Tipping Point Ahead in de klas

 Dag 2: 16-07-2021
Tijdens de eerste dagen van onze onderzoekexpeditie op de Dallaporta hebben we dicht langs de kust gevaren. Het lagedrukgebied boven Italië, ongebruikelijk voor de Italiaanse zomer, leidde tot hoge windsnelheden en hoge golven op open zee. Met haar relatief kleine lengte van 36 meter begint de Dallaporta bij kleine golven al flink te schommelen. Toch zijn er ook voordelen: we hebben schitterende uitzichten van de Adriatische kust – en de boot wordt af en toe door dolfijnen bezocht!

We hadden het geluk dat de zee uiteindelijk kalmer werd, en voor de kust van Gargano waren de omstandigheden goed genoeg om aan het einde van de avond onze eerste ankerlijn met apparatuur (“mooring”) uit te zetten. In dit geval betrof het een sedimentval. Maar bij het plaatsen van een sedimentval komt meer kijken.

Dolfijn langszij de Dallaporta. Video: Wim Hoek

Glazen, holle bollen
Om te garanderen dat onze onderzoeksapparatuur op dezelfde plek blijft liggen, gebruiken we zware ballast dat samen met de apparatuur naar de bodem van de zee zakt. In ons geval vormen oude, roestige kettingen de ballast. Vlak hierboven zit een akoestische schakel: deze schakel gaat open na een signaal vanaf de boot, dit wordt gedaan wanneer we het onderzoeksapparatuur uiteindelijk weer op komen pikken nadat alle gegevens zijn verzameld.

Om de dure apparatuur ook daadwerkelijk weer naar boven te krijgen, zitten er aan de lijn meerdere boeien. Dit zijn glazen, holle bollen, beschermd met een stevig plastic omhulsel. Omdat de bollen vacuüm zijn gezogen blijven ze drijven en kunnen daardoor ook de gigantische waterdruk op grote dieptes weerstaan. Verder zijn er instrumenten om temperatuur, zoutgehalte en troebelheid van het water te meten aan de lijn bevestigd, en dus de sedimentval. Daarboven bevinden zich nog enkele boeien, deze houden de val stabiel en rechtop in het water.

Bij het uitzetten van het materiaal begin je juist andersom: je gooit eerst de bovenste boeien overboord, dan de rest van de meetapparatuur, zodat er een lange lijn ontstaat die achter het schip aansleept. Op het moment dat de boot de exacte meetlocatie wordt bereikt, wordt de ballast met een plons in het water gedropt. De hele lijn zinkt vervolgens op de goede plek naar beneden.

Boven: Voorbereidingen op het dek. Alle apparatuur en boeien worden in een precieze volgorde overboord gegooid, de kettingen als laatste. Onder: De eerste boeien slepen achter het schip aan. Foto’s: Addison Rice

Ronddraaiende monsterflesjes
Maar wat is nou precies een sedimentval? Zoals de naam al suggereert, het is apparatuur dat sediment verzamelt. Maar hoe, en wat is het nut ervan eigenlijk? De val bestaat uit een buis, een programmeerbare motor, en een ronddraaiend schijf met monsterflesjes. Deeltjes sediment en organisch materiaal dwarrelen door de waterkolom naar beneden, vallen in de buis en in een monsterflesje. Na een bepaalde tijdsperiode draait de schijf een volgend monsterflesje onder de buis, waardoor een nieuwe meting kan beginnen.

Vaak wordt er zo’n tien, vijftien dagen gemeten per flesje. Hierdoor kunnen we de gegevens afkomstig uit een sedimentval, als de flesjes weer zijn opgehaald, vergeleken met satellietgegevens, oppervlaktetemperaturen of de stofstormen vanuit de Sahara.

De meeste onderzoeken naar de oceaan vormen vaak slechts een kort moment in de tijd, of, in het geval van satellietdata, kunnen alleen iets over het zeeoppervlak vertellen. Sedimentvallen geven ons juist een idee wat er in de loop van een langere tijdsperiode gebeurt in de diepe oceaan. Ook al kan het behoorlijk prijzig zijn om ieder jaar de flesjes uit sedimentvallen op te halen en te vervangen, het is een van de beste manieren om meer te weten te komen over de trage processen die afspelen diep onder het zeeoppervlak!

Een voorbeeld van satellietgegevens: oppervlaktetemperaturen van het zeewater in de Middellandse Zee in 2018 – 2020. Maar een satelliet kan niet de temperaturen van het diepere water meten. Bron: NASA

 Dag 1: 12-07-2021

Geluksvogel…
Vandaag stapte ik in het Italiaanse stadje Ancona aan boord van het onderzoeksschip Dallaporta dat over een paar uur uit zal varen. Vorig jaar kwamen veel veldwerken en dit soort onderzoekcruises voor wetenschappers te vervallen. Desondanks beschouw ik mijzelf als een geluksvogel: ook al kon ik vorig jaar niet naar zee, nu ben ik weer op een schip!

Een van de drie locaties die wij met de Dallaporta gaam bezoeken is de focus van mijn promotieonderzoek aan de Universiteit Utrecht. We gaan onder andere naar een sedimentval die in het midden van de Ionische Zee is gelegd. Als je kijkt naar de kaart van de Middellandse Zee en je wijst de plek aan waar ongeveer het midden is – dat is waar we heen gaan.

De MedDust sedimentval op deze plek verzamelt allerlei materialen die naar de oceaanbodem zinken: algenresten, plankton en stofdeeltjes die in de waterkolom naar beneden dalen. De val is geplaatst in 2013 en vormt onderdeel van een langer lopende studie. Sinds 1991 worden op deze locatie materialen verzamelddoor sedimentvallen. Aan boord werk ik samen met de kapitein, de bemanning en twee onderzoekers van het NIOZ, Wim Boer en Yvo Witte.

Addison Rice, klimaatonderzoeker en ambassadeur voor Champion en H&M, aan boord van de Dallaporta. Foto: Addison Rice

…en pechvogel
Wanneer je op veldwerk gaat, lopen er altijd dingen mis. Deze keer gebeurde het zelfs voordat ik aan boord kwam.

Het is een standaardverhaal: ik vloog naar Bologna, en op een of andere manier belandde mijn koffer in Boedapest. Met zo’n 24 uur te gaan voordat het schip uitvaart, terwijl het zo’n dertig uur zou duren om mijn spullen in Ancona te krijgen, was er geen oplossing mogelijk. Ik zal mijn koffer pas weer terug zien wanneer we aankomen op Sicilië, ongeveer over een week.

Maar tot die tijd heb ik wel kleding nodig. In de ochtend ben ik daarom door het stadje gesjeesd om zoveel mogelijke comfortabele kleding te kopen. Alvast mijn verontschuldigingen voor het feit dat ik er nu uit zie als een ambassadeur voor Champion en H&M…

Dus een behouden vaart vanaf nu? Voor Nederlandse begrippen is het weer hier fantastisch – al denken de Italianen daar anders over. Ook al is het zomer, er wordt regen verwacht en morgen is er zelfs kans op onweer. We gaan het zien wat deze reis nog meer in petto heeft…

In een recent bericht op de website van KlimaatHelpdesk schrijft Ingrid Robeyns, hoogleraar Ethiek van Instellingen (Universiteit Utrecht) uitgebreid over het dilemma waar docenten die uitgebreider over klimaatverandering willen doceren vaak tegenaan lopen. Het onderwerp kent immers de nodige valkuilen en uitdagingen, zoals leerlingen die direct stellen “niet te geloven in klimaatverandering”.

Het is vooral zaak om vanaf het begin de politieke componenten te scheiden van de natuurwetenschappelijke, stelt Robeyns in haar uitgebreide toelichting:

“Het is belangrijk om een helder onderscheid te maken tussen de werking van het fysische klimaatsysteem enerzijds, wat een natuurwetenschappelijk en a-politiek onderwerp is, en de aanpak van klimaatverandering anderzijds, waar onherroepelijk morele en politieke keuzes bij komen kijken. Een scherp onderscheid tussen wat politiek is en wat niet, en heldere keuzes over pedagogische aanpak en communicatie, kunnen helpen om leerlingen weg te houden bij het frame dat klimaatverandering “links” of “partijdig” zou zijn.”

Het is dus met name het onderwerp van te nemen maatregelen tegen klimaatverandering waar politieke en persoonlijke voorkeuren om de hoek komen kijken. Robeyns biedt ook een eerste lijstje pedagogische tips voor docenten. Kijk hier voor haar hele bericht.

Tipping Point Lesmaterialen
Tipping Point Ahead wordt onder andere genoemd door Robeyns als een van de aanbieders van lesmateriaal over klimaatverandering voor in het HAVO/VWO onderwijs. Van het begin af heeft TPA de keus gemaakt om uitsluitend lesmateriaal te ontwikkelen over de wetenschappelijke aspecten van klimaatverandering en het klimaatsysteem. Dit past ook in de opdracht van NESSC, het wetenschappelijk onderzoeksprogramma naar klimaatverandering waar Tipping Point Ahead onderdeel van is. De wetenschappers binnen NESSC hebben als doel om klimaatverandering beter te begrijpen en betrouwbare voorspellingen te kunnen doen over het klimaat van de toekomst.

KlimaatHelpdesk
Op de website van KlimaatHelpdesk doen Nederlandse klimaatwetenschappers hun best om allerlei vragen over klimaatverandering  en duurzaamheid te beantwoorden op basis van de nieuwste wetenschappelijke inzichten – van de rol van andere broeikasgassen in de opwarming van de aarde tot gezondheidseffecten door windmolens! Staat jouw prangende vraag er nog niet tussen dan kan je deze bij het KlimaatHelpdesk voorleggen.

Hoe krijgen we CO₂ weer uit de lucht? En wat zijn de gevolgen voor Nederland bij een steeds verder stijgende zeespiegel? Voor een antwoord op deze grote, prangende vragen over klimaatverandering organiseerde KlimaatHelpdesk afgelopen maandag twee online lezingen in TivoliVredenburg. Twee vooraanstaande klimaatwetenschappers, Appy Sluijs, hoogleraar Paleoceanografie aan de Universiteit Utrecht, en Marjolijn Haasnoot, klimaatwetenschapper bij Deltares en de Universiteit Utrecht, schetsen in begrijpelijke taal het probleem – en de contouren van eventuele oplossingen.

Wereldkampioen CO2 vasthouden
In de eerste presentatie geeft Appy Sluijs antwoord op de vraag hoe CO₂ weer uit de lucht kan worden gehaald – en hoe de oceanen van onze planeet hierin een enorm belangrijke rol spelen. Door het opstoken van fossiele brandstoffen belandt op dit moment vijftig keer meer CO₂ in de lucht dan wat de aarde via natuurlijke processen weer uit de lucht haalt. Welke mechanieken heeft de natuur om CO₂ uit de lucht te halen? Welk proces is wereldkampioen CO₂ vastleggen? En kunnen deze processen een oplossing bieden om de nog altijd stijgende hoeveelheid CO₂ in de lucht een halt toe te brengen?

Klik op onderstaand filmpje om direct te starten met de presentatie van Appy Sluijs:

Wat kan Nederland doen als de zeespiegel maar blijft stijgen?
In de tweede presentatie vertelt Marjolijn Haasnoot over de eventuele gevolgen voor Nederland als de zeespiegel stijgt of nog sneller gaat stijgen. Moeten we huizen gaan verplaatsen, of ons juist gaan richten op het bouwen van huizen in water? Op de lange termijn zullen hogere dijken en sterkere pompen niet genoeg weerwoord meer bieden tegen een steeds hogere zeespiegel. Maar hoe ziet het leven in Nederland in het jaar 2300 er mogelijk uit?

Klik op onderstaand filmpje om direct te starten met de presentatie van Marjolijn Haasnoot:

KlimaatHelpdesk
Nieuwsgierig naar nog andere grote vragen over klimaatverandering? Op de website van KlimaatHelpdesk doen Nederlandse klimaatwetenschappers hun best om allerlei vragen over klimaatverandering  en duurzaamheid te beantwoorden op basis van de nieuwste wetenschappelijke inzichten – van de rol van andere broeikasgassen in de opwarming van de aarde tot gezondheidseffecten door windmolens! Staat jouw prangende vraag er nog niet tussen dan kan je deze bij het KlimaatHelpdesk voorleggen.

Sedimenten die uit de kilometers diepe zeebodem worden opgehaald vormen een schat aan informatie voor klimaatwetenschappers, zoals bijvoorbeeld Barry de Boorkern. Maar zomaar afreizen naar de oceaanbodem, dat gaat voor niemand makkelijk.

Gelukkig worden wetenschappers al jarenlang ondersteund door een internationaal onderzoeksprogramma, het International Ocean Discovery Program (IODP). Het is goed mogelijk dat je van deze samenwerking nog niet eerder hoorde – maar het IODP is verantwoordelijk voor de belangrijkste onderzoeken van het minst onderzochte deel van onze planeet: de oceaanbodem. En dat doen ze al tientallen jaren, met indrukwekkende boorschepen en prestigieuze expedities naar de ruigste uithoeken van de planeet – van de tropen tot de polen. Voor klimaatonderzoekers over de hele wereld is het IODP dan ook van onschatbare waarde. Ook veel Nederlandse klimaatwetenschappers, zoals Marlow Cramwinckel en Joost Frieling, gebruiken de IODP-boorkernen voor hun onderzoek om de geschiedenis van klimaatverandering van onze planeet te ontrafelen.

Nu is er een splinternieuwe video, gemaakt in Nederland, die een korte blik werpt op het verleden, heden en toekomst van het IODP. De video, in 2020 opgenomen toen het IODP boorschip Joides Resolution in het droogdok in Amsterdam lag, is gemaakt door ScienceMedia.nl hetzelfde bedrijf dat ook onze Tipping Point Ahead filmpjes maakt!

Naar goed gebruik plaatst Tipping Point Ahead rond deze tijd een aankondiging over de jaarlijkse NESSC Kerstlezing in het NEMO Science Museum in Amsterdam: een lezing door een klimaatwetenschapper over een prikkelend onderwerp. Maar helaas – door de geldende coronamaatregelen kan dit jaar de NESSC Kerstlezing niet plaats vinden. Een lezing met publiek valt op dit moment simpelweg niet te organiseren; een online variant vormt een te pover alternatief.

Professor  Guido van der Werf (VU Amsterdam), die de NESSC Kerstlezing dit jaar zou verzorgen, heef laten weten volgend jaar zijn presentatie over bosbranden en klimaatverandering te geven.

Hopelijk biedt het volgend jaar weer de mogelijkheid om alle geïnteresseerden uit te nodigen voor het bijwonen van een NESSC Kerstlezing. Het onderzoek van prof. Van der Werf sluit nauw aan het onderzoek van Luke Blauw naar bosbranden waarover we dit filmpje maakten:

Voor de Tipping Point Ahead-website staan dit jaar weer een mooi aantal nieuwe projecten op het programma: met nieuwe filmpjes over jonge wetenschappers en hun klimaatonderzoek, verdere uitbreiding van ons pakket met lesmaterialen over klimaatverandering voor in de klas, met nieuwe blogposts en verschillende evenementen voor docenten. Komende weken stellen we enkele nieuwe wetenschappers en hun onderzoek voor, en blikken we terug op eerder onderzoek en eerdere filmpjes, die ook vandaag de dag relevant blijven.

Op woensdag 30 oktober vindt de derde Nascholingsmiddag Klimaatverandering plaats in Utrecht, met presentaties van verschillende klimaatonderzoekers, en workshops met practica en proeven voor in de klas. De Nascholingsmiddag is in de eerste plaats bedoeld voor HAVO/VWO‐docenten met interesse om te doceren over klimaatverandering aan leerlingen. Het is nu mogelijk om in te schrijven, via dit aanmeldformulier.

Ook werken we dit jaar verder aan een nieuwe website bedoeld om de verschillende TPA lesmaterialen overzichtelijker te presenteren en gemakkelijker te downloaden. Een overzicht van de al beschikbare lesmaterialen voor HAVO/VWO is voorlopig nog hier te vinden en aan te vragen per e-mail.

Het nieuws over klimaatverandering stond afgelopen zomer niet stil – met alarmerende berichten over het steeds sneller smeltende ijs op Groenland, branden in de Amazone en Siberië, en recordtemperaturen in ons eigen land. Via blogposts op deze site en de TPA Facebookpagina zullen we in loop van komende maanden korte interviews met TPA klimaatonderzoekers en nieuwsupdates plaatsen.

Het was spannend tot het allerlaatste moment: wetenschappers Anniek, Michiel en Ove en het filmteam achter het Tipping Point Ahead filmpje ‘Hoeveel methaan kan de aarde aan?’ woonden gisteravond de Avond van de Opdrachtfilm bij voor de uitreiking van de Gouden Reigers – een prijs voor filmmakers die een opdrachtfilm maken voor een specifiek publiek.

Ontzettend blij waren we al, met die nominatie voor een Gouden Reiger voor ons filmpje – maar de spanning in de zaal liep nog verder op toen we bij de selectie van de beste drie filmpjes hoorden en we daarna het podium mochten beklimmen om de 2^e prijs in ontvangst te nemen! In het bijzonder roemde de jury de persoonlijke vorm van het filmpje: “Heerlijk hoe effectief en persoonlijk de film een op zich abstract wetenschappelijk onderwerp neerzet.”

Mark neemt ons prijscertificaat in ontvangst van dagvoorzitter Wendelien Wouters. Foto: Roeland Sjoerd Hoefsloot

Een geweldige beloning voor iedereen die aan de film heeft bijgedragen en een prachtige stimulans om ons werk voor Tipping Point Ahead verder te vervolgen!

Alle lof dan ook aan de ‘jonge professoren’ op het podium Anniek, Michiel en Ove, aan onze TPA-presentator Mark van Welzenis, en uiteraard aan Dan Brinkhuis en het hele team van Science Media! Eveneens dank aan Erik Appelman van SchoolTV, het platform waar de TPA-filmpjes hun eigen plek hebben gekregen en enthousiast worden bekeken!

Op het podium, van links naar rechts: Erik Appelman (SchoolTV), Michiel, Dan Brinkhuis (Science Media), Anniek, Mark, Ove, Maarten Wolf (Science Media), Bjinse Dankert (Tipping Point Ahead / NESSC)

Vrijwel dagelijks werkt klimaatonderzoeker Esmee Geerken in een laboratorium bij het NIOZ-instituut op Texel met foraminifera. Dit zijn wonderlijke en nuttige eencellige wezens die de oceanen van onze planeet bevolken, maar waar bijna niemand ooit over hoort. Eerder stond Esmees klimaatonderzoek naar zeeën uit het verre verleden centraal op Tipping Point Ahead voor middelbare scholieren. Meer en meer begon een idee bij Esmee te ontstaan om ook een korte educatieve film te maken over de onderwaterwereld van onze oceanen specifiek voor jonge kinderen…

En het resultaat is er nu: ‘Het Kleinste Huis’ is een kort en creatief filmpje van bijna 7 minuten lang wat is bedoeld om kinderen op de basisschool (van 5 tot 9 jaar oud) op een speelse wijze kennis te laten maken met het verbazingwekkende leven onder het zeewateroppervlak. Daarnaast vormt het filmpje voor leraren een mogelijkheid om verschillende biologische en scheikundige concepten aan kinderen te introduceren. Wat zijn bijvoorbeeld eencelligen? Wat is celdeling? Waarom stijgt warm water omhoog? En wat zijn moleculen en elementen?

Afbeeldingen uit Het Kleinste Huis: Wat zijn moleculen? Wat is een eencellige?

Lesmodule Basisonderwijs

In de toekomst zal de film ook een onderdeel gaan vormen in een lesmodule van NESSC, welke nog in ontwikkeling is, bedoeld voor gebruik in het basisonderwijs om kinderen enthousiast en nieuwsgierig te maken naar natuurkunde, aardwetenschappen en biologie.

Esmee is niet alleen een klimaatonderzoeker: eerder studeerde ze af bij de Gerrit Rietveld Academie. Samen met filmmaker Sabine Ruitenbeek (Cirkel Studio) ging Esmee aan de slag om met een gelimiteerd budget hun onderwaterwereld en het verhaal te visualiseren over de zoektocht van de eencellige Lou dat diep op de oceaanbodem op zoek gaat naar een huis…

De film is gefinancierd door het Netherlands Earth System Science Centre (NESSC), het onderzoeksprogramma naar klimaatverandering waar Esmees onderzoek ook onder valt. ‘Het Kleinste Huis’ is onder andere te bekijken op het YouTube-kanaal van NESSC, of via het videokanaal van Cirkel Studio.

Uit cijfers over het klimaat van 2017 bleek dat de bedekking van het zeeijs op de Noordpool nog nooit zo laag was aan het begin en aan het einde van het jaar als in 2017. Dit is niet een op zichzelf staand record. In het afgelopen decennium werd het ene na het andere record in zeeijs oppervlakte geobserveerd: negen van de tien minima in zeeijs bedekking vonden plaats in de afgelopen tien jaar. Toch is het totale oppervlakte maar een deel van het verhaal, want ook de dikte van het ijs speelt een belangrijke rol. Zo zijn sommige delen veel dikker en ouder dan andere delen van het zeeijs. Maar ook in het totale volume is er sprake van een neerwaartse trend met record laagtes in 2012 en 2017.

Uitdagende vragen: Terugkoppelingen en kantelpunten
Zo lang de temperaturen stijgen, zal het ijs blijven smelten met als mogelijk gevolg dat het zeeijs helemaal verdwijnt. De wetenschap staat voor een aantal uitdagende vragen: Wanneer maken we de eerste zomer mee waarop de complete Noordpool ijsvrij is? Is er een kans dat de afname van zeeijs steeds sneller gaat door positieve terugkoppelingen? En is de afname van zeeijs nog omkeerbaar of koersen we af op een ‘kantelpunt’ in het systeem waarna vorming van zeeijs veel moeilijker wordt, zelfs als we er in slagen om de temperatuurstijging te stoppen of sterk te beperken?

Zeeijs met meertjes van smeltwater in de Noordelijke IJszee, 2017
Foto: NASA/Robbie Russell

Door de stijgende temperaturen verandert het evenwicht van het zeeijssysteem. Een systeem in evenwicht kan verstoringen goed opvangen: Zo groeit een gezond bos weer aan na een bosbrand. Maar soms bevindt een systeem zich in de buurt van een tweesprong en kan een klein zetje, zoals een bosbrand, het systeem wegdrijven van het ene evenwicht naar een ander, nieuw evenwicht. Een bos verandert dan bijvoorbeeld in een grasland. Kenmerkend voor zo’n tweesprong, of kantelpunt, is een sterke, positieve terugkoppeling in de dynamiek van het systeem. Dit betekent dat op zo’n moment het systeem de verstoring versterkt waardoor er een grote verandering optreed. Naarmate een systeem richting zo’n kantelpunt beweegt, neemt de veerkracht van het systeem af. Dit houdt in dat het systeem er langer over doet om te herstellen van een verstoring.

Bij de Leerstoepgroep Aquatische Ecologie en Waterkwaliteitsbeheer van de Wageningen University kijken wij met behulp van modellen of je in de periode voordat het ijs helemaal verdwijnt, de veerkracht van het systeem kunt bepalen. Een antwoord op deze vraag helpt bij het beantwoorden van de vraag of er op de Noordpool sprake is van een kantelpunt, of dat het proces omkeerbaar is (zie onderstaande filmpje).

Eeuwenlang ijsvrij ondanks maatregelen?
Want als er daadwerkelijk sprake is van een kantelpunt, dan is het heel lastig om weer terug te keren naar het oorspronkelijke evenwicht op het moment dat het nieuwe evenwicht bereikt is. Voor het zeeijs betekent dit dat het mogelijk niet voldoende is om temperatuur te stabiliseren of zelfs te verlagen om het zeeijs weer terug te krijgen. In dat geval zouden we ondanks eventuele succesvolle acties om klimaatveranderingen teniet te doen, het zeeijs niet meer terug krijgen. De Noordpool zal dan mogelijk ijsvrij blijven.

Tekst: Bregje van der Bolt en Marjolein Sterk, Aquatische Ecologie en Waterkwaliteitsbeheer, Wageningen University. Foto’s: NASA/Robbie Russell

Dit blog verscheen eerder op Nature Today