De zeespiegel in het pre-industriële tijdperk vanaf 1700

De mijns inziens overtrokken belangstelling voor atmosferisch CO2 in het kader van de recente opwarming van de aarde  of ‘klimaatverandering’ vindt zijn oorsprong in een tweetal publicaties van Svante Arrhenius, Dat idee is gebaseerd op laboratoriumonderzoek van Svante Arrhenius, gepubliceerd in 1896 en in 1906. De publicaties van Arrhenius hebben lange tijd een sluimerend bestaan geleid. Pas in de jaren ’70 van de vorige eeuw is de belangstelling voor CO2 en temperatuurstijging weer nieuw leven ingeblazen.

Over de zekerheden en de onzekerheden van de rol van CO2 op het klimaat is op deze site al heel veel geschreven. In dit bericht gaat het over een afgeleide ervan, namelijk de zeespiegel. Ook daarover is hier al veel geschreven, onder andere hier.

zeespiegel1

Bovenstaande grafiek geeft de mondiale zeespiegelstijging weer vanaf 32.000 jaar geleden.  Het betreft het laatste en koudste deel van het Weichselglaciaal en de zeespiegelstijging vanaf het eind van die ijstijd tot en met het warmere Holoceen waarin we nu leven. De zeespiegel reageert op opwarming door middel van twee mechanismen: afsmelten van ijs en sneeuw dat op het land opgeslagen is, en uitzetting van water. De zeespiegel is vanaf 20.000 jaar geleden zo’n 120 m gestegen. Dat had onder andere tot gevolg dat de laagte die zich tussen Groot Brittannië en Nederland bevindt langzaam door water bedekt is geraakt:  de Noordzee. De zeespiegelstijging die in eerste instantie een versnelling kende neemt vanaf 10.000 jaar gelden af.  Dat wil zeggen dat de zeespiegel nog steeg maar in toenemende mate minder snel. In dit bericht richt mijn  belangstelling zich op het laatste stukje.

In recente literatuur is de link tussen industrialisatie (met grootschalige uitstoot van CO2 door gebruik van fossiele brandstoffen) en temperatuur gemeengoed. Daarbij is 1880 het breekpunt tussen wat met als pre-industrieel en industrieel beschouwd.  Ik heb hier al eens eerder getoond dat dit in feite onjuist is, omdat grootschalige industrialisatie en de daarmee gepaard gaande grootschalige uitstoot van CO2 pas na de Tweede Wereldoorlog zijn beslag krijgt. Zie de grafiek hieronder.

co2 1860-2000

In 1945 was het CO2-gehalte van de atmosfeer ongeveer 310 ppm.  Het pre-industriële gehalte wordt geschat op 280 ppm, het huidige gehalte is 400 ppm. Als we dan het verloop van de gemiddelde temperatuur op aarde beschouwen dan zien we dat de temperatuurstijging een ander verloop kent dan de stijging van het atmosferisch CO2. Ook daarover is al meerdere malen hier geschreven. Het golvende verloop van de temperatuurstijging zal waarschijnlijk verband houden met de AMO, zoals een aantal weken geleden hier is beschreven.

temp 1880 2010 GISS

Ik ben geïnteresseerd in de zeespiegelstijging, omdat die een mooie (gedempte) reactie is op de temperatuurstijging. Ik kijk naar de periode vanaf 1700, omdat daarin nog een langere pre-industriële  periode besloten zit. De 17e eeuw was de periode van de zogenaamde Kleine IJstijd, een periode met lagere temperaturen dan ‘normaal’ . Die Kleine IJstijd is in Europa  op veel plaatsen terug te vinden, zoals in geschriften over zeer strenge winters, schilderijen van ijstaferelen enzovoorts. Vanaf de 18e eeuw ‘veert’  de temperatuur dan weer op. Dit alles is het gevolg van natuurlijke processen, van grootschalige invloed van mensen op het klimaat kan dan nog geen sprake zijn. Er zijn sterke aanwijzingen dat het ontstaan van de Kleine IJstijd (en het verdwijnen ervan) te maken heeft met  de zonnevlekken . Zie hier voor meer informatie.

avercamp

sunc14glacier

Over de periode vanaf ruwweg 1850 zijn voor wat de luchttemperatuur betreft al behoorlijk wat gegevens voorhanden. De zeespiegelhoogte heeft vanaf eind 19e eeuw al voldoende betrouwbare meetreeksen om een goed beeld te krijgen van de zeespiegelstijging. De meeste van die oudere meetreeksen van de zeespiegel beginnen dus op het moment waarop de industriële fase een aanvang neemt. Daarom is het interessant om een idee te krijgen van de hoogte van de zeespiegel in de pre-industriële fase door middel van metingen.

In het laatste rapport (AR5) van het IPCC, en dan met name in het deel getiteld “Climate Change 2013: The Physical Science Basis” is over de zeespiegelstijging veel geschreven. Onderstaande grafiek is hieruit afkomstig . Het geeft een beeld van de zeespiegelstijging vanaf 1700. De donkerblauwe lijn zijn de zogenaamde boeimetingen, de oudste metingen van de zeespiegel. Het laatste lichtblauwe lijntje is van recente satellietmetingen. De ander kleuren zijn meetgegevens van zoutmoerassen, die hier minder interessant zijn.

zeespiegel 1700 2015 ipcc ar5

Het beeld van de grafiek is: tot 1850 is de zeespiegel niet gestegen, de stijging begint vanaf 1850. Daarmee lijkt een stevig ‘bewijs’ geleverd te zijn voor opwarming als gevolg van industrialisatie. Het IPCC rapport baseert zich op een publicatie van Jevrejeva et al., 2008. Aan de grafiek uit het IPCC rapport hierboven ligt deze grafiek uit de publicatie van Jevrejeva ten grondslag:

zeespiegel6

Bron:  Jevrejeva et al 2008

Jevrejeva et al maken gebruik van 3 historische meetreeksen, die van Liverpool, Brest en Amsterdam. Het zijn de oudste meetreeksen ter wereld en de enige die een inkijkje geven in de pre-industriële zeespiegeldata. Het AR5 IPCC rapport stelt:  “Taking this evidence in conjunction with the proxy evidence for a change of rate (Sections 5.6.3 and 13.2.1; Figure 13.3b), there is high confidence that the rate of sea level rise has increased during the last two centuries, and it is likely that GMSL has accelerated since the early 1900’s.

Inderdaad toont de grafiek een vlak verloop gedurende de 18e eeuw en een stijgende tendens vanaf ongeveer 1800. Wel is de onzekerheid in de 18e eeuw tamelijk groot (grijsblauwe schaduw). De gegevens van de drie historische meetreeksen zijn te vinden op de site van PSMSL.

Uit een publicatie van Woordworth uit 1999 is de onderstaande grafiek afkomstig:

liverpool woodworth2

Te zien is dat er nog een vierde historische reeks is die in de 18e eeuw begint, namelijk die van Stockholm. Daarover later meer.

Ik heb de drie reeksen die Jevrejeva gebruikt in Excel verwerkt en er grafieken van gemaakt:

Brest

zeeniveau Brest hist

Geen van de reeksen is volledig. De reeks van Brest is niet volledig in de eerste decennia van de 18e eeuw en rond de eeuwwisseling naar de 19e eeuw. Verder is hij compleet. De lineaire trendlijn volgt heel aardig de niveaulijn. De totale stijging in de periode 1711-2007 was 25,8 cm. Dat is 8,6 cm/eeuw

Liverpool

zeeniveau Liverpool hist

De grafiek van Liverpool is zeer onvolledig. Excel trekt er wel braaf een lineaire trendlijn doorheen met een totale stijging tussen 1768 en 1996 van 19,13 cm, dat is een stijging van 8,4 cm/eeuw. Woodworth reconstrueert de totale meetreeks van Liverpool. Bovendien is het nodig een ‘fit’ te maken: op een bepaald moment in de meetreeks is het meetpunt verplaatst. Dat laatste is een probleem dat waarschijnlijk in Amsterdam ook een rol gespeeld heeft.

Woodworth (1999)  heeft een reconstructie gemaakt van de meetreeks van Liverpool:

liverpool woodworth1

Stockholm

stockholm 1 excel

Stockholm is in de historische meetreeksen zeker een buitenbeentje. In de grafiek hierboven is het verloop negatief, dat wil zeggen een dalende meetreeks. In de overzichtsgrafiek van Woolworth die we al eerder zagen is het echter een stijgende reeks. Oorzaak is de sterke ‘uplift’  (glacial isostatic adjustment ) van Scandinavië als gevolg van het afsmelten van de ijskap vanaf de laatste ijstijd. Het omhoog komen van de aardkorst ter plekken is sneller gegaan dan de zeespiegelstijging.

Martin Ekman komt uit op een stijging van de ondergrond van Stockholm tussen 1774 en 1837 van 5 mm/jaar.

stockholm ekman 1

stockholm ekman 2

Er dient dus een correctie  op die glacial isostatic adjustment (GIA) toegepast te worden van 5 mm/jaar. De totale meetreeks van Stockholm loopt van 1774 tot 2000. We mogen er van uit gaan dat grootschalige aardkorstbewegingen zoals in Scandinavië over een kortere periode min of meer eenparig zijn. Als we er van uit gaan dat de uplift van Stockholm over de gehele meetperiode 5mm/jaar was, dan komt de grafiek van Stockholm er zo uit te zien:

hist zeeniveau stockholm gecorr met trendlijn vert as brest

 

Amsterdam

zeeniveau Amsterdam hst 1

De datareeks van Amsterdam is tamelijk volledig: alleen tussen 1750 en 1766  ontbreken gegevens. De stijging tussen 1700 en 1925 was 12, 43 cm, dat is een stijging van 5,52 cm/eeuw, aanmerkelijk lager dan Brest en Liverpool. Bovendien wijkt de blauwe lijn van de hoogtemetingen behoorlijk af van de lineaire trendlijn. Om dat te visualiseren heb ik de datareeks in vieren geknipt:

zeeniveau Amsterdam hst 2

Ik heb geprobeerd te achterhalen wat de oorzaak is geweest van het opmerkelijke verloop van het Amsterdamse waterpeil in vergelijking met de andere historische meetreeksen. Waarschijnlijk is dat het meetpunt elke malen verplaatst is. Bovendien is de hydrologische situatie van Amsterdam gedurende de afgelopen eeuwen in ieder geval zeer complex geweest:

kaart 1682

Kaart 1682

  • Amsterdam lag in de 18e, 19e en 20e eeuw aan het uiteinde van het Nederlandse haf, de Zuiderzee. De afstand van het meetpunt Amsterdam tot de Noordzee bedroeg tenminste 100 km! Daarom is ‘waterpeil’ en betere benaming voor de data van Amsterdam dan  ‘zeeniveau’.
  • Voortdurende sedimentatie in de Waddenzee en tussen de Waddeneilanden had invloed op waterstand in de Zuiderzee en het Y

inklinkingspaal

  • Amsterdam is gebouwd op een ondergrond van veen en klei. Door eeuwenlange ontwatering ten behoeve van ontginning van de gronden zijn de bovenste lagen meters ingeklonken. Op bovenstaande foto is en inklinkingspaal te zien op de Buikslotermeerdijk net ten N van Amsterdam.  De bodem is daar in de loop van de eeuwen (vanaf ongeveer 1000 n.Chr.) zo’n 5 meter ingeklonken (ingezakt door oxidatie van het veen).

kantelen nl

  • De diepere ondergrond van Nederland is voortdurend in beweging: NW Nederland daalt, ZO Nederland komt omhoog. Dergelijke epirogenetische bewegingen van de aardkorst zijn normaal, en worden in Nederland veroorzaakt door het  afsmelten van de ijskap van Scandinavië de afgelopen 10.00 jaar en gebergtevorming.

ophogen

Bron:  Ondergrond van Amsterdam complex en waardevol

  • Amsterdam is in de loop van de eeuwen opgehoogd om bebouwing mogelijk te maken. Dat ophogen gebeurde onder andere met slib uit rivieren en het IJ. Daardoor is de druk op de ondergrond toegenomen waardoor bodembeweging ontstond.

ijpolders

Bron: Van Veen 1945

  • De omgeving van Amsterdam is in de loop van de eeuwen ingepolderd. Dat betekende dijkaanleg en kunstmatig ontwateren van de polders. Die ontwatering heeft invloed op de grondwaterspiegel in de omgeving, met gevolgen voor de snelheid van inklinken en dergelijke. Een deel van het IJ is in de tweede helft van de 19e eeuw ingepolderd. Delen van die nieuwe IJpolders zijn opgehoogd om bewoning mogelijk te maken.

oranjesluizen

  • Directe verbinding met de Noordzee via het Noordzeekanaal (1876). Aan de oostkant van Amsterdam werd het met de Zuiderzee in open verbinding staande IJ afgesloten door de aanleg van de Oranjesluizen (in gebruik genomen in 1872), zodat tussen deze sluizen en die van IJmuiden één waterpeil kon worden gehandhaafd. Op de foto (vanuit het noorden genomen ligt de open verbinding met het IJsselmeer links. Nabij de Schellingwouderbrug bevindt zich het huidige meetpunt van Rijkswaterstaat.

afsluitdijk

  • Tussen 1927 en 1932 is de Afsluitdijk gebouwd. Daarmee kwam een einde aan de officiële peilingen met open-zeeverbinding in Amsterdam doordat het IJ vanaf dat moment niet meer rechtstreeks in verbinding stond met de Noordzee.

Over het Amsterdams Peil, het Normaal Amsterdams Peil en de watermetingen in het IJ heeft Van Veen een tweetal publicaties gewijd. (1945, 1954)  Daarin gaat hij dieper in op de problemen met de waterpeilmetingen in Amsterdam, vooral in verband met bodemdaling.

Conclusies

Van de 4 hierboven beschreven historische meetreeksen is Amsterdam weliswaar de oudste, maar vanwege allerlei mogelijke verstoringen van de metingen mijns inziens ongeschikt om een betrouwbaar beeld te krijgen van het zeeniveau in de pre-industriële fase.  De meetreeks van Liverpool kent zoveel hiaten dat deze mijns inziens ook niet geschikt is.

Blijven over de historische meetreeksen van Brest en Stockholm:

zeeniveau Brest hist

hist zeeniveau stockholm gecorr met trendlijn vert as brest

De schaal van de verticale en horizontale assen zijn in beide grafieken identiek gemaakt om vergelijking te vergemakkelijken. Te zien is dat zowel in Brest als in Stockholm er ook in de pre-industriële fase sprake is van zeespiegelstijging. Bovendien is in beide meetreeksen geen sprake van een versnelling van de stijging aan het begin van de industriële fase (1880) dan wel het begin van de sterke stijging van het atmosferisch CO2-gehalte na 1950. Dat komt overeen met waarnemingen van gletsjersmelt die al in de 18e eeuw begon.

 

oerl2

Bron:  Oerlemans 2005

 

 

Ik ben van mening dat er gegronde redenen zijn om de historische grafieken van Amsterdam en Liverpool niet te gebruiken voor een reconstructie van de zeespiegel vanaf 1700. Alles overziend denk ik dat de grafiek uit het laatste rapport (AR5) van het IPCC niet houdbaar is en een stevige bijstelling verdient.

zeespiegel 1700 2015 ipcc ar5 rev