IJsstromen en meren onder de Groenlandse ijskap
De Groenlandse ijskap is geen statisch ijslichaam, maar een dynamisch lichaam van dicht, stromend en vervormend ijs. Sneeuw die is afgezet op de centrale delen van de ijskap wordt geleidelijk samengeperst tot ijs dat langzaam naar de ijsrand stroomt. Aan de ijskant wordt het ijs verwijderd door te smelten of door zich in ijsbergen op te splitsen.
Groenlandse ijskap © Mads Phil - Bezoek Groenland
Dichte sneeuw op de ijskap
Nieuwe sneeuw op de Groenlandse ijskap heeft een dichtheid tussen 50 en 70 kg/kubieke meter, wat slechts 5-5 procent is van de dichtheid van water (die 1000 kg/kubieke meter is). In het centrale deel van de ijskap komt de temperatuur nooit boven het vriespunt uit, waardoor de sneeuw nooit smelt. In plaats daarvan wordt het bedolven onder nieuwe lagen sneeuw, waarbij het gewicht van de nieuwe sneeuw de lagen eronder samenperst, waardoor de dichtheid toeneemt.
Zodra de dichtheid van de sneeuw 830 kg/kubieke meter bereikt, wat ongeveer 80 meter diep is, worden alle luchtdoorgangen tussen de kristallen afgesloten, zodat de enige lucht die er nog is, bestaat uit ingesloten bellen. Naarmate de diepte toeneemt, neemt de dichtheid van het ijs verder toe en bij 917 kg/kubieke meter worden de luchtbellen samengeperst. In dit stadium is het ijs gletsjerijs geworden. Op dit punt kan het ijs niet meer worden samengedrukt.
Ijskernboringen, diep in de ijskap
Het boren van ijskernen in Groenland begon in 1955 en sindsdien zijn er talloze korte en diepe ijskernen uit de ijskap gehaald. Een recent project - de North Greenland Eemian Ice Drilling (NEEM) - was een internationaal ijskernproject dat tot doel had een ongestoord verslag van de interglaciale periode 115.000-130.000 jaar geleden op te halen.
De wetenschappers ontdekten op basis van de ijskern dat de periode warmer was dan eerder werd gedacht. De wetenschappers ontdekten zelfs dat het klimaat in Groenland tijdens het laatste interglaciaal ongeveer 8 graden Celsius warmer was dan nu. De gegevens zijn afkomstig van ijskernen die meer dan 2,5 kilometer in de ijskap zijn geboord, waarbij elke laag de jaarlijkse sneeuwval registreerde.
Net als bij boomringen konden de wetenschappers zo de leeftijd bepalen. In de laboratoria onderzochten onderzoekers de zware zuurstofisotoop O18 in de ijskern om de temperatuur in de wolken te bepalen toen de sneeuw viel, en dus het klimaat in het verleden. De ingesloten luchtbellen werden ook onderzocht samen met de monsters van de oude atmosfeer die kennis opleverden over de samenstelling van de lucht.
Klimaat uit het verleden herscheppen
Op basis van de gegevens uit de ijskern konden de wetenschappers de jaarlijkse temperaturen bijna 130.000 jaar terug in de tijd reconstrueren. De gegevens gaven aan dat tijdens deze warme periode het oppervlak intens smolt, wat in de ijskern zichtbaar is als lagen opnieuw bevroren smeltwater.
In feite bleek het smeltwater van het oppervlak te zijn doorgedrongen tot in de onderliggende sneeuw, waar het opnieuw bevroor tot ijs. Uit eerdere klimaatstudies weten wetenschappers dat dit smelten van het oppervlak in de afgelopen 5000 jaar zeer zelden is voorgekomen.
Wetenschappers ontdekten ook dat de ijskap bestand is tegen stijgende temperaturen. Uit de gegevens blijkt dat het volume van de ijskap tijdens de warmste periode van 6.000 jaar met niet meer dan 25 procent is afgenomen.
IJsstromen onder de ijskap
Het huidige ijskernproject in Groenland, het East Greenland Ice core Project (EGRIP), dat zal duren tot 2020, probeert het gedrag te begrijpen van de ijsstromen die door de ijskap van Groenland lopen. De ijsstromen monden uit in de oceaan en zijn verantwoordelijk voor de helft van het massaverlies van de Groenlandse ijskap.
In het noordoostelijke deel van Groenland begint de grootste ijsstroom precies bij de centrale ijskloof en snijdt door de ijskap in een wigvorm om via drie grote ijsstromen in de oceaan uit te monden. Het begin van de ijsstroom op de ijssplitsing wordt vermoedelijk veroorzaakt door het sterke smelten aan de basis, waarbij de ijsstromen snelheden tot 100 meter per jaar bereiken op 200 kilometer van de ijssplitsing (maar nog steeds 500 kilometer van de kust).
In de komende jaren zal het project een ijskern boren door de 2.550 meter ijs die tot het vast gesteente reikt om de dynamica van de ijsstroom in een ijsstroom te begrijpen en de waterprocessen te begrijpen.
Multinationale inspanningen op het ijs
Bij het project zijn wetenschappers uit ongeveer 6 landen betrokken. Nationale financieringsinstanties uit Denemarken, Duitsland, Japan, Noorwegen en de VS hebben al toegezegd om EGRIP zowel financieel als logistiek te steunen. Voorbeelden hiervan zijn het uitlenen van een LC-130 vliegtuig dat met ski's is uitgerust door de Amerikaanse National Science Foundation en het delen van de kosten van de vluchten, en het uitlenen van een DC3 vliegtuig en voertuigen door Duitsland. Verder hebben Zwitserland, Frankrijk, China en Italië hun deelname aan het project aangekondigd.
Bewaard DNA in het ijs
Voordat wetenschappers ijskernen in de Groenlandse ijskap boorden, kwamen de enige fossielen die werden gevonden uit ijsvrije gebieden die vroegere warme klimaatperioden beschreven. Maar met de komst van diepe ijsboringen in Groenland stuiten onderzoekers nu op bevroren moleculaire overblijfselen van vroegere soorten, of 'fossiel DNA', dat honderdduizenden jaren oud kan worden gedateerd.
Door het DNA van prehistorische organismen te analyseren, kunnen wetenschappers inzicht krijgen in de ecosystemen die tijdens eerdere warme perioden in Groenland voorkwamen. Dit is mogelijk doordat de koude temperaturen van de ijskap van Groenland het DNA bevriezen: normaal gesproken vergaat DNA en fragmenteert het, maar in bevroren omgevingen vertraagt de afbraaksnelheid en als het DNA bedekt is met bodemdeeltjes of zich in droge of koude, of permafrost bevindt, dan daalt de afbraaksnelheid nog meer omdat de bodemdeeltjes een beschermende werking hebben.
Sub-glaciale meren
Naast ijsstromen hebben wetenschappers ook twee subglaciale meren ontdekt op 800 meter onder de ijskap van Groenland. Elk meer is ongeveer 8-10 vierkante kilometer groot. De ontdekking door wetenschappers van het Scott Polar Research Institute van de Universiteit van Cambridge maakte gebruik van radarmetingen vanuit de lucht om de meren onder de ijskap bloot te leggen. De hoofdwetenschapper Dr. Steven Palmer verklaarde dat de "resultaten aantonen dat er subglaciale meren bestaan in Groenland en dat ze een belangrijk onderdeel vormen van het afvoersysteem van de ijskap".
De onderzoekers ontdekten dat de nieuw ontdekte meren waarschijnlijk worden gevoed door smeltend oppervlaktewater dat door de scheuren in het ijs wordt afgevoerd. Het is zelfs mogelijk dat een nabijgelegen oppervlaktemeer de sub-glaciale meren tijdens warme zomers aanvult. Dit betekent dat de meren deel uitmaken van een open systeem en verbonden zijn met het oppervlak, wat anders is dan bij Antarctische meren die vaak geïsoleerde ecosystemen zijn omdat de oppervlaktetemperaturen het hele jaar door onder het vriespunt blijven.
Voorheen dachten wetenschappers dat het steilere ijsoppervlak van Groenland betekende dat al het water onder het ijs naar de rand werd geperst en dat, omdat het ijs in Groenland dunner is dan op Antarctica, alle meren die zich vormden snel zouden zijn dichtgevroren omdat het dikkere Antarctische ijs als een isolerende deken kan werken die het bevriezen van water onder het oppervlak voorkomt.
Door Halorache (Eigen werk) [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons
Wat het ijs ons vertelt over de sterren
Zoals het leven op aarde afhankelijk is van vloeibaar water en het bestuderen van ijs ons meer kan vertellen over het klimaat in het verleden, zo zal het bestuderen van ijs op andere planeten en manen ons meer kunnen vertellen over het klimaat in het verleden en de evolutie van deze delen van het zonnestelsel. Gelukkig hoeven wetenschappers niet naar verre planeten te reizen om hun geschiedenis te begrijpen. Ze kunnen naar Groenland of Antarctica reizen, want de aarde en de planeten en manen in het zonnestelsel zijn allemaal ontstaan uit dezelfde wolk van stof en gas, en dus kunnen wetenschappers 'schattingen' maken van het waarschijnlijke klimaat op andere planeten in ons stelsel.
