01.05.04

De verijzing van het zevende continent

Door: Dick van der Wateren & Anja Verbers

Verreweg de grootste ijskappen op aarde liggen op Antarctica. Dit continent ligt al heel lang op de zuidpool, maar is niet altijd met ijs bedekt geweest. Hoe zijn de ijskappen op Antarctica ontstaan? Hoe groot is de kans dat ze smelten en wat zouden daarvan de gevolgen zijn?

Met een oppervlakte van zo’n 14 miljoen vierkante kilometer is Antarctica zo’n 40 procent groter dan Europa en ruim 330 keer zo groot als Nederland. Bijna 99 procent van het continent is bedekt met ijs. Alleen de toppen van het Transarctisch Gebergte en de bergketens van het Antarctisch Schiereiland dat naar het zuidpuntje van Zuid-Amerika reikt, zijn ijsvrij. Gemiddeld is de ijskap 2 kilometer dik met uitschieters tot 4,8 kilometer. De ijskap bevat zo’n 25 miljoen kubieke kilometer ijs, wat neerkomt op ongeveer 90 procent van al het ijs op aarde. In de Antarctische ijskappen bevindt zich bijna 70 procent van al het zoete water. De Antarctische ijskap bestaat uit twee ijskappen: de Oost-Antarctische IJskap is de oudste en met een volume van circa 22 miljoen kubieke kilometer verreweg de grootste; de West-Antarctische is veel jonger en met 3 miljoen kubieke kilometer veel kleiner.

Thermische isolatie
Antarctica is niet altijd met ijs bedekt geweest. Het lag al min of meer op zijn huidige positie op de zuidpool voordat er sprake was van ook maar een begin van ijsbedekking. Louter de ligging op de zuidpool is dus niet de oorzaak van het ontstaan van de immense ijskappen. Welke factoren zijn dan wel verantwoordelijk voor de verijzing van dit continent?
Tijdens het Mesozoïcum, tot 155 miljoen jaar geleden, vormde Antarctica samen met Zuid-Amerika, Afrika, India en Australië nog één geheel: het supercontinent Gondwana, de zuidelijke helft van het oercontinent Pangaea. Antarctica behoorde tot de kern van Gondwana en lag ook toen al in de buurt van de zuidpool. De zeestromen en de luchtcirculatie zorgden er destijds voor dat de warmte van de lagere breedten ook Antarctica kon bereiken.
Vanaf het Midden-Krijt (ongeveer 100 miljoen jaar geleden) nam het CO2-gehalte in de atmosfeer af en begonnen de temperaturen wereldwijd te dalen. Het klimaat op Antarctica bleef echter ook in die tijd nog te warm voor de vorming van ijskappen. Dat veranderde toen Gondwana uit elkaar begon te vallen en Zuid- Amerika, Afrika, India en Australië naar het noorden dreven, weg van Antarctica, dat daardoor steeds geïsoleerder kwam liggen en verder afkoelde.
Zo’n 125 miljoen jaar geleden begonnen zich rond het continent oceanen te vormen die Antarctica ongeveer 80 miljoen jaar geleden bijna geheel omringden. Alleen het Antarctisch Schiereiland zat nog vast aan Zuid-Amerika. Deze landbrug verhinderde de vorming van een zeestroom die het continent geheel omringde. Nog steeds kon er een aanzienlijk transport van warmte van lagere naar hogere breedte plaatsvinden. Toen zo’n 35 miljoen jaar geleden ook de verbinding met Zuid- Amerika verbroken werd door het ontstaan van de Straat van Drake, raakte Antarctica in een volledig thermisch isolement en breidde het ijs zich steeds verder uit over het continent.

Twee ijskappen
De vorming van ijskappen is begonnen op Oost-Antarctica. Recente diepe boringen in de Rosszee hebben aangetoond dat zich daar 34 miljoen jaar geleden al een volgroeide ijskap bevond. Oost-Antarctica lag hoger dan West-Antarctica waardoor het daar kouder was. Een andere belangrijke factor is de opheffing van het Transantarctisch Gebergte, zo’n 50 miljoen jaar geleden, langs het West-Antarctisch Riftsysteem (WARS). Hier zijn waarschijnlijk de eerste gletsjers ontstaan die samenvloeiden met lokale ijskappen en steeds verder uitdijden.
De West-Antarctische IJskap is pas veel later ontstaan, zo’n 9 miljoen jaar geleden. Factoren die daarbij een rol spelen zijn de lagere ligging (grote delen liggen onder of net boven de zeespiegel) en de warmere ondergrond vanwege een dunnere lithosfeer en vulkanisme. Door de uitbreiding van beide ijskappen zijn deze ten slotte aan elkaar vastgegroeid en raakte nagenoeg het hele continent permanent bedekt met ijs.
Nog steeds is Antarctica thermisch volledig geïsoleerd van de rest van de wereld. Als je erheen vaart passeer je een messcherpe grens van hooguit honderd meter breed tussen het warme water van de Stille Oceaan en het koude water van de Zuidelijke Oceaan. Van het rustige diepblauwe water kom je van het ene moment op het andere terecht in een grijsgroene ruwe zee. Er staat een zware deining en de luchttemperatuur daalt in deze overgangszone ineens sterk. Hier bevindt zich het Antarctisch Front, waarlangs als een enorme rivier de Circum-Antarctische Stroom of Westenwinddrift het continent omcirkelt. Deze zeestroom verhindert dat de warmte van de lagere breedtegraden Antarctica bereikt, en zo duurt het thermisch isolement voort.

Debat
Als de enorme ijsmassa’s op Antarctica zouden smelten, zou de zeespiegel wereldwijd met 60 meter stijgen. Voor de huidige discussies over klimaatverandering en zeespiegelstijging is het daarom van belang te weten hoe stabiel de ijskappen op Antarctica zijn. Sterke maar ook kleine fluctuaties in de ijskappen kunnen wereldwijd grote invloed hebben. Inzicht in het gedrag van de ijskappen in het geologische verleden kan een fundament vormen voor betrouwbare voorspellingen over het toekomstige gedrag van de immense ijsmassa’s op Antarctica.
Er zijn sterke aanwijzingen dat de Oost-Antarctische IJskap tussen 34 en 15 miljoen jaar geleden sterke fluctuaties vertoonde. Meermaals heeft de rand van het ijs de rand van het continentale plat bereikt dat door de afzetting van enorme hoeveelheden sediment gestaag groeide. Door verwering en erosie zijn er kilometers dikke gesteentepakketten verwijderd en in zee gedeponeerd. De verwijdering van de pakketten werd gecompenseerd door de opwaartse beweging van de lithosfeer, zoals een kurk in het water omhoogkomt wanneer er aan de bovenkant stukjes worden afgesneden (isostasie). Over het gedrag van de Oost-Antarctische IJskap in de afgelopen 15 miljoen jaar vindt al meer dan tien jaar een verhit debat plaats. Volgens de ene groep wetenschappers vertoont de ijskap stabiel gedrag en weinig fluctuaties in volume, volgens de andere dynamisch gedrag en veel fluctuaties.
De eerste groep wetenschappers wordt aangevoerd door George Denton van de Universiteit van Maine, en David Sugden van de Universiteit van Edinburgh. Denton, die onderzoek doet in het grootste ijsvrije gebied van Antarctica (de Dry Valleys in Zuid-Victoria Land) denkt aanwijzingen te hebben dat de landschappen daar de afgelopen 10 tot 15 miljoen jaar geen noemenswaardige veranderingen hebben ondergaan. Sugden heeft vulkanische aslagen op ijsvrije berghellingen en dalbodems gedateerd en ziet daarin sterke aanwijzingen voor een zeer hoge ouderdom van landschappen en een langdurig extreem droog en polair klimaat. Volgens de andere groep wetenschappers onder leiding van Peter Webb van de Universiteit van Ohio, en David Harwood van de Universiteit van Nebraska zouden delen van Oost-Antarctica zelfs in ondiepe binnenzeeën veranderd zijn. Pas de laatste 2 miljoen jaar is de Oost-Antarctische IJskap volgens hen stabiel met slechts kleine uitbreidingen tijdens de glaciale perioden van het Pleistoceen.
Zeer oude landschapsvormen zouden erop kunnen duiden dat gebieden sindsdien niet met ijs bedekt zijn geweest. Zelf hebben we in 1999 de ouderdom vastgesteld van een aantal erosieoppervlakken. De oudste plateaus in Noord Victoria Land bleken tot 11,2 miljoen jaar geleden nog met ijs bedekt te zijn geweest. Een vergelijkbaar plateau 700 kilometer naar het zuiden kwam pas 3,8 miljoen jaar geleden onder het ijs vandaan.
Wij denken dat de grote verschillen in landschapsouderdom te verklaren zijn door de grote verschillen in tektonische bewegingen. Het Transantarctisch Gebergte vormt de rand van een van de grootste riften op aarde dat zich over duizenden kilometers uitstrekt tussen de Rosszee en de Weddellzee. In die zone vindt horizontale uitrekking plaats, verdunning van de lithosfeer, opheffing van flanken en daling van sedimentaire bekkens. Het gebergte wordt door breuken in twintig blokken verdeeld. Langs de breuken doen zich nog steeds tektonische bewegingen voor.
Zij zouden kunnen verklaren waarom er in het ene gebied landschappen voorkomen die al miljoenen jaren niet bedekt geweest zijn met ijs, terwijl in een ander gebied landschappen voortdurend door uitbreidingen van de ijskap worden overreden en verjongd. Doorslaggevende argumenten voor de ene of de andere theorie zullen moeten komen van boringen in de kilometers dikke sedimentpakketten. Die geven een veel completer beeld van de geschiedenis van de ijsontwikkeling op het continent dan de spaarzame ontsluitingen op het land.
Speciale aandacht is er nodig voor het gedrag van de West-Antarctische IJskap, die via zes snelle ijsstromen in de Rosszee uitvloeit. Deze ijskap is weliswaar relatief klein, maar doordat hij grotendeels drijft op zeewater is hij veel minder stabiel dan zijn grote broer. Bij het volledig afsmelten van deze ijskap zou de zeespiegel wereldwijd vijf meter stijgen met grote gevolgen voor laaggelegen kustgebieden als Nederland. Het afsmelten van het ijs en de stijging van de zeespiegel versterken elkaar hier omdat een stijgende zeespiegel door de opwaartse druk het afkalven van deze ijskap weer bevordert. Naarmate de ijskap sneller smelt, stijgt de zeespiegel sneller, en naarmate de zeespiegel sneller stijgt, smelt de ijskap sneller. Daarom wordt er momenteel zo veel onderzoek gedaan naar het gedrag van deze ijskap. •

Kader: IJsrivieren
Door de zwaartekracht stroomt het gletsjerijs langzaam naar beneden. Dat gebeurt niet overal in hetzelfde tempo. Op sommige plaatsen ligt het ijs vrijwel stil, terwijl ijsrivieren snelheden bereiken van soms wel anderhalve kilometer per jaar. De op een na grootste gletsjer van Antarctica is de Byrd-gletsjer die de Oost- Antarctische ijskap verbindt met het Ross-ijsplateau, en daarbij een hoogteverschil overbrugt van 3000 meter. Waar de 70 tot 100 meter dikke sneeuwlaag verdwenen is door katabatische winden en verdamping, en het gletsjerijs aan de oppervlakte komt, ontstaat zogenoemd blauw ijs.
Waar de gletsjers de zee bereiken, kunnen ijsplateaus ontstaan. Het zijn drijvende verlengstukken van de gletsjer. De Ross- en Ronne-ijsplateaus zijn met een oppervlakte gelijk aan Frankrijk de grootste. De ijsplateaus zijn bijna volkomen vlak. Waar de gletsjer de zee bereikt zijn ze zo’n 1000 meter dik; waar ze grenzen aan open water zijn ze 200 meter dik. Daar nemen ze de vorm aan van een zich eindeloos uitstrekkende, loodrecht uit zee oprijzende ijsmuur. De Brit Ross zeilde er in 1841 200 mijl langs zonder er een opening in te vinden en noemde deze The Great Ice Barrier.
Door de continue aanvoer van ijs strekken de ijsplateaus zich ver uit in de zee. Door de werking van golven en getijden breken er regelmatig enorme stukken af van soms wel 10.000 vierkante kilometer. Deze vallen vervolgens uiteen in de voor het zuidpoolgebied kenmerkende tafelijsbergen. Zij worden meegevoerd door winden en zeestromingen, en leggen daarbij duizenden kilometers af. Door de inwerking van weer en wind verliezen ze hun karakteristieke platte bovenkant en worden ze steeds grilliger van vorm tot ze helemaal gesmolten zijn.

Kader: Klimaatverandering en zeespiegelstijging
Als er weer eens een enorm stuk van een ijsplateau afbreekt (zoals in 2002 van het Larsen B ijsplateau bij het Antarctisch Schiereiland) krijgt dat in de media veel aandacht. Vaak wordt er meteen een link gelegd met klimaatverandering en zeespiegelstijging. Is dat terecht?

Dat de ijsplateaus breken en uiteenvallen in ijsbergen is een natuurlijk proces. Eens in de twintig tot dertig jaar breken er enorme stukken af. Omdat de plateaus in zee drijven en ze hun volume in de oceaan al hebben ingenomen, leidt het opbreken en afsmelten ervan volgens de Wet van Archimedes ook niet direct tot een stijging van de zeespiegel. Niets aan de hand dus, zeggen sommigen geruststellend.
Toch verdwijnen de ijsplateaus van het Antarctisch Schiereiland de laatste jaren wel erg snel. IJsplaten die duizenden jaren stabiel waren, zijn binnen een maand verdwenen. De wereldwijde temperatuurstijging zou daarvan de oorzaak kunnen zijn. Daardoor smelt er meer sneeuw aan het oppervlak van de ijsplaten. Het smeltwater verzamelt zich in meren. Door de waterdruk worden de gletsjerspleten dieper en worden de ijsplateaus uiteindelijk verticaal doorkliefd.
Het opbreken van de ijsplaten zelf leidt niet tot een zeespiegelstijging, maar het geheel verdwijnen ervan kan er wel toe leiden dat de achterliggende gletsjers versneld in zee stromen omdat de ijsplaten niet langer een obstakel vormen. Zo zou de zeespiegel wel gaan stijgen.
In 2002 is de juistheid van deze hypothese aangetoond. Op het Antarctisch Schiereiland blijken gletsjers op plaatsen waar de ijsplateaus verdwenen zijn, twee keer zo snel in zee te stromen als op plaatsen waar ze niet verdwenen zijn. Het verdwijnen van de Ross- en Ronne-ijsplateaus zou kunnen leiden tot het verdwijnen van de hele West-Antarctische IJskap. Deze is veel kleiner dan de Oost-Antarctische IJskap maar kan de zeespiegel toch wereldwijd vijf tot zes meter doen stijgen. Voor veel gebieden op aarde, waaronder Nederland, zou dat desastreus zijn. •

Kader: IJskap als klimaatarchief
De ijskap op Antarctica is gevormd doordat er elk jaar een sneeuwlaag bijkomt die ’s zomers niet smelt. Is de sneeuw 70 tot 100 meter dik, dan is hij zo zwaar dat de luchtkanaaltjes tussen de sneeuwkristallen worden afgesloten. De samenstelling van de lucht daarin is gelijk aan die van de atmosfeer ten tijde van de afsluiting. Door een ijskern te boren en de luchtbelletjes te analyseren kan de samenstelling van de lucht tot honderdduizenden jaren terug worden gereconstrueerd. In 2002/2003 bereikte het European Project for Ice Coring in Antarctica, waaraan ook Nederland deelneemt, op dome C een diepte van 3200 meter. Het onderste ijs is waarschijnlijk 760.000 jaar oud. Over die periode kan dus het klimaat gereconstrueerd worden. De eerste resultaten van deze oudste ijschronologie ooit worden binnenkort gepubliceerd in Nature.
Uit eerdere boringen, zoals die onder het Russische station Vostok (die 420.000 jaar beslaan), kon het verloop van de glaciale cyclus op aarde gereconstrueerd worden. Daarin is prachtig het ritme van de ijstijden te zien. Grofweg is er elke 100.000 jaar een abrupte overgang naar een korte interglaciale periode van ongeveer 10.000 jaar. Zo’n 20.000 jaar geleden bereikte de laatste glaciale periode haar hoogtepunt. Op Antarctica was het toen acht graden kouder dan nu. Duidelijk is ook dat het klimaat de laatste 10.000 jaar uitzonderlijk stabiel is geweest en dat het huidige interglaciaal al langer duurt dan de meeste voorgangers. Waarschijnlijk laat de volgende ijstijd dus geen duizenden jaren meer op zich wachten, al kan niemand voorspellen of en wanneer er een nieuwe ijstijd aanbreekt.
Uit de ijskernen is ook de invloed van de mens op het klimaat te reconstrueren. Tijdens de overgang van een glaciaal naar een interglaciaal neemt de CO2-concentratie binnen enkele duizenden jaren toe met 80 tot 100 ppmv (parts per million per volume). Als we inzoomen op de laatste 1000 jaar zien we tot aan de Industriële Revolutie een tamelijk constante CO2-concentratie van 280 ppmv. Sindsdien is deze met 80 ppmv ofwel 30 procent toegenomen. Hoewel er in de geologische geschiedenis van de aarde veel hogere CO2-concentraties zijn voorgekomen (de schattingen lopen uiteen van ruim 800 tot ruim 4000 ppmv), is de snelheid van de recente stijging ongekend hoog. Analyses van ijskernen hebben veel broeikassceptici ervan kunnen overtuigen dat de mens met het verbranden van fossiele brandstoffen een duidelijke invloed op het klimaat heeft.

Bronnen

Links bij dit artikel

Center for the Study of Carbon Dioxide and Global Change

The Antarctic Ice Sheet –Its Initiation and Evolution, Michael J. Hambrey & Bryn Hubbard

What is Happening to the West Antarctic Ice Sheet?

The Cape Roberts Project (offshore boring)

 


De informatie op deze pagina is afkomstig van Geografie.