skip to Main Content

College van de maand – Atlantische meridionale omwentelingscirculatie (AMOC)

Auteur: Rosa Verheij

In de dieptes van de Atlantische oceaan is een prachtig water circulatie systeem aanwezig, een systeem dat een enorm belangrijk onderdeel is van het klimaatsysteem van de aarde. Het gaat om de Atlantische meridionale omwentelingscirculatie (MOC), ook wel de Atlantische thermohaliene circulatie (THC) genoemd. Dit systeem wordt intensief onderzocht en de grootste vraag binnen dit onderzoeksgebied is, wat de invloed van klimaatverandering op de circulatie is en vice versa.

Wat is de circulatie precies?

Om begrip te krijgen over wat eventuele veranderingen zoals vertraging of gehele stillegging van de circulatie voor invloed heeft op het klimaat ga ik eerst in op wat de circulatie precies inhoudt. In de oceaan is contante beweging aanwezig en deze beweging betreft een wereldwijde convectiestroom. Deze convectie wordt veroorzaakt door een combinatie van thermohaliene stromingen in de diepe oceaan en door de wind aangedreven stromingen aan het oppervlak. Thermo betekend temperatuur en haline betreft het zoutgehalte van het water. Koud, zout water heeft een hogere dichtheid dan warm en zoet water, waardoor het water met een grotere dichtheid naar de bodem van de oceaan zinkt, terwijl het warme water minder dicht is en aan het oppervlak blijft.

De Atlantische meridionale omwentelingscirculatie (AMOC) circuleert water van het noorden van de aarde naar het zuiden en terug in een lange cyclus binnen de Atlantische Oceaan (figuur 1). Deze circulatie brengt warm water naar verschillende delen van de aarde. Daarnaast transporteert de circulatie voedingsstoffen die nodig zijn om het oceaanleven in stand te houden.

Figuur 1. Schematische weergave van de Atlantische meridionale omwentelingscirculatie (MOC). Bron: https://www.severeweather.eu/global-weather/ocean-currents-near-a-tipping-point-of-collapse-weather-effects-united-states-europe-fa/.

Het begin van het circulatieproces wordt veroorzaakt door warm water dat dichtbij het oppervlak richting de polen beweegt (zoals de Golfstroom in de Noord-Atlantische Oceaan). In het noorden aangekomen koelt het water af en vormt het zee-ijs. Tijdens de vorming van het ijs blijft zout achter in het oceaanwater. Door de grote hoeveelheid zout in het water wordt de dichtheid van het water groter en zinkt het water naar beneden. In de diepere lagen van de oceaan wordt het dichtere water naar het zuiden gevoerd. Uiteindelijk beweegt het water weer naar het oppervlak van de oceaan en warmt het op in een proces dat opwelling wordt genoemd, waarmee de cyclus wordt voltooid. De gehele circulatiecyclus van de AMOC is vrij langzaam. Het duurt naar schatting 1.000 jaar voordat een pakket (elke gegeven kubieke meter) water haar reis langs de circulatieroute heeft voltooid. Ondanks dat het gehele proces op zichzelf traag is, zijn er aanwijzingen dat de AMOC verder aan het vertragen is.

Onderzoek door modellering

De AMOC wordt met verschillende methoden onderzocht. Een van de voornaamste methoden is het simuleren van de AMOC met modellen. Een voorbeeld hiervan is het onderzoek van Stouffer et.al. 2006, dit onderzoek heeft de reactie van de AMOC op verstoring door zoetwater en de bijbehorende klimaatveranderingen met elkaar vergeleken. Het principe is dat als de temperaturen op aarde stijgen het moeilijker wordt om in de buurt van Groenland zee-ijs te vormen en het landijs hier eerder smelt. Dit zorgt voor een toevoer van zoetwater ter plaatse van de omwenteling. Hopelijk kun je je voorstellen dat zo’n toevoer invloed zal hebben op het gedrag van de AMOC. Alle modellen die zijn vergeleken in het onderzoek van Stouffer et.al. 2006 laten zien dat de stromingssnelheid van de AMOC zal afnemen bij een zoetwaterinvoer van 0,1 Sv (1 Sv = 10^6 m³/s) met 30% na 100 jaar, maar niet stil gelegd zal worden. Wanneer er wordt gesimuleerd met een grotere zoetwatertoevoer (1,0 Sv) wordt de AMOC wel snel uitgeschakeld. Wanneer dit het geval is treedt een grote afkoeling op boven de Noord-Atlantische Oceaan met alle gevolgen van dien.

Onderzoek door metingen

In 2014 is er een programma gelanceerd om de variatie in de AMOC te meten. Dit programma heet de Subpolar North Atlantic Program (OSNAP). Aan het programma dragen de Verenigde Staten, het Verenigd Koninkrijk, Duitsland, Nederland, Canada en China bij. Het OSNAP-observatiesysteem bestaat uit een netwerk van boeien, sensoren en meetstations die over verschillende locaties in de oceaan zijn verspreid, met als doel de stroom van warmte, zout en zoetwater in de oceaan te meten. Het OSNAP-systeem bestaat uit twee delen. Het eerste deel is OSNAP West, dat zich uitstrekt van de zuidoostelijke Labrador Zee tot de zuidwestelijke punt van Groenland, en het tweede deel betreft de OSNAP Oost, dat zich uitstrekt van de zuidoostpunt van Groenland tot het Schotse shelf (figuur 2).

Figuur 2. OSNAP-observatiesysteem. De OSNAP-sectie (rode lijn) weergegeven op een kaart van de gemiddelde absolute dynamische hoogte (meters), met bathymetrie <500 m in grijs schaduw. Bron: Lozier et.al. 2019.

De twee netwerken bestaan uit dicht op elkaar geplaatste boeien, die de temperatuur, zoutgehalte en snelheidsvelden van het water meten (figuur 3 en 4). De boeien zijn geplaatst bij de continentale grenzen en aan beide flanken van de Reykjanes-rug. Naast deze meetapparatuur zijn er nog meer meetinstrumenten bij het onderzoek betrokken. De metingen die met deze meetinstrumenten worden gedaan zijn bedoeld om gedetailleerde informatie te leveren over het transport van warmte en zoetwater en de dynamiek van de oceaanstromen, wat cruciaal is voor het begrijpen van de klimaatverandering en oceaancirculatiesystemen. De boeien en andere meetapparatuur wordt na een periode van meten omhooggehaald door onderzoekers op een onderzoeksschip. Naast de OSNAP-gegevens zijn metingen van drijvers, satellietaltimetrie (Een satellietaltimeter meet de hoogte van het zeeoppervlak) en oppervlaktemeetwaarden van de windvelden nodig voor het onderzoek. De drijvers bewegen met de oceaanstromingen mee en stijgen en dalen tussen het oppervlak en een midden waterniveau. De drijvers zijn verspreid over de oceaan en meten de temperatuur en het zoutgehalte in de bovenste 2.000 meter.

Figuur 3. Via verankeringen wordt meetapparatuur in de Noord-Atlantische Oceaan geplaatst. Bron: NIOZ, https://www.nioz.nl/en/news/juist-wateren-ten-westen-van-europa-cruciaal-in-oceaancirculatie-en-toekomst-klimaat.

Over een periode van 21 maanden (2014-2016) is de data verzameld en wordt in het onderzoek van Lozier et.al. 2019 geconcludeerd dat de AMOC over deze periode over de gehele OSNAP-sectie een aanzienlijke kortdurende variabiliteit laat zien. Door de korte meetperiode kan er geen bewijs van seizoensgebondenheid worden achterhaald. Er is een langere periode van metingen nodig om erachter te komen of de AMOC inderdaad aan het vertragen is of dat het gaat om een kortdurende variatie in stromingssnelheid.

Figuur 4. Aan iedere verankering hangt een instrument die heel precies de stroming, zout en temperatuur meet. Bron: NIOZ, https://www.nioz.nl/en/news/juist-wateren-ten-westen-van-europa-cruciaal-in-oceaancirculatie-en-toekomst-klimaat.

Wat wel uit het onderzoek blijkt, is dat de AMOC niet wordt aangedreven vanuit de Labrador Zee bij Canada wat tot 2019 gedacht werd, maar door afkoelende wateren ten westen van Europa, tussen Groenland en Schotland. In dit gebied vindt de omwenteling plaats wanneer het warme, zoute, ondiepe water afzinkt en veranderd in kouder, zoeter en dieper water. Het warme water wordt door de stromingen en wind van de tropen naar het noorden vervoerd en het afgekoelde water via de Irminger Zee en het IJsland bekken terug naar het zuiden. Deze ontdekking is belangrijk om het systeem van de AMOC beter te begrijpen, waarna ook de veranderingen binnen de AMOC en de invloed op het klimaat beter begrepen kan worden.

Conclusie

Onderzoek naar de AMOC is zo belangrijk omdat de omwentelingscirculatie enorme hoeveelheden antropogene koolstof diep in de oceaan brengt en daarmee helpt om de opwarming van de aarde af te remmen. De grootste natuurlijke opslag van deze koolstof bevindt zich in de Noord-Atlantische Oceaan. Daarnaast voert de AMOC tropische warmte noordwaarts, wat betekent dat elke verandering die de AMOC ondergaat van invloed kan zijn op gletsjers en het Arctisch zee-ijs.

Kortom het modeleren en meten van de variatie in de snelheid van het water dat via de AMOC stroomt en de variaties in zoutgehalte en temperatuur van het water kunnen een grote bijdragen leveren aan de monitoring van de invloed van de AMOC op het huidige klimaat. Daarnaast kan het onderzoek naar de AMOC helpen voorspellen wat de invloed is op klimaatverandering.

Meer weten

Mocht je meer willen weten over de metingen die zijn gedaan met het onderzoeksschip en uitleg over de Atlantische meridionale omwentelingscirculatie, dan raad ik je de podcast NRC Onbehaarde Apen aan, aflevering ‘Wat als een van de belangrijkste oceaanstromingen stil komt te liggen?’ (25 september 2024). Veel luisterplezier!

Bronnen

  • Lozier, M. S., Li, F., Bacon, S., Bahr, F., Bower, A. S., Cunningham, S. A., … & Zhao, J. (2019). A sea change in our view of overturning in the subpolar North Atlantic. Science, 363(6426), 516-521.
  • Nioz.nl/en/news/juist-wateren-ten-westen-van-europa-cruciaal-in-oceaancirculatie-en-toekomst-klimaat
  • Stouffer, R. J., Yin, J. J., Gregory, J. M., Dixon, K. W., Spelman, M. J., Hurlin, W., … & Weber, S. L. (2006). Investigating the causes of the response of the thermohaline circulation to past and future climate changes. Journal of climate, 19(8), 1365-1387.
Back To Top