Onder de zomerzon staat een groot blok ijs op de campus van de Universiteit Twente. Doel: beter snappen hoe snel ijs smelt in zeewater. De huidige klimaatmodellen zitten er volgens hoogleraar Detlef Lohse soms wel ‘een factor honderd’ naast.
‘Pak de zaag maar, Martin’, roept hoofdtechnicus Gert-Wim Bruggert rond tien uur ’s ochtends naar zijn kompaan Martin Bos. De twee mannen hebben net met een mechanische arm een gigantisch blok ijs rechtop in een geïmproviseerde zaaginstallatie vastgezet.
Bos, een grote man die tijdens het werken zijn dunne sigaar niet één keer uit zijn mond haalt, schuift de kettingzaag op zijn plaats. Als zeker is dat de zaag niet meer los kan schieten, neemt Bruggert plaats achter de knoppen van de installatie. Een voor een laat hij de machine grote stukken ijs afsnijden, die met een harde knal uiteenspatten op de grond.
Het blok ijs dat de mannen van de technische dienst vandaag met hun zaagmachine tot een cilinder bewerken, is de hoofdrolspeler in een natuurkundig experiment dat hoogleraar Detlef Lohse (62), gespecialiseerd in vloeistofdynamica, vier jaar geleden bedacht. Om het smeltgedrag van ijs in zout water beter te leren begrijpen, observeert Lohse deze zomer samen met collega-onderzoeker Sander Huisman en promovendus Simen Bootsma twaalf identieke blokken ijs die in een grote bak vol water – vandaag gezouten, maar soms ook niet – worden gedeponeerd.
‘We weten natuurlijk dat de poolkappen smelten’, zegt de van oorsprong Duitse Lohse in zijn ruime kantoor. Achter hem laat een projector grafieken zien die de vaart van het smelten beschrijven. Maar de huidige klimaatmodellen zitten er vaak gigantisch naast, blijkt uit metingen in het echt. ‘Dan praten we soms over een factor honderd’, zegt de hoogleraar.
Dat zit zo: om te berekenen hoe snel een ijsblok zal smelten, moet een voorspellingsmodel weten hoeveel warmte het blok opneemt. De belangrijkste rol bij de aanvoer van warmte is weggelegd voor de stroming langs het ijs. Hoe onrustiger, hoe sneller het smelt. ‘Dat kun je bijvoorbeeld merken als je een ijsblokje door je drinken roert’, zegt Lohse. Op de polen of bij gletsjers werkt het net zo.
Lange tijd hebben de bestaande modellen voornamelijk geredeneerd vanuit enkel een rustige stroming langs het ijs, aangedreven door dichtheidsverschillen tussen warm en koud en zoet en zout water. Bij ijskappen in de zee speelt het zoutgehalte een grotere rol dan eerder werd gedacht, stelt Lohse. Doordat zoet smeltwater lichter is dan zout zeewater, stijgt het na het smelten rap langs het ijsblok omhoog, tegen de andere stroming in.
Door de interactie tussen de rustige stroming en de nieuwe, snelle stroming ontstaan langs de ijsberg wervelingen die het ijs blootstellen aan extra warmte. ‘Wie ooit een gekantelde ijsberg heeft gezien zal bekend zijn met de golfbalstructuur die die wervelingen achterlaten’, zegt de hoogleraar.
Op het niveau van millimeters en seconden weten natuurkundigen inmiddels precies wat de impact is van deze wervelingen, stelt Lohse. ‘Maar het klimaat speelt zich af op een schaal van honderden kilometers en jaren.’ Daar lopen de modellen tegen beperkingen aan. Met de resultaten van het experiment hoopt de hoogleraar dat klimatologen toekomstige smeltmodellen beter kunnen afstellen.
Volgens Lohse kan zijn onderzoek bovendien gevolgen hebben voor modellen die een voorspelling doen over de Amoc, een grote circulaire stroming in de Atlantische Oceaan tussen Zuid-Amerika en Groenland, die bekendstaat als de centrale verwarming van West-Europa. Die stroming wordt deels aangedreven door dezelfde mechanismen als bij het smeltende ijs in zijn onderzoek, vertelt Lohse.
Door de dichtheidsverschillen tussen warm, koud, zoet en zout water zou een hoger smelttempo de Amoc kunnen afremmen of zelfs stoppen. Als dat gebeurt, zou het in West-Europa gemiddeld wel 10 graden kunnen afkoelen, terwijl de tropen met extra hitte en droogte te kampen krijgen.
Die processen kunnen op deze schematische manier inderdaad aan elkaar gelinkt worden, zegt Amoc-onderzoeker René van Westen (Universiteit Utrecht). ‘Maar de echte processen zijn een stuk ingewikkelder, dat gaat om moeilijke en complexe fysica.’ Het is bijvoorbeeld niet per definitie zo dat het zoete smeltwater volledig met het zoute water mengt. ‘Er kan ook een zogenaamde zoetwaterkap bovenop de oceaan ontstaan, die weer op zijn eigen manier het proces van het wegzakken beperkt.’
Het is dan ook moeilijk te voorspellen welke gevolgen de opgedane kennis uit het experiment van Lohse echt heeft voor de klimaatmodellen, denkt Van Westen. ‘Ook omdat de schaal waarop we die modellen afstellen simpelweg te groot is om de fijnmazigheid van alle processen goed mee te nemen.’
Daarom gebruiken klimatologen schema’s waarin zulke processen bij benadering worden beschreven. Als er nieuwe kennis uit het onderzoek komt, kunnen onderzoekers de waarden in die schema’s wel aanpassen, maar dan is volgens Van Westen ‘de interactie met de andere processen weer onzeker, en dat kun je niet uit één experiment halen’.
Toch is Van Westen blij dat het experiment gedaan wordt. ‘Heel interessant’, vindt de onderzoeker. ‘Ik ben nieuwsgierig hoe goed het gaat opschalen.’ En hoewel dat voor de allergrootste modellen nog onzeker is, ziet Van Westen ook kansen: ‘Dit kan voor kleinere processen, zoals het smelten van gletsjers in fjorden, zomaar een grote stap vooruit zijn.’
In de silo laat het blok ijs ondertussen duidelijk de impact van het zoute water zien. Nog geen vijf minuten ligt het erin, nu al vormen de wervelende stromen ribbels langs de zijkant van het blok. Krap twee uur later is het weg.
Geselecteerd door de redactie
Source: Volkskrant