Zo meet NASA de stijgende zeespiegel vanuit de ruimte

Klimaatverandering is een onmiddellijke bedreiging voor de toekomst van de mensheid, maar het mondiale klimaat is zo complex dat het vaak moeilijk is om zelfs maar de omvang van het probleem te overzien. Een van de beste manieren waarop we de klimaatverandering kunnen meten, is misschien niet wat je verwacht – omdat het niet gaat om het meten van het land of de atmosfeer. In plaats daarvan moeten we, om meer te weten te komen over de klimaatverandering, de oceaan meten.

De stijging van de zeespiegel heeft niet alleen gevolgen voor kustgemeenschappen doordat de landmassa afneemt, maar wijst ook op het bredere probleem van de stijgende temperaturen op aarde. Dat betekent dat de stijging van de zeespiegel van groot belang is voor NASA, die niet alleen naar andere werelden kijkt, maar ook monitoren de aarde vanuit de ruimte. Een nieuwe satelliet voor het monitoren van de zeespiegel, Sentinel-6 Michael Freilich, was dat wel

gelanceerd in november 2020 en werd de officiële referentiemissie voor de stijging van de zeespiegel Maart dit jaar, na de overname van zijn voorganger, Jason-3.

Nu Sentinel-6 zijn nieuwe rol op zich neemt en een tweelingopvolger, Sentinel-6b, in de coulissen wacht om het stokje over te nemen wanneer dat nodig is, zijn we klaar voor de komende tien jaar van zeespiegelmetingen. Je kunt zelfs zelf zien waar Sentinel-6 zich momenteel boven de aarde bevindt, door hem te volgen met behulp van NASA's Eyes-webapplicatie.

We spraken met Josh Willis van het Jet Propulsion Laboratory van NASA, projectwetenschapper voor zowel Sentinel-6 als Jason-3, over hoe je de zeespiegelstijging vanuit de ruimte kunt meten.

Onze scorekaart voor klimaatverandering

De stijging van de zeespiegel is niet alleen belangrijk om de veranderende oceanen te begrijpen. Het is ook een van de meest waardevolle instrumenten die we hebben om de klimaatverandering als geheel te meten. “In zekere zin is het een scorekaart”, zei Willis. “Het is onze scorekaart voor hoe we het doen met het klimaat.”

Dat komt omdat een groot deel van de stijgende gemiddelde temperatuur van de planeet als geheel wordt weerspiegeld door het niveau van de oceanen. Er zijn drie grote, door de mens veroorzaakte factoren die bijdragen aan de stijging van de zeespiegel: het smelten van de ijskappen op Groenland Antarctica, het smelten van kleine gletsjers elders in de wereld, en de opwarming van de oceaan die ervoor zorgt dat uitbreiden. Deze factoren dragen ieder voor ongeveer een derde bij aan de totale stijging, doordat er meer water aan de bodem wordt toegevoegd oceanen wanneer gletsjers en ijskappen smelten, evenals de uitzetting van het water als gevolg van de toenemende mondiale klimaatverandering temperaturen. Omdat de oceanen een groot deel van de aarde bedekken, absorberen ze uiteindelijk een groot deel van de overtollige warmte die door menselijke activiteiten wordt gegenereerd.

“Ik beschouw de stijging van de zeespiegel als de duidelijkste indicator van menselijke inmenging in het klimaat”, zei Willis. “Oceanen bedekken tweederde van het oppervlak van de planeet, ze absorberen 90% van deze extra warmte, dat is het hele oorzaak van de klimaatverandering, en ze absorberen ook al het water dat smelt van de gletsjers en het ijs vellen. Ze tellen dus echt alles in termen van hoe we het klimaat op de meest grote manier veranderen.”

En het probleem is niet alleen dat de zeespiegel stijgt. Het is dat het tempo van die stijging ook omhoog gaat.

“De snelheid waarmee de oceanen stijgen is niet stabiel. Het neemt zelfs toe”, zei Willis. “In het begin van de 20e eeuw stegen de oceanen met een snelheid van ongeveer twee millimeter per jaar. In de jaren 90 of 2000 waren het er meer drie. En nu is het vier en vijf millimeter per jaar. Het stijgingspercentage is de afgelopen honderd jaar dus meer dan verdubbeld. En het zal steeds sneller blijven toenemen.”

30 jaar continue metingen

Een deel van de reden waarom gegevens over de zeespiegelstijging zo waardevol zijn, is dat ze een langetermijnrecord vormen dat sinds de jaren negentig is verzameld. De eerste mondiale metingen van de oceanen vanuit de ruimte begonnen toen de TOPEX/Poseidon-missie in 1992 werd gelanceerd, gevolgd door de drie Jason-satellieten en vervolgens de eerste Sentinel.

Om consistente gegevens te behouden die door de jaren heen kunnen worden vergeleken, zijn alle missies in deze serie in dezelfde baan geplaatst, zodat ze hetzelfde zicht op de oceanen krijgen.

Telkens wanneer een nieuwe satelliet de taak van zijn voorganger overnam, vlogen de twee maandenlang dicht bij elkaar. Dit maakte een zeer zorgvuldige kalibratie mogelijk om ervoor te zorgen dat de gegevens consistent konden worden getraceerd over de vijf satellieten tot nu toe.

“Het is echt een geweldige prestatie in termen van onze klimaatwetenschap,” zei Willis.

Nog 10 jaar meten

“We hebben dit ongelooflijke record dat nu al 30 jaar bestaat, en Sentinel-6 is gebouwd om dat record met nog eens 10 jaar te verlengen,” zei Willis. Om deze extra 10 jaar aan observaties mogelijk te maken, heeft NASA niet één maar twee satellieten gebouwd, beide in wezen identiek Zodra de onlangs gelanceerde Sentinel-6 Michael Freilich in 2025 aan het einde van zijn levensduur komt, kan zijn tweelingbroer Sentinel-6b over. Dat zal in totaal veertig jaar consistente registratie van de zeespiegelstijging mogelijk maken.

“Het is de eerste keer dat we als gemeenschap hebben besloten om dit voor de lange termijn te doen – om metingen van de zeespiegelstijging vanuit de ruimte te doen, en niet slechts vanuit één satelliet tegelijk”, zei hij. “De zeespiegel zal niet snel stoppen met stijgen, we zullen niet kunnen stoppen met het meten ervan, dus we hebben continuïteit van de metingen nodig over de missies heen.”

Als het lijkt alsof deze satellieten een relatief korte levensverwachting hebben in vergelijking met andere satellietmissies die tientallen jaren kunnen duren, dan heeft dat te maken met de hoogte waarop ze opereren. Toen de eerste satellieten voor de stijging van de zeespiegel werden gelanceerd, hadden we daar nog niet zo’n goede technologie voor het bepalen van de positie van die satellieten – en positioneringsgegevens zijn belangrijk om het nauwkeurige zeeniveau te verkrijgen lezingen. Om dit mogelijk te maken, werden de satellieten gelanceerd in een zeer hoge baan van 1.300 kilometer, waar er heel weinig atmosfeer is en dus heel weinig bescherming tegen straling.

Onderzoekers willen satellieten naar dezelfde baan blijven sturen om continue metingen te garanderen, maar dat betekent dat we moeten accepteren dat deze satellieten door straling zullen worden getroffen en slechts relatief weinig jaren zullen meegaan elk.

Instrumenten op de satelliet

Dankzij de nauwkeurigheid van zijn metingen is de Sentinel-6-satelliet het internationaal erkende instrument voor het meten van de zeespiegelstijging. Onderzoekers uit alle verschillende vakgebieden en verschillende landen zijn het erover eens dat de metingen van Sentinel-6 en zijn voorgangers zouden worden gebruikt als standaardmeting voor de stijging van de zeespiegel.

De instrumenten op Sentinel-6 zijn relatief eenvoudig, althans conceptueel. Er is de radar, die radiogolven naar het oppervlak stuurt om de afstand tussen de satelliet en de oceaan te meten, de positioneringssystemen die informatie over de hoogte van de satelliet, zodat deze kan worden afgetrokken van de metingen van het zeeniveau, en dan nog een belangrijk instrument, een zogenaamde radiometer.

De radiometer meet de hoeveelheid water in de atmosfeer door naar de helderheid van de oceaan te kijken. Het water in de atmosfeer beïnvloedt de radiogolven die door de radar worden uitgezonden, dus de radiometer moet hiervoor corrigeren en een hoog nauwkeurigheidsniveau garanderen voor metingen op zeeniveau.

Deze drie instrumenten, samen met de consistente banen, maken Sentinel-6 tot de meest nauwkeurige methode die we hebben hebben voor het meten van de zeespiegelstijging – en daarom is het nauwkeurig genoeg om de internationale referentie te zijn missie.

De veranderende oceanen

Het ingewikkelder deel van het meten van de zeespiegelstijging is hoe de door de satelliet verzamelde gegevens moeten worden geïnterpreteerd. De oceanen zijn niet vlak, dus de satelliet berekent het gemiddelde over een gebied van enkele vierkante kilometers om dit mogelijk te maken.

Maar er zijn ook andere factoren die de zeespiegel beïnvloeden. Dit geldt ook voor het weer, aangezien veranderingen in de atmosferische druk ervoor zorgen dat de zee omhoog komt als de druk laag is: de getijden en oceaanstromingen, en zelfs de zwaartekracht van onderwaterbergen, die ervoor zorgen dat er pieken in het zeeniveau erboven verschijnen hen. De onderzoekers die gegevens van Sentinel-6 gebruiken om de zeespiegelstijging te meten, moeten rekening houden met deze andere factoren door rekening te houden met gegevens over atmosferische omstandigheden en kaarten van het zwaartekrachtveld van de oceaan.

Al deze andere effecten kunnen echter nuttige gegevens opleveren voor andere onderzoeksgebieden. Door te kijken naar de gemiddelde waarde van een meting over een bepaald gebied, kunnen onderzoekers schatten hoe groot de golven zijn en hoe sterk de wind is. Ze kunnen in realtime zien hoe stromingen door de oceaan bewegen, omdat stromingen ervoor zorgen dat de oceaan kantelt, zodat de ene kant van de stroming hoger is dan de andere. Ze kunnen ook puin of olie opsporen wanneer dit in de oceaan wordt gemorst.

De satelliet blijft ook gegevens verzamelen wanneer hij over land gaat en deze gegevens kunnen worden gebruikt om meren en rivieren te monitoren.

Alle door de satelliet verzamelde gegevens zijn openbaar beschikbaar en worden gebruikt door onderzoekers over de hele wereld uit een grote verscheidenheid aan vakgebieden. De gegevens vindt u op de JPL-website of op NASA's Earth Data-website.

De dreiging van klimaatverandering

Met projecten als Sentinel-6 kunnen we direct zien hoe ons klimaat verandert als gevolg van onze activiteiten als mens. We kunnen zien dat niet alleen de zeespiegel stijgt, maar dat ze steeds sneller stijgt, en er zijn geen aanwijzingen dat deze verandering binnenkort zal vertragen of stoppen. Daar zit een existentiële terreur in.

“Als we kijken naar wat er met de planeet gebeurt, is het beangstigend”, zei Willis. “We hebben ons klimaat al op onbekend terrein gebracht. En het wordt elk jaar steeds onbekender.”

Hij wanhoopt echter niet over de toekomst van de mensheid. In plaats daarvan benadrukt hij dat de toekomst van onze planeet in onze eigen handen ligt.

“Er is nog steeds ruimte voor hoop, want dit is iets waar we iets aan kunnen doen”, zei Willis. “We weten wat het probleem is, en we weten vrijwel ook hoe we het kunnen oplossen. Het is niet zo dat er een gigantische meteoor op weg is naar de aarde die ons allemaal zal wegvagen. We kunnen daadwerkelijk iets doen aan de klimaatverandering, we hoeven alleen maar de wil op te brengen.”

Aanbevelingen van de redactie

• Zou de sleutel tot leven in de ruimte … een goed verlichtingssysteem kunnen zijn?
• Deze nieuwe NASA EV's zullen astronauten een deel van de weg naar de maan brengen (soort van)
• Kijk hoe deze SpaceX Falcon 9-booster zijn twaalfde rit naar de ruimte maakt
• De zoektocht naar bewoonbare manen in het zonnestelsel wordt steeds intensiever
• SpaceX markeert 200e raketlanding met perfecte touchdown