Present CO2 levels caused 20-metre-sea-level rise in the past

Lessons from the past
“These facts from the earth’s archives have implications for the stability of the Antarctic ice sheet and its potential to contribute to future sea-levels. If we do not keep our greenhouse gas emissions in line with the Paris Climate Agreement target of two degrees warming, then we may potentially lose not only the West Antarctic Ice Sheet, but also the vulnerable underwater parts of the East Antarctic Ice Sheet,” says Dr Stocchi.

Combination of global warming and gravitational effects
Since the Industrial Revolution, over 90 percent of the heat from global warming to date has gone into the ocean, and much of it into the Southern Ocean which bathes the Antarctic ice sheet. One third of Antarctica’s ice sheet—its volume is equivalent to up to 20 metres global sea-level rise—sits below sea-level and is vulnerable to widespread and catastrophic collapse from ocean heating. It melted in the past when atmospheric carbon dioxide levels were 400 ppm, as they are today. “If such amounts of ice were to melt in Antarctica over the next centuries, the reduced ice sheet will no longer attract as much water as now, and the sea level around Antarctica can even drop, while a large part of the 'released' water will move elsewhere. Due to the special role that gravity plays in the distribution of water over the globe, 30% can be added to the global average sea level rise in the northern hemisphere,” says Stocchi.

Facts from the past can make future predictions more reliable
The publication in Nature is consistent with model results that show long term ice sheet retreat under current carbon dioxide levels. The rate of sea-level change estimated from this study also supports future predictions of one metre of sea level rise by 2100. Co-author Stocchi says the study also has implications for computer-based ice sheet modelling: “Our findings provide a historical point of reference for testing the results from computer models and improving their ability to make accurate projections of the Antarctic contribution to global sea-level rise.”  

New methods to construct past sea-level changes
Dr Georgia Grant, first author, developed a new method of determining the magnitude of sea-level change through analysing the size of particles moved by waves, as part of her PhD research at the Antarctic Research Centre of Victoria University of Wellington (ARC/VUW, New Zealand). The method was applied to the geological archive from Wanganui Basin on the west coast of New Zealand’s North Island, which is one of the best places in the world to observe past global sea-level changes. Dr Stocchi computed how the Greenland and Antarctic Ice Sheets responded to warmer climates and modelled the response of global sea level under the influence of deformations of the Earth’s crust and gravitational and rotational changes.

The study is the result of an on-going international and multidisciplinary cooperation among the NIOZ Sea Level Research Centre, ARC/VUW (New Zealand), as well as other scientists from New Zealand, and from the United States and Chile.

De huidige CO2-niveaus veroorzaakten eerder 20 meter zeespiegelstijging.

Ongeveer drie miljoen jaar geleden, tijdens het Plioceen, waren de CO2-niveaus in de atmosfeer van de aarde vergelijkbaar met de niveaus van vandaag, en als gevolg daarvan steeg de gemiddelde temperatuur op aarde twee tot drie graden Celsius. Hierdoor smolt een derde van de ijskappen van Antarctica, en steeg de zeespiegel 20 meter. Deze gebeurtenissen uit het diepe verleden bevestigen de voorspellingen van het recente IPCC-rapport over oceanen en bevroren delen van de aarde. Dat zijn de bevindingen die op 2 oktober 2019 zijn gepubliceerd in het gerenommeerde, wetenschappelijke tijdschrift Nature door een internationale groep onderzoekers, waaronder Dr. Paolo Stocchi van het Koninklijk Nederlands Instituut voor Onderzoek der Zee  (NIOZ).

Lessen uit het diepe verleden
“Deze feiten uit het archief van de aarde zeggen iets over de stabiliteit van de Antarctische ijskap en wat die kan bijdragen aan toekomstige zeeniveaus. Als de uitstoot van broeikasgassen niet onder de doelstelling blijft van het Klimaatakkoord van Parijs (twee graden opwarming), dan verliezen we mogelijk niet alleen de West-Antarctische ijskap, maar ook de kwetsbare onderwaterranden van de Oost-Antarctische ijskap. Het is al eens eerder gebeurd, weten we nu," aldus Stocchi.

Combinatie van opwarming en zwaartekrachteffect
Het leeuwendeel (90%) van de extra warmte door klimaatverandering wordt opgenomen door de oceanen, waaronder de  Zuidelijke Oceaan rond de Antarctische ijskap. Een derde van die ijskap bevindt zich onder water en kan meer gaan smelten doordat de oceaan opwarmt. Dat volume alleen al kan de wereldwijde, gemiddelde zeespiegel op de lange termijn met 20 meter doen stijgen. Dat is wat er drie miljoen jaar geleden gebeurde toen de atmosferische CO2-waarden net zo hoog waren als tegenwoordig, namelijk 400 ppm. Stocchi: “Als er de komende eeuwen zoveel ijs op Antarctica smelt, dan trekt die ijskap niet meer zoveel water aan als nu, en kan rond Antarctica de zeespiegel zelfs dálen, terwijl een groot deel van  het ‘vrijgekomen’ water zich naar elders verplaatst. Door de bijzondere rol die zwaartekracht speelt bij de verdeling van water over de aardbol kan er op het noordelijk halfrond nog eens 30% extra bovenop de wereldwijd gemiddelde zeespiegelstijging komen.”

Feiten uit het verleden maken voorspellingen betrouwbaarder
In deze Nature-publicatie komen de zeespiegelreconstructies uit het verleden overeen met computermodellen die laten zien dat de ijskap zich op de lange termijn terugtrekt onder de huidige koolstofdioxide-niveaus. Ook de geschatte snelheid waarmee de zeespiegel stijgt volgens deze studie, ondersteunt reeds bestaande scenario’s van een meter zeespiegelstijging tegen 2100.
Co-auteur Stocchi stelt dat de studie ook implicaties heeft voor computermodellen van  ijskappen: “Onze bevindingen bieden een ijkpunt voor het testen van computermodellen en het verbeteren van hun nauwkeurigheid van voorspellingen van de Antarctische bijdrage aan de wereldwijde zeespiegelstijging .”

Nieuwe onderzoeksmethoden
Dr. Georgia Grant, eerste auteur van het artikel, ontwikkelde een nieuwe methode voor het bepalen van de omvang van de verandering van de zeespiegel door het analyseren van de grootte van deeltjes die door golven worden verplaatst, als onderdeel van haar promotieonderzoek aan het Antarctic Research Centre van de Victoria Universiteit van Wellington (ARC / VUW, Nieuw-Zeeland). De methode werd toegepast op het geologische archief van het Whanganui Basin aan de westkust van het Noordereiland van Nieuw-Zeeland, een van de beste plekken voor zeespiegelwaarnemingen uit het verre verleden. Dr. Stocchi van het NIOZ berekende hoe de Groenlandse en Antarctische ijskappen reageren op warmere klimaten en modelleerde de reactie van het wereldwijde zeeniveau als gevolg van vervormingen van de aardkorst en zwaartekracht- en rotatieveranderingen.

De publicatie is het resultaat van een multidisciplinaire en internationale samenwerking tussen onderzoekers van het Zeespiegelcentrum van het NIOZ in Nederland, ARC / VUW en andere wetenschappers uit Nieuw-Zeeland, de Verenigde Staten en Chili.

Article:
G.R. Grant, T.R. Naish, G.B. Dunbar, P. Stocchi, M.A. Kominz, P.J.J. Kamp, C.A. Tapia, R.M. McKay, R.H. Levy &  M.O. Patterson.  "The amplitude and origin of sea-level variability during the Pliocene epoch"

DOI: 10.1038/s41586-019-1619-z