Er zit muziek in smeltende gletsjers.

De aarde warmt op. En dat zorgt ervoor dat gletsjers op bijvoorbeeld Groenland en Spitsbergen smelten. Dat is goed zichtbaar: we zien – bijvoorbeeld op satellietbeelden die jaar na jaar worden gemaakt – dat gletsjers korter en dunner worden. Maar het smelten van de gletsjers is ook hoorbaar in de baaien waar deze gletsjers al sinds jaar en dag uitmonden. En de geluiden die de wegkwijnende gletsjers maken, kunnen mogelijk gebruikt worden om een inschatting te maken van de impact die klimaatverandering op grote ijsmassa’s heeft, zo stelden onderzoekers onlangs tijdens een bijeenkomst van de Acoustical Society of America.

Het geluid van een smeltende gletsjer
Voorafgaand aan de bijeenkomst bogen de onderzoekers zich over gletsjers op Spitsbergen, die uitmonden in zee. Veel van deze gletsjers hebben te lijden onder klimaatverandering en dan met name de opwarming van het water waarin ze uitmonden. Dat warmere water tast de gletsjertongen die op het water rusten, van onderaf aan. Hierdoor worden de gletsjertongen dunner.

De gletsjertongen bestaan echter niet alleen uit ijs. In het ijs bevindt zich namelijk ook lucht die – vaak al lang geleden – in het ijs is opgesloten komen te zitten. En wanneer het ijs door de opwarming van het zeewater smelt, komen die luchtbubbeltjes vrij in het water onder de gletsjertong. En dat kun je horen. “Het vrijkomen van elke individuele bubbel die in het ijs opgesloten zat, maakt een knalgeluidje,” vertelt onderzoeker Hari Vishnu aan Scientias.nl. “En naast smeltend gletsjerijs horen we dan ook een hoop van deze willekeurige knallende geluiden die een beetje doen denken aan de geluiden die je hoort als je spek bakt.”

Het geluid van een luchtbel
Wanneer lucht in het ijs vast komt te zitten, vormt het luchtbubbeltjes waarin de druk naarmate de tijd verstrijkt enorm kan oplopen: tot wel 20 atmosfeer. “De gasdruk in de bubbels loopt op, doordat de bubbels samengedrukt worden door het gewicht van het ijs erboven,” legt onderzoeker Grant Deane uit. En wanneer het ijs smelt en zo’n luchtbubbel – waarin de druk dus enorm is opgelopen – vrijkomt, resulteert dat in detecteerbaar geluid. “Bubbels in water genereren muzikale tonen wanneer ze zich vormen,” legt Deane uit. “Alle muzikale kwaliteiten van lopend water – een kabbelend beekje, het geluid van een fontein en het verpletterend gebrul van een golf in de oceaan – ontstaan door geluidspulsen afgegeven door nieuwgevormde bubbels. Zo’n nieuwgevormde bubbel heeft een nek of brug van lucht die instort, waarna de bubbel ‘ontspant’ en die bolvorm aanneemt. Dat instorten van die luchtbrug zorgt ervoor dat de bubbel ‘rinkelt’ als ware het een bel waar met een kleine hamer op geslagen wordt. Een bubbel die vrijkomt uit smeltend gletsjerijs gedraagt zich net zo, alleen wordt het ‘rinkelende’ geluid nu veroorzaakt door de snelle expansie van de bubbel op het moment dat deze uit het ijs ontsnapt.”

Goed hoorbaar
En die ontsnappende luchtbelletjes zijn goed hoorbaar, zo benadrukt Vishnu. “Het is vrij gemakkelijk om de geluiden waar te nemen, omdat ze heel luid en duidelijk klinken en hun frequentie binnen het bereik van het menselijk gehoor valt. Tijdens het smeltseizoen is het bovendien doorgaans zo dat deze geluiden domineren.”

Monitoren
Dat smeltende gletsjers via vrijkomende luchtbelletjes ‘muziek’ maken, is niet slechts een opmerkelijk feitje. De ‘muziek’ stelt onderzoekers in theorie namelijk ook in staat om hun oor te luister te leggen in gletsjerbaaien en zo al luisterend en luchtbelletjes tellend vast te stellen in welke mate gletsjers onder de opwarming van de aarde te lijden hebben. “Als je weet hoeveel bubbels er bijvoorbeeld in een minuut tijd vrijkomen en je weet hoeveel bubbels er gemiddeld in een bepaald volume aan ijs zitten, dan kun je uitrekenen hoeveel ijs er gesmolten moet zijn,” stelt Deane.

Spitsbergen
Dat het in principe mogelijk moet zijn om gletsjers op deze manier te monitoren, toonden Deane en collega’s recent aan met een experiment in een gletsjerbaai voor de kust van Spitsbergen. “Wij observeerden dat de intensiteit van het geluid dat door smeltend gletsjerijs werd gegenereerd toenam wanneer de watertemperatuur steeg,” stelt Deane. “Dat is logisch, omdat je verwacht dat het ijs in warmer water sneller smelt en bubbels sneller vrijkomen in de oceaan en er dus ook meer geluid gegenereerd wordt.”

Omgeving
Maar de onderzoekers ontdekten ook dat het geluid niet alleen gedicteerd wordt door de snelheid waarmee het ijs smelt. Ook andere factoren speelden een rol. “Zoals de plek waarop je je oor te luisteren legt, de afstand tot de gletsjer en de geometrie van de gletsjer,” vertelt Vishnu. “Wij verwijderden het effect van de laatstgenoemde parameters door middels modellen een inschatting van die effecten te maken. En dat stelde ons in staat om vast te stellen in hoeverre het geluid samenhangt met de smeltsnelheid (en dus de watertemperatuur) zonder dat we in de war werden gebracht door andere, complicerende factoren. Zodra die verstorende effecten wegvielen, konden we de impact die smeltsnelheid op de geluiden heeft duidelijker interpreteren en op basis daarvan ook een inschatting maken van de smeltsnelheid zelf.”

Het betekent dat onderzoekers niet simpelweg hun oor te luister kunnen leggen bij een gletsjer; om de geluiden goed te kunnen duiden, moeten ze eerst een goed beeld hebben van de omgeving en in staat zijn om alle ‘ruis’ – niet relevante geluiden – daarin, weg te filteren. “Het is voor het interpreteren van de geluiden van cruciaal belang dat we de eigenschappen van de omgeving kennen,” bevestigt Deane. “Zo moeten we bijvoorbeeld weten hoe de eigenschappen van de bubbels die de geluiden voortbrengen van gletsjer tot gletsjer verschillen. Maar ook hoe de waterdruk – die met diepte toeneemt – van invloed is op het geluid dat het smeltende ijs maakt. En hoe golven en de zeebodem het geluid dat je op enige afstand van het uiteinde van de gletsjer waarneemt, veranderen.”

Aanvullende methodiek
Hoewel er reeds verschillende manieren zijn waarop onderzoekers gletsjers kunnen monitoren – bijvoorbeeld met behulp van de hierboven al even aangehaalde satellieten – is een akoestische methode zeker niet overbodig. “Alle meettechnieken hebben hun sterke en zwakke punten,” stelt Deane. “Camera’s werken alleen in het licht, dus duisternis, regen en mist zijn dan een probleem. En satellietbeelden zijn geweldig, maar je krijgt er elke paar dagen slechts eentje.” Bijkomende beperking is dat zowel camera’s als satellieten alleen vastleggen wat er boven water gebeurt. Hydrofoons (geschikt voor het vastleggen van geluiden onder water) lijken dan ook een mooie aanvulling te zijn. “Ze kunnen een beter beeld geven van de processen die onder water spelen, zoals de onderzeese gletsjersmelt,” voegt Vishnu toe. En ze kunnen de smelt bovendien continu monitoren.

Uitdagingen
“Het is heel aantrekkelijk,” zo concludeert Deane over de nieuwe methodiek. “Als we de problemen op kunnen lossen.” Want er zijn nog wel enkele hindernissen te nemen alvorens onderzoekers op het punt komen waarop ze de smelt van gletsjers met behulp van hydrofoons op grote schaal en accuraat kunnen monitoren. “We moeten eerst nog directe metingen uitvoeren van het smeltende ijs en die vergelijken met de akoestische metingen om er zeker van te zijn dat onze inschatting van de smeltsnelheid (gebaseerd op het geluid van de luchtbellen, red.) klopt,” stelt Deane. “En we moeten de geluiden die gemaakt worden door Groenlandse gletsjers – die doorgaans veel groter zijn dan de gletsjers die we tot op heden bestudeerd hebben – onderzoeken om er zeker van te zijn dat onze ideeën ook voor grotere gletsjers opgaan.”

Er is dus nog wel wat werk aan de winkel. Maar het is alle inspanning waard, zo vermoedt Vishnu. “Geluiden zijn eerder wel gebruikt om een inschatting te maken van de hoeveelheid ijs die door toedoen van afkalving verloren is gegaan en nu richten we ons op een andere component: onderzeese smelt.” En als het aan de onderzoekers ligt, wordt die onzichtbare smelt straks dus aan de hand van ‘rinkelende’ luchtbelletjes aan het licht gebracht. “Op de lange termijn hopen we bij gletsjers op Groenland en Spitsbergen hydrofoons te plaatsen die het ijsverlies en de stabiliteit van deze gletsjers langdurig gaan monitoren.”