowel mondiaal als regionaal. Hierbij ligt de nadruk op de hedendaagse zeespiegelstijging.

#ijskappen #Zeespiegelstijging

In het kort

De mondiale zeespiegel kan op twee manieren stijgen of dalen: er kan meer of minder water in de oceaan komen en het zeewater kan uitzetten of inkrimpen. De belangrijkste factoren voor de mondiale zeespiegelstijging zijn het massaverlies van gletsjers en de Groenlandse en Antarctische ijskappen, waardoor de hoeveelheid water in zee toeneemt; en de opwarming van het zeewater, waardoor zeewater uitzet en de zeespiegel stijgt. Deze processen zijn terug te leiden tot het opwarmende klimaat door broeikasuitstoot.

Op basis van onder andere satellietmetingen kunnen we de bijdrage van de verschillende processen aan de mondiale zeespiegelstijging van 3 a 4 millimeter per jaar bepalen. Dominant zijn de opwarming van het zeewater en massaverlies van gletsjers en de Groenlandse ijskap. Hoewel de ijskappen in de afgelopen eeuw weinig hebben bijgedragen, domineren ze de huidige gemeten versnelling in de zeespiegelstijging. Naar verwachting zullen zij een steeds grotere rol spelen in de toekomstige zeespiegelstijging.

Mondiale zeespiegelstijging is niet 1-op-1 te vertalen naar de kust. Een veelvoud van processen zorgen voor een versterkte of verminderde zeespiegelstijging. Zo wordt het zwaartekrachtsveld op aarde beïnvloed door ijsmassa's en de krimp daarvan. Dit leidt tot een zeespiegeldaling dichtbij de ijsmassa en een versterkte stijging ver weg. Daarnaast worden de huidige gemeten regionale verschillen in zeespiegelstijging gedomineerd door regionale verschillen in opwarming en veranderingen in zeestromen. Tenslotte kan verticale landbeweging bijdragen aan een relatieve zeespiegelstijging of -daling.

In detail

Het lijkt een van de meest logische gevolgen van klimaatverandering: zeespiegelstijging. Het poolijs smelt, dus stijgt de zeespiegel, toch? Dit klopt voor een deel, maar het verhaal is - zoals zo vaak - een stuk complexer (zie Figuur 1).

70 -1.jpg

De fysische basis

De zeespiegel stijgt wanneer er meer water in de zee terechtkomt, dit noemen we een toename in 'oceaanmassa'. Dit komt met name doordat gletsjers en de ijskappen op Groenland en Antarctica massa verliezen. Hierbij is het belangrijk om te vermelden dat dit alleen gebeurt wanneer het ijs voorheen op land lag. Wanneer drijvend ijs smelt, zoals zee-ijs, ijsbergen, en ijsplaten, verandert de zeespiegel nauwelijks (dit kun je zelf testen door een ijsblokje in een glas water te leggen: alleen wanneer het ijs in het water komt stijgt het waterniveau, het smelten heeft hier geen invloed op). IJs dat op land opgeslagen is draagt wel degelijk bij aan zeespiegelstijging. Wanneer er meer ijs afsmelt of afkalft dan er door sneeuwval bij komt, krimpt de ijsmassa.

De stijging van de zeespiegel door verlies van ijsmassa is ongelijk verdeeld. IJskappen hebben een invloed op het zwaartekrachtsveld op aarde en trekken oceaanmassa aan. Dit is vergelijkbaar met de aantrekkingskracht door de zon en de maan, wat voor getijden zorgt. Oceaanwater wordt dus naar de ijskappen en gletsjers toegetrokken, en de regionale zeespiegel dichtbij die ijsmassa's is daarom extra hoog. Wanneer de ijsmassa's krimpen, verzwakt ook die aantrekkingskracht. Hierdoor zakt de zeespiegel dichtbij de ijsmassa en stijgt de zeespiegel extra sterk in regio's verder weg. Naast een verandering in het zwaartekrachtsveld heeft massaverlies van ijs ook invloed op de rotatie en deformatie van de aarde. Al met al geldt de verrassende regel: hoe verder weg je woont van een ijsmassa, hoe groter de zeespiegelstijging wanneer die ijsmassa krimpt. Nederland moet zich daarom meer zorgen maken om massaverlies van de Antarctische ijskap dan dat van de Groenlandse. Wanneer de Antarctische ijskap de mondiale zeespiegelstijging met 1 meter doet stijgen, zal de zeespiegel aan de Nederlandse kust met ongeveer 1m à 1.20m stijgen. Wanneer de Groenlandse ijskap evenveel massa verliest, stijgt de Nederlandse zeespiegel met maar 0 à 20cm.

Behalve de oceaanmassa is ook de oceaandichtheid van belang. Wanneer de dichtheid van zeewater verandert, zal het water uitzetten of inklinken. Hetzelfde gebeurt met de vloeistof in een ouderwetse thermometer: wanneer het warmer wordt zet de vloeistof uit, waardoor het vloeistofniveau stijgt. De dichtheid van zeewater wordt bepaald door de temperatuur en het zoutgehalte. Wanneer zeewater warmer en/of zoeter wordt, daalt de dichtheid, zet het zeewater uit, en stijgt de zeespiegel. Mondiaal heeft vrijwel alleen de temperatuur hier invloed op. Regionaal spelen zowel temperatuur als zoutgehalte een belangrijke rol. Daarom kan de regionale zeespiegel dus wel iets stijgen wanner drijvend ijs smelt: niet doordat er meer oceaanmassa bij komt, maar omdat het zeewater minder zout wordt. Behalve temperatuur en zoutgehalte hebben ook zeestromen een belangrijke invloed op de regionale zeespiegel. Veranderingen in de sterkte of positie van deze stromen, bijvoorbeeld door veranderingen in windpatronen, kunnen de zeespiegel regionaal sterk doen stijgen of dalen.

Behalve de ijsmassa's, de oceaandichtheid, en de zeestromen, zijn er nog een aantal belangrijke processen die de zeespiegel beïnvloeden. Wateropslag op land heeft een invloed op de oceaanmassa. Door grondwateronttrekking voor drinkwater en irrigatie wordt letterlijk water naar de zee gedragen. In tegengestelde richting levert het bouwen van dammen een bijdrage aan zeespiegeldaling. Ook voor veranderingen in wateropslag gelden dezelfde regels voor zwaartekracht, rotatie, en deformatie. Hierdoor is de zeespiegelbijdrage wederom ongelijk verdeeld. Tenslotte is er nog de verticale landbeweging. Wanneer je aan de kust woont maakt het weinig uit of de zeespiegel stijgt of het land daalt: de zogeheten relatieve zeespiegelstijging is hetzelfde. Gedurende de laatste ijstijd is de aardkorst ingedeukt op plaatsen waar grote ijsmassa's lagen, en op andere plaatsen is die in mindere maten uitgedeukt. Dit is nog steeds aan het herstellen, wat met name voor een sterke opwaartse landbeweging zorgt in gebieden als Canada en Scandinavië. Hoewel de zeespiegel ook daar stijgt, stijgt het land sneller, waardoor de relatieve zeespiegel daalt.

Wat meten we?

Nu we een overzicht hebben van alle processen die bijdragen aan zeespiegelstijging rijst de vraag: hoeveel draagt elk proces bij? En hoe snel stijgt de zeespiegel eigenlijk? Sinds 1993 kunnen we die meten met behulp van satellieten en stijgt de zeespiegel met 3.4 millimeter per jaar (Figuur 2). Deze snelheid is licht toegenomen en ligt momenteel dichter bij 4 millimeter per jaar.

70 -2.png

Door middel van verschillende metingen kunnen we inschatten hoeveel de verschillende processen bijdragen aan deze zeespiegelstijging. Ongeveer de helft komt door opwarming en uitzetting van de oceaan. Gletsjers, zoals in Rusland, Noord Canada, Spitsbergen en Alaska, veroorzaken gezamenlijk ongeveer 20%. Ook de Groenlandse ijskap is verantwoordelijk voor ongeveer 20%. De overige grofweg 10% komt op het conto van de Antarctische ijskap en de afname in wateropslag.

De zeespiegelstijging tussen 1900 en 2000 kan voor het grootste deel verklaard worden door opwarming en het krimpen van gletsjers. Deze processen reageren sneller op klimaatverandering dan de ijskappen die pas recent in beweging zijn gekomen. Sinds 1993 blijken de ijskappen wel degelijk gevoelig te zijn voor klimaatverandering en veroorzaken samen ongeveer een kwart van de mondiale zeespiegelstijging over deze periode. Wanneer we kijken naar de versnelling in de zeespiegelstijging, wordt deze voor maar liefst driekwart veroorzaakt door de ijskappen. Met name de Antarctische ijskap lijkt de afgelopen tientallen jaren versneld massa te verliezen. Verwacht wordt dat beide ijskappen in de toekomst een steeds grotere bijdrage zullen leveren aan zeespiegelstijging.

Zoals hierboven beschreven is zeespiegelstijging een regionale kwestie. Ook de regionale zeespiegelstijging kan gemeten worden met satellieten, wat te zien is in Figuur 3. De grote verschillen tussen bijvoorbeeld de westelijke en oostelijke Stille Oceaan worden met name veroorzaakt door verschillen in opwarming, en daarmee de regionale uitzetting van het zeewater. Dichtbij ijsmassa's, bijvoorbeeld bij Oost-Groenland, is de zeespiegeldaling te zien. Tenslotte zijn er ook kleinschalige patronen in de Noord-Atlantische, Noord-Stille en Zuidelijke Oceanen die samenhangen met veranderingen in zeestromen. Ondanks deze grote regionale verschillen zien we langs grote delen van de mondiale kustlijn een zeespiegelstijging die vergelijkbaar is met het mondiaal gemiddelde: zo'n 3 a 4 millimeter per jaar.

70 - 3.png

Hoe kwam dit artikel tot stand?

Dit antwoord is geschreven door Erwin Lambert.

Reviewer: Bert Wouters

Redacteur: Sven Borghart

[1] Climate-change–driven accelerated sea-level rise detected in the altimeter era - Nerem et al. (2018) https://doi.org/10.1073/pnas.1717312115

[2] IPCC, Special Report on Oceans and Cryosphere in a Changing Climate, Hoofdstuk 4 https://www.ipcc.ch/srocc/

[3] Satelliet-metingen: AVISO https://www.aviso.altimetry.fr/data/products/ocean-indicators-products/mean-sea-level.html