Het is goed ingeburgerd dat in de komende jaren door toenemende hoeveelheden koolstofdioxide in de lucht het klimaat zal veranderen, waardoor de ijskappen sneller smelten en de zeespiegel wereldwijd stijgt. Een nieuwe wetenschappelijke bevinding wijst echter op een verontrustend, volledig gescheiden direct effect van koolstof op ijs - een die helemaal niets met opwarming te maken heeft.
Zoals gedocumenteerd in een studie die gisteren werd gepubliceerd in het Journal of Physics D, hebben onderzoekers van MIT ontdekt dat alleen in aanwezigheid van verhoogde concentraties kooldioxide ervoor zorgt dat ijs aanzienlijk verzwakt, met verminderde materiaalsterkte en breuktaaiheid, ongeacht de temperatuur. Met voldoende koolstofdioxide in de lucht, kan dit alleen gletsjers meer doen splitsen en breken. Voeg daarbij het feit dat de mondiale temperaturen zullen blijven opwarmen - vooral rond de polen - en de combinatie van deze twee factoren kan betekenen dat de ijskappen nog sneller zullen smelten dan experts eerder hadden geprojecteerd.
"Als ijskappen en gletsjers zouden blijven barsten en in stukken breken, zou hun oppervlak dat wordt blootgesteld aan lucht aanzienlijk worden vergroot, wat zou kunnen leiden tot versneld smelten en een veel kleiner dekkingsgebied op de aarde, " zei de hoofdauteur van de studie, Markus Buehler. "De gevolgen van deze veranderingen moeten nog worden onderzocht door de experts, maar ze kunnen bijdragen aan veranderingen in het wereldwijde klimaat."
Buehler en zijn co-auteur, Zhao Qin, gebruikten computersimulaties op atomair niveau om de dynamiek van ijssterkte te evalueren in aanwezigheid van verschillende concentraties koolstofdioxide. Ze ontdekten dat het gas de sterkte van ijs vermindert door te interfereren met de waterstofbruggen die de watermoleculen in een ijskristal bijeenhouden. In het bijzonder concurreert het koolstofdioxide op atomair niveau met de gebonden watermoleculen en verplaatst deze bij voldoende hoge concentraties uit de bindingen en neemt hun plaats in.
De koolstofdioxidemoleculen beginnen een stuk ijs aan een buitenrand te infiltreren en splitsen het vervolgens langzaam door naar binnen te migreren terwijl zich een scheur vormt. Daarbij trekken ze ook watermoleculen naar buiten toe naar de rand door bindingen te vormen met de waterstofatomen van de watermoleculen, waardoor gebroken bindingen achterblijven in de kristallijne structuur en de algehele sterkte van het ijs afneemt. De simulaties toonden aan dat ijs dat is geïnfiltreerd met kooldioxide tot het punt dat het gas twee procent van zijn volume inneemt ongeveer 38 procent minder sterk is.
“In zekere zin is de ijsbreuk als gevolg van koolstofdioxide vergelijkbaar met de afbraak van materialen als gevolg van corrosie, bijvoorbeeld de structuur van een auto, gebouw of energiecentrale waar chemische stoffen aan de materialen 'knagen', die langzaam verslechteren, "Buehler vertelde Environmental Research Web . Aangezien gletsjers meestal beginnen uiteen te vallen met de vorming van kleine scheuren, zeggen de onderzoekers, kan dit leiden tot verdere grootschalige fracturen, zoals degene die onlangs plaatsvond in Antarctica en een fragment produceerde dat groter was dan New York City.
Omdat de bevinding het eerste bewijs van dit fenomeen is, is het te vroeg om te zeggen hoeveel het de ijssmelt zal versnellen boven eerdere voorspellingen. Er zijn echter verschillende mechanismen waarmee experts hun schattingen voor ijssmelt en zeespiegelstijging zouden kunnen herzien, gegeven een voortdurende toename van de uitstoot van broeikasgassen.
Naast het voor de hand liggende - dat warmere lucht plus zwakker ijs betekent een snellere smeltsnelheid - is er het feit dat de ijskappen een cruciale rol spelen bij het reflecteren van zonlicht terug in de ruimte. Momenteel beslaan ze ongeveer zeven procent van het aardoppervlak, maar zijn ze verantwoordelijk voor het reflecteren van 80 procent van de zonnestralen. Dit komt omdat de helderwitte kleur van ijs het licht efficiënter reflecteert dan bijna elk ander type bodembedekker.
Als verhoogde kooldioxideconcentraties en warmere temperaturen ervoor zorgen dat ijs onverwacht snel smelt, wordt dit helderwitte ijs vervangen door donker oceaanwater. Meer en meer zonlicht zou de atmosfeer binnendringen en blijven, waardoor steeds meer opwarming ontstaat. Deze positieve terugkoppeling kan een van de gevreesde "omslagpunten" vormen waarvan klimatologen vrezen dat ons klimaat ons op een ongecontroleerde weg naar calamiteiten kan sturen.
Omdat het papier alleen op microscopisch niveau te maken heeft met ijs, zou de volgende stap het testen van het effect van verhoogde koolstofdioxideconcentraties op ijs in een laboratoriumomgeving zijn om te controleren of de effecten van het gesimuleerde model kloppen. Natuurlijk, als er niets verandert in termen van koolstofemissies, hebben we misschien de kans om te zien of deze effecten op een veel grotere schaal optreden - in de gletsjers en poolijskappen ter wereld.
