Het lot van Antarctica aan een zijden draadje, of de dubbele rol van wolken bij de opwarming van de aarde

Omdat hittegolven ons er steeds meer aan herinneren dat de opwarming van de aarde ons dagelijks leven al beïnvloedt, geven klimaatmodellen aan dat: hoe groter de opwarming van de aarde, hoe groter de veranderingen op Antarctica zullen zijn. Dit is belangrijk, omdat het smelten van de Antarctische ijskap momenteel een van de belangrijkste oorzaken van zeespiegelstijging is.

Maar, net als een koorddanser, is de toekomst van Antarctica onzeker: de balans kan de ene of de andere kant op kantelen, afhankelijk van of het smelten van de poolijskap of de opeenhoping van sneeuw overheersend zal worden.

Onze nouvelle étude, dat momenteel wordt gepubliceerd, laat zien dat wolken een belangrijke bron van onzekerheden zijn, naast de al bekende. Onder bepaalde omstandigheden kunnen de wolken het smelten van het oppervlak aanzienlijk doen toenemen en een snelle destabilisatie van de Antarctische ijskap veroorzaken, waardoor het vanaf het oppervlak wordt aangevallen (en het smelten van onderaf vergroot, vanwege de opwarming van de oceaan. In het "beste" geval zouden ze het smelten van het Antarctische ijs een beetje vertragen door als "parasol" te dienen en de ophoping van sneeuw te bevorderen.

Veel onbekenden

In de klimaatwetenschap zijn er veel bronnen van onzekerheid, in klimaatverandering zelf, maar ook in de manier waarop modellen het klimaat weergeven. Het is daarom bijzonder ingewikkeld om het smelten van Antarctica in verband met een temperatuurstijging te voorspellen.

Deze onzekerheden maken het ook moeilijk om politieke strategieën vast te stellen die gericht zijn op het definiëren van een maximale opwarmingsdoelstelling (zoals die van de akkoorden van Parijs bijvoorbeeld), op basis van de opwarmingssnelheden en de bijbehorende risico's die worden afgeleid uit waarnemingen en modellen.

Wolken spelen een dubbele rol

Naast het brengen van vochtigheid en neerslag naar het Antarctische continent (waarvan het centrum een ​​zeer droge woestijn is), beïnvloeden wolken de beschikbare energie om het oppervlak te koelen of te verwarmen.

In de poolgebieden reflecteert de witte sneeuw op de grond zonne-energie naar de ruimte, met name de korte golflengten, en met name het zichtbare. Zolang de sneeuw wit is en niet smelt, wordt de energie van de zon slechts in geringe mate door het oppervlak geabsorbeerd. Maar zodra het smelt, neemt dit effect af en neemt het oppervlak zonne-energie op.

Omdat ze wit zijn, reflecteren wolken een deel van de energie van de zon terug in de ruimte. Als er wolken zijn, wordt er meer energie teruggestuurd naar de ruimte dan wanneer die er niet zijn: ze hebben dan het effect van een parasol en beperken de zonne-energie die het aardoppervlak bereikt.

De sneeuw op het oppervlak van Antarctica, waarvan het gedrag lijkt op een "zwart lichaam", zendt infraroodstraling uit naar de ruimte. Bij afwezigheid van wolken gaat de infrarode straling die door het oppervlak wordt uitgezonden verloren in de ruimte. Maar als er wolken zijn, kunnen ze een deel van deze energie absorberen en op hun beurt naar de oppervlakte uitstralen. Deze infrarode energie die door de wolken wordt uitgestraald, heeft als effect dat het oppervlak wordt verwarmd. Dit principe is hier in de winter goed waar te nemen: het is 's nachts altijd veel kouder als er geen wolken zijn dan wanneer er wel zijn.

De energie die door de wolken naar het oppervlak wordt uitgestraald, verhoogt de beschikbare energie om de Antarctische ijskap te smelten. Het is vergelijkbaar met het effect van broeikasgassen. Bovendien is water in zijn verschillende vormen verantwoordelijk voor 75% van het broeikaseffect.

Afhankelijk van de omstandigheden kunnen de wolken het oppervlak dus via het parasoleffect koelen en via het broeikaseffect opwarmen.

De toekomst van Antarctica

De wet van Clausius-Clapeyron relateert het vochtgehalte van de lucht aan de temperatuur. De relatie is vrij eenvoudig: hoe warmer de lucht, hoe meer vocht deze bevat. Dit verhoogt de hoeveelheid wolken en uiteindelijk de sneeuwval op Antarctica. Het parasoleffect zal toenemen, maar ook de kracht van het broeikaseffect. Het is de balans tussen deze antagonistische effecten die de rol van wolken zal bepalen.

Deze balans is afhankelijk van de eigenschappen van de wolken. Zo hebben die met vloeibaar water een sterker broeikaseffect, terwijl die met ijs en sneeuw een groter parasoleffect hebben.

Als gevolg van de opwarming van de aarde zal de sneeuw op Antarctica smelten. Dit zal een extra proces in gang zetten dat de energiebalans beïnvloedt: als het smelt, wordt de sneeuw donkerder en reflecteert het minder directe energie van de zon (we zeggen dat het albedo afneemt). Het absorbeert meer en smelt meer. Het is een positieve feedbacklus die in de loop van de tijd sterker wordt. Afhankelijk van het overheersende effect van de wolken, kunnen deze de positieve feedback een beetje vertragen (paraplu-effect) of sterk accentueren.

Volgens onze studie is een van de belangrijkste bronnen van onzekerheid in de projecties te weten welke wolken in de toekomst frequenter zullen worden en dus in welke richting de balans zal doorslaan. Alle prognoses suggereren een toename van wolken met een sterk broeikaseffect (met vloeibaar water) met als gevolg toenemend smelten, maar in verschillende verhoudingen, wat leidt tot een grote onzekerheid in de prognoses over de hoeveelheden gesmolten ijs.

Hoe voer je een wolk in in een klimaatmodel?

Een klimaatmodel is een verzameling wiskundige vergelijkingen van de natuurkundige wetten van de atmosfeer. Aan deze vergelijkingen worden parametriseringen toegevoegd om processen weer te geven waarvoor we (nog) geen natuurkundige wetten hebben. En onder deze processen zijn de vorming van wolken en hun transformatie in neerslag. Het is op de parametriseringen van de wolken dat de modellen het meest uiteenlopen en waar de onzekerheid het grootst is. Meestal hebben de meeste klimaatmodellen moeite om wolken in poolgebieden weer te geven.

Door het smelten te vergroten, kunnen de wolken helpen kantelpunten te bereiken die leiden tot de vernietiging van de ijsplaten die Antarctica stabiliseren. Deze zelfde wolken hebben ook enorm bijgedragen tot de recente recordtemperatuur in Oost-Antarctica en hun rol zou in de toekomst nog beslissender kunnen zijn. Ze worden echter nog steeds erg slecht vertegenwoordigd door klimaatmodellen. Geen enkele projectie is waarschijnlijker dan een andere, maar er zijn aanwijzingen dat hoe groter de opwarming, des te groter de kans dat er kantelpunten worden bereikt.

Christoph Kittel, Postdoctoraal onderzoeker klimatologie, Grenoble Alpes Universiteit (UGA)

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder Creative Commons-licentie. Lees deorigineel artikel.

Afbeelding tegoed: Shutterstock.com / robert mcgillivray