Dansgaard-Oeschger-gebeurtenissen: de klimaatsprongen uit het ijs
Stel je voor: binnen een mensenleven stijgt de temperatuur boven Groenland met acht tot vijftien graden Celsius, terwijl de rest van de wereld nauwelijks verandert. Geen geleidelijke opwarming zoals we die nu kennen, maar een sprong die in enkele decennia voltrekt. Dat is precies wat er tientallen keren gebeurde tijdens de laatste ijstijd, zo'n 115.000 tot 12.000 jaar geleden. Wetenschappers noemen deze abrupte klimaatsprongen Dansgaard-Oeschger-gebeurtenissen, vernoemd naar de Deense glacioloog Willi Dansgaard en de Zwitserse fysicus Hans Oeschger, die het patroon in de jaren tachtig ontdekten in boorkernen uit het Groenlandse ijs.
Het bijzondere is niet alleen de snelheid, maar ook wat het ons vertelt over hoe kwetsbaar het klimaatsysteem kan zijn. Na zo'n snelle opwarming volgde telkens een veel langzamer, eeuwenlang durend afkoelingsproces, tot het systeem weer omsloeg. Onderzoekers bestuderen deze gebeurtenissen niet uit historische interesse alleen: ze willen begrijpen of en hoe het klimaat van vandaag soortgelijke drempels kan overschrijden, met name via de grote oceaanstroming die warmte van de tropen naar het noorden brengt.
Wat is het precies?
Dansgaard-Oeschger-gebeurtenissen (vaak afgekort tot D-O-gebeurtenissen) zijn abrupte, terugkerende klimaatschommelingen die zijn vastgesteld in ijskernen uit Groenland. Een ijskern is een lange cilinder ijs die geboord wordt uit een ijskap; omdat sneeuw jaar na jaar laag voor laag samendrukt tot ijs, bevat zo'n kern een chronologisch archief van het klimaat, soms honderdduizenden jaren terug.
De belangrijkste aanwijzing komt uit de verhouding tussen twee soorten zuurstofatomen (isotopen) in het ijs, aangeduid als δ18O. Deze verhouding hangt af van de temperatuur op het moment dat de sneeuw viel: bij kortere, kudere periodes wijkt de isotopenverhouding anders af dan bij warmere periodes. Door deze verhouding laag voor laag te meten, kunnen onderzoekers een gedetailleerde temperatuurgrafiek reconstrueren.
Wat die grafiek laat zien is een terugkerend patroon: een plotselinge sprong naar een warmere toestand (interstadiaal genoemd) binnen enkele decennia, gevolgd door een geleidelijke afkoeling die honderden tot duizenden jaren duurt, tot het systeem terugvalt in een koude toestand (stadiaal). Tijdens de laatste ijstijd zijn minstens 25 van deze cycli geteld.
De vermoedelijke motor achter dit patroon is de Atlantische meridionale omwentelingscirculatie, beter bekend als AMOC. Dit is een systeem van oceaanstromingen, waaronder de Golfstroom, dat warm, zout oppervlaktewater vanuit de tropen naar het noorden voert. Daar koelt het water af, wordt het dichter en zakt het naar de diepzee, om vervolgens weer zuidwaarts te stromen. Deze 'omwentelingsband' brengt aanzienlijke warmte naar West-Europa en het noordpoolgebied. Wanneer grote hoeveelheden zoet water (bijvoorbeeld van smeltend landijs) in de noordelijke Atlantische Oceaan terechtkomen, wordt het oppervlaktewater lichter en zakt het minder makkelijk weg. Dat kan de omwentelingsband verzwakken of zelfs tijdelijk stilleggen, met een abrupte afkoeling in het noorden tot gevolg. Herstelt de circulatie zich, dan volgt een snelle opwarming, precies het patroon dat in de ijskernen te zien is.
Nauw verwant zijn de zogeheten Heinrich-gebeurtenissen: periodes waarin enorme hoeveelheden ijsbergen van de Laurentide-ijskap (over het huidige Canada) afbraken en in de Atlantische Oceaan smolten. Dit liet gruis en zwerfstenen achter op de oceaanbodem, terug te vinden in sedimentkernen, en versterkte vermoedelijk dezelfde verstoring van de AMOC.
Wat wil men ermee bereiken?
Paleoklimatologen bestuderen D-O-gebeurtenissen om een fundamentele vraag te beantwoorden: hoe stabiel is het klimaatsysteem eigenlijk? Als de aarde in het verleden op zulke korte termijn zulke drastische omslagen kon maken, wat zegt dat over de kans dat het huidige, door mensen opgewarmde klimaat ook drempels ('tipping points' of kantelpunten) kan overschrijden?
Een concreet doel is het beter begrijpen van de AMOC, omdat dezelfde oceaanstroming vandaag onder druk staat door het versneld smelten van de Groenlandse ijskap. Metingen en modellen wijzen op een verzwakking van de AMOC sinds het midden van de twintigste eeuw, al is er discussie over hoeveel daarvan natuurlijke variatie is en hoeveel het gevolg van klimaatverandering. Door te reconstrueren hoe de AMOC zich in het verleden gedroeg vlak vóór een omslag, hopen onderzoekers vroege waarschuwingssignalen te herkennen die ook nu bruikbaar zouden kunnen zijn.
Daarnaast dienen D-O-gebeurtenissen als testcase voor klimaatmodellen. Een model dat de complexe wisselwerking tussen ijs, oceaan en atmosfeer goed simuleert, zou in staat moeten zijn om vergelijkbare abrupte omslagen te reproduceren wanneer je het 'zoet water' toevoegt op de juiste plek, dit wordt een 'freshwater hosing'-experiment genoemd. Zulke experimenten helpen te toetsen of de modellen waarmee we toekomstprojecties maken realistisch reageren op verstoringen van de oceaancirculatie.
Voorbeelden uit de praktijk
De ontdekking zelf berustte op het GRIP-project (Greenland Ice Core Project), een Europese boring op de Groenlandse ijskap die tussen 1989 en 1992 een ijskern van bijna 3.000 meter opleverde. Vrijwel gelijktijdig boorde een Amerikaans team de GISP2-kern (Greenland Ice Sheet Project 2), op een paar kilometer afstand. Dat de twee onafhankelijke boringen dezelfde abrupte schommelingen lieten zien, gaf het bewijs extra gewicht.
In de jaren 2000 volgde het NorthGRIP-project (NGRIP), dat een langere en beter bewaarde ijskern opleverde die tot in de vorige ijstijd reikte en de datering van D-O-gebeurtenissen verfijnde.
Het NEEM-project (North Greenland Eemian Ice Drilling), actief rond 2008-2012, boorde nog verder terug, tot in het voorlaatste warme tijdvak (het Eemien, zo'n 115.000 tot 130.000 jaar geleden), om te zien hoe het klimaatsysteem zich gedroeg bij de overgang naar de laatste ijstijd waarin de D-O-cycli begonnen.
Op het zuidelijk halfrond leverde het Europese EPICA-project (European Project for Ice Coring in Antarctica) een tegenhanger op: Antarctische ijskernen laten een gedempte, vertraagde variant van dezelfde schommelingen zien, bekend als het 'bipolaire wipwip-effect' (bipolar seesaw), waarbij het zuidpoolgebied juist langzaam opwarmt terwijl Groenland afkoelt, en omgekeerd. Dit ondersteunt het beeld dat warmtetransport via de oceaan, en niet alleen lokale factoren, de motor is.
Recenter combineerden onderzoekers als Peter Ditlevsen en Susanne Ditlevsen (Universiteit van Kopenhagen) statistische methoden uit de D-O-literatuur met moderne AMOC-metingen; hun in 2023 gepubliceerde studie in Nature Communications trok veel aandacht met een schatting dat de AMOC mogelijk al rond het midden van deze eeuw zou kunnen instorten. Andere klimaatwetenschappers, waaronder auteurs van het IPCC, plaatsen daarbij kanttekeningen over de onzekerheid van zulke voorspellingen op basis van beperkte metingen.
Hoe ver is de techniek?
Het is belangrijk te onderscheiden tussen twee dingen: hoe goed we het verleden kennen, en hoe goed we de toekomst kunnen voorspellen. Het eerste staat er relatief sterk voor. Dankzij tientallen ijskernen uit Groenland en Antarctica, aangevuld met sedimentkernen uit de oceaanbodem, stalagmieten uit grotten en meerafzettingen, is de timing en omvang van D-O-gebeurtenissen tijdens de laatste ijstijd goed gedocumenteerd en internationaal gestandaardiseerd, onder meer via het INTIMATE-project, dat Groenlandse en Europese klimaatarchieven op elkaar afstemt.
Het tweede deel, de vertaling naar het heden en de toekomst, is veel onzekerder. Er is geen wetenschappelijke consensus over hoe dicht de huidige AMOC bij een kantelpunt zit, noch over hoe snel een eventuele verzwakking zou verlopen. Metingen van de AMOC-sterkte zelf lopen pas sinds 2004 continu (via het RAPID-meetnetwerk in de Atlantische Oceaan), wat te kort is om natuurlijke schommelingen goed te scheiden van een langetermijntrend. Reconstructies die verder teruggaan, gebaseerd op indirecte aanwijzingen zoals zeetemperatuurpatronen, suggereren wel een verzwakking sinds ongeveer 1950, maar de foutmarges zijn aanzienlijk.
Ook de precieze fysische trigger van D-O-gebeurtenissen, waarom de omslag op het ene moment wel plaatsvindt en op het andere niet, is nog niet volledig doorgrond. Klimaatmodellen kunnen abrupte omslagen reproduceren, maar de gevoeligheid verschilt sterk van model tot model, wat betekent dat kwantitatieve voorspellingen (zoals 'in welk jaar') met grote onzekerheid omgeven blijven. Het IPCC noemt een AMOC-instorting deze eeuw daarom 'onwaarschijnlijk maar niet uit te sluiten', en typeert het als een risico met lage kans maar potentieel zeer grote gevolgen.
Wie werken eraan?
Het Niels Bohr Institute van de Universiteit van Kopenhagen (Denemarken) speelt van oudsher een sleutelrol, als voortzetting van het werk van Dansgaard zelf, en levert nog steeds toonaangevende ijskernonderzoekers. Het Alfred Wegener Institute (AWI) in Duitsland coördineerde en coördineert belangrijke Europese boorprojecten in zowel Groenland als Antarctica, vaak in samenwerking met Franse (CNRS/IGE), Britse (British Antarctic Survey) en Zwitserse instituten (Universiteit van Bern, waar Oeschger werkte).
In de Verenigde Staten zijn de National Science Foundation en instituten als het University of Colorado's Institute of Arctic and Alpine Research (INSTAAR) en Oregon State University historisch nauw betrokken bij ijskernboringen zoals GISP2. Het Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) in Duitsland, onder meer via klimaatwetenschapper Stefan Rahmstorf, is een van de meest prominente onderzoeksgroepen die zich specifiek richten op AMOC-stabiliteit en de link met paleoklimaat.
Op mondiaal niveau brengt het PAGES-programma (Past Global Changes), ondergebracht bij de Zwitserse Academie van Wetenschappen, onderzoekers uit tientallen landen samen om paleoklimaatgegevens te standaardiseren. Het IPCC verwerkt deze kennis vervolgens in de beoordelingsrapporten die de basis vormen voor internationaal klimaatbeleid.