Wetenschap
Zwaar water:hoe smeltende ijskappen en opgepompt grondwater de lokale zeespiegel kunnen verlagen – en elders een impuls kunnen geven
Stel je voor dat je aan de rand van de Antarctische ijskap staat en uitkijkt over de oceaan, terwijl het ijs bij jou in de buurt heel snel begint te smelten. Een golf smeltwater stroomt de oceaan in. Verrassend genoeg zie je de zeespiegel dalen en niet stijgen.
Maar waarom? Als we aan de stijging van de zeespiegel denken, stellen we ons de oceanen gelijkmatig voor. Maar de zee is niet als een emmer water. Het is hobbelig en ongelijk. Zwaartekracht speelt een cruciale rol. Water is zwaar. En in tegenstelling tot rotsen beweegt deze enorme massa gemakkelijk. IJs smelt, sneeuw en regen valt, rivieren stromen, water verdampt en vormt wolken. Wanneer ijs smelt, verschuift het gewicht van het land naar de zee en weer terug.
Ons nieuwe onderzoek, gepubliceerd in Geophysical Research Letters , maakt gebruik van zwaartekrachtssatellieten om bij te houden hoe veranderingen in de wateropslag op het land onverwachte schommelingen in de zeespiegel kunnen veroorzaken.
Deze eeuw heeft het snelle smelten van ijskappen en berggletsjers de totale zeespiegel wereldwijd met ongeveer 1,5 millimeter per jaar doen stijgen. Smeltend ijs heeft voor 75% bijgedragen aan de totale toename van de oceaanmassa. De resterende 25% is te wijten aan veranderingen in de wateropslag op ijsvrije landgebieden. Dit omvat veranderingen in het water dat wordt opgevangen in dammen, water dat wordt gebruikt door gewassen en vegetatie, maar ook de winning van grondwater dat vervolgens verdampt of door rivieren stroomt en uiteindelijk in de oceanen terechtkomt.
Veranderingen in het lokale zeeniveau zijn niet alleen te wijten aan smeltende gletsjers of ijskappen. Elke verandering in de watermassa op het land kan hetzelfde effect hebben. Tijdens grote overstromingen wordt het land zwaarder, waardoor de zwaartekracht toeneemt en een tijdelijke lokale zeespiegelstijging ontstaat. Tijdens droogtes verliest het land massa, neemt de zwaartekracht af en daalt de lokale zeespiegel.
Deze kortetermijneffecten komen bovenop de stijging van de zeespiegel op de lange termijn, veroorzaakt door het smelten van Groenland en Antarctica en de thermische uitzetting doordat de oceanen opwarmen als gevolg van de klimaatverandering.
Hoe beïnvloedt de wateruitwisseling het zeeniveau?
Waarom zou het lokale zeeniveau nabij de kust van Antarctica dalen als de ijskap smelt? Het komt allemaal door de zwaartekracht.
Denk eens aan de omvang van de Antarctische ijskap, die het continent en de zeeën eromheen bedekt. Het is op het dikste punt bijna 5 kilometer hoog en weegt maar liefst 24 miljoen miljard ton. Een massa van deze omvang oefent een zwaartekracht uit op de nabijgelegen oceaan, waardoor de zeespiegel hoger wordt dan wanneer deze er niet zou zijn. Maar naarmate de ijskap smelt, verliest deze massa, waardoor de aantrekkingskracht afneemt. Als gevolg hiervan wordt de massa van de oceaan minder aangetrokken door het ijs en daalt de zeespiegel in de buurt zelfs, terwijl de zeespiegel verder weg stijgt.
Er vindt voortdurend wateruitwisseling plaats tussen land en zee. Deze uitwisseling – via regenval, rivieren en grondwater – verandert de zeespiegel verder weg, waardoor kustlijnen ver voorbij het punt van binnenkomst of winning worden beïnvloed. Deze schommelingen in het waterpeil volgen een voorspelbaar patroon terwijl de aarde draait.
Wat dit betekent is dat de stijging van de zeespiegel van plaats tot plaats en van tijd tot tijd verschilt, zelfs als het ijs gestaag smelt als gevolg van de opwarming van de aarde.
Als er een plotselinge verandering plaatsvindt in de water- of ijsopslag, kan dit de waterstromen in de oceaan diepgaand beïnvloeden en bepalen waar de zeespiegel stijgt of daalt. Terwijl bijvoorbeeld de ijskappen op Antarctica en Groenland smelten, leidt de verandering in de zwaartekracht feitelijk tot een daling van de zeespiegel in de pooloceanen, terwijl de zeespiegel snel stijgt nabij de evenaar.
Ons onderzoek heeft aangetoond dat het oppompen van grondwater in ijsvrije gebieden – de continenten waar de meesten van ons wonen – op plaatsen als Koeweit-Stad de verwachte stijging van de zeespiegel als gevolg van het smelten van de ijskap bijna kan maskeren. Maar op plaatsen als New York, ver weg van de intensieve grondwaterwinning in Azië, wordt de zeespiegelstijging versneld.
Van water en land
In ijsvrije gebieden wordt het lokale zeeniveau beïnvloed door wat er met het water op het land gebeurt, of het nu gaat om veranderingen in meren en rivieren, bodemvocht tijdens droogte en overstromingen, of overmatige onttrekking van grondwater.
Wanneer La Niña in Oost-Australië of Noord-Zuid-Amerika arriveert, brengt deze klimaatcyclus vaak hevige regen met zich mee, wat kan resulteren in grootschalige overstromingen, miljarden dollars aan schade en verlies van mensenlevens. Maar La Niña kan de zwaartekrachtsbalans ook naar het land doen kantelen.
In 2010 en 2011 lieten opeenvolgende La Niña-gebeurtenissen zoveel regen op het land vallen dat het mondiale zeeniveau met ongeveer 5 mm daalde. In de drievoudige La Niña van 2020 tot 2023 vertraagde de regenstorting het tempo van de mondiale zeespiegelstijging aanzienlijk.
Dit vermindert, zij het tijdelijk, de klimaatgedreven stijging van de mondiale zeespiegel.
Hoe zit het met grondwater? In het grootste deel van de wereld hebben de drang naar ontwikkeling en de bevolkingsgroei de vraag naar water steeds groter gemaakt. Regio's van China en India hebben grondwater gewonnen met een gecombineerd tempo van ongeveer 37 miljard ton per jaar, wat de natuurlijke aanvullingspercentages ruimschoots overtreft.
Deze overmatige onttrekking van grondwater heeft een substantiële bijdrage van ~1 mm per decennium geleverd aan de totale zeespiegelstijging. Maar paradoxaal genoeg heeft dit ervoor gezorgd dat de lokale zeespiegel is gedaald, omdat onze ijverige activiteiten de watermassa van de ondergrond naar boerderijen verplaatsen en vervolgens via rivieren naar de zee.
Naarmate het grondwater opraakt, verliest het land massa en neemt de zwaartekracht af. Tot nu toe heeft dit een veel uitgesprokener effect gehad op het lokale zeeniveau dan de stijging als gevolg van smeltend ijs op grote afstand.
Het water moet natuurlijk ergens heen. Niet-duurzaam grondwatergebruik zorgt er uiteindelijk voor dat de zeespiegel elders stijgt, en draagt bij aan de algehele toename door het smelten van de ijskap en berggletsjers.
Wat brengt de toekomst?
Ons onderzoek wijst op één reden waarom sommigen van ons nog niet de volledige gevolgen hebben gezien van de opwarming van de aarde die de stijging van de zeespiegel veroorzaakt:deze wordt gemaskeerd door grondwaterwinning of klimaatcycli zoals La Niña.
Het overmatig gebruik van grondwater is in China afgenomen als gevolg van beleidswijzigingen, wat heeft geleid tot ongeveer 21 miljard ton meer water in deze regio's sinds de beleidswijzigingen van kracht werden.
Het is pervers dat hierdoor de lokale zeespiegelstijging zal versnellen, omdat grondwaterwinning niet langer de stijging als gevolg van smeltende ijskappen compenseert. Maar aan verre kusten zal het verminderde grondwaterpompen ervoor zorgen dat de zeespiegelstijging langzamer gaat.
Momenteel zijn op sommige plaatsen het grondwatergebruik en andere veranderingen op het land vergelijkbaar met de impact van door ijs veroorzaakte effecten. De veranderingen in het water op onze continenten hebben een aanzienlijke invloed gehad op de lokale zeespiegel.
Maar deze veranderingen zijn tijdelijk en beperkt in omvang in verhouding tot de grote:het versnellen van het smelten van de ijskappen die Groenland en Antarctica bedekken.