Je leest:

De aarde zonder ons broeikasgas

De aarde zonder ons broeikasgas

Auteur: | 29 mei 2012

Als de mens niet zo veel broeikasgas uit zou stoten zouden we onherroepelijk in de kou komen te zitten. De vraag is alleen wanneer.

Hoeveel gaat de aarde opwarmen doordat wij zoveel broeikasgas uitstoten? Hoe vaak komt er noodweer, hoeveel ijs gaat er smelten, en hoe hoog zal de zeespiegel stijgen? Het zijn vragen die in de wetenschap en de politiek de laatste jaren tot felle debatten hebben geleid. Kennislink bekijkt de zaak eens van de andere kant: Hoe zouden we ervoor staan als we geen fossiele brandstoffen waren gaan gebruiken, en dus veel minder broeikasgassen in de lucht zouden brengen?

K. Giles, CPOM, University College London, met toestemming

In de kou

Dan zouden we binnenkort – dat wil zeggen over een jaartje of duizend – in de kou zitten, denkt Chronis Tzedakis, milieuwetenschapper bij het University College in Londen. We zitten namelijk al onnatuurlijk lang in een relatief warme periode, concludeerde hij begin dit jaar samen met drie aardwetenschappers uit Engeland, Noorwegen en de Verenigde Staten in het vakblad Nature Geoscience. De onderzoekers bestudeerden de afwisseling van glacialen en interglacialen (zie kader) in het verleden, en zochten uit met welke periode uit het verleden ons huidige warmte-interval de meeste overeenkomsten vertoonde. Ze kwamen uit bij een ongeveer 13.000 jaar durende warme periode die de aarde zo’n 780.000 jaar geleden gekend heeft, en die Marine Isotope Stage 19 (MIS19, zie kader) genoemd wordt.

Glacialen, interglacialen, en Marine Isotope Stages

Glacialen (ijstijden) zijn perioden in de geologische geschiedenis waarin het koud is en de ijskappen flink aangroeien. Op dit moment bevinden we ons juist in een relatief warme periode, een interglaciaal. Het vorige interglaciaal was het Eemien, en duurde van 130.000 tot 114.000 jaar geleden.

De glacialen en interglacialen zijn onder meer te herkennen aan de verhouding van de verschillende zuurstof-isotopen in kalkskeletjes van vroegere zee-organismen. Deze worden aangetroffen in opgeboorde sedimenten uit de diepzee. Het lichte zuurstofisotoop 16O wordt makkelijk opgenomen en opgeslagen in landijs. Hoe meer ijs er dus was in een bepaalde periode, hoe minder van dit isotoop er in het zeewater zat, en hoe minder er in de kalkskeletjes uit die tijd te vinden is.

Perioden die door een redelijk constante isotopenverhouding worden gekenmerkt, worden Marine Isotope Stage (MIS) genoemd. Deze stadia zijn genummerd, met oplopende nummers terug in de tijd. Een MIS met een oneven nummer staat voor een relatief warme periode. Op dit moment bevinden we ons in MIS1.

De stand van de aarde

De stand van de aarde ten opzichte van de zon is één van de belangrijkste factoren die het klimaat bepalen. Deze was in MIS19 ongeveer hetzelfde als nu, schrijven Tzedakis en zijn collega´s: De obliquiteit (de hoek die de aardas maakt met het vlak waarin de aarde om de zon draait) en de precessie (de tolbeweging van de aardas) zaten samen in een fase die een minimum aan invallende zonnestraling op aarde opleverde.

Om een nieuw glaciaal in gang te zetten is het nodig dat de ijskappen in het Noordpoolgebied zo groot worden dat de oceaancirculatie verstoord raakt, denkt Tzedakis. Dit zal een kantelpunt in het klimaatsysteem zijn, waardoor het glaciaal vrij plotseling in kan zetten. In de periode MIS19 gebeurde dit toen de zonnestraling in het zomerseizoen door de stand van de aarde ongeveer op zijn minimumwaarde was beland. “In zo´n fase zitten wij nu ook”, zegt Tzedakis. “Op dit moment zien we echter dat de ijskappen juist krimpen. Met de huidige CO2-concentratie zal er dus zeker geen nieuwe koude periode aanbreken.”

Computermodellen

Hans Renssen, klimaatwetenschapper aan de Vrije Universiteit in Amsterdam, vindt het een leuke benadering van het probleem. Zelf werkt hij veel met computermodellen, waarin de processen die invloed hebben op het klimaatsysteem, voor zover deze bekend zijn, zo goed mogelijk worden nagebootst. Door alle processen in één model samen te voegen kan goed bestudeerd worden in hoeverre de verschillende processen elkaar versterken of juist verzwakken. “In de benadering van Tzedakis wordt daar helemaal niet naar gekeken”, zegt Renssen. “Het klimaatsysteem wordt door hem als een soort black-box beschouwd. Als je dezelfde omstandigheden er in stopt, dan zou hetzelfde klimaat er uit moeten komen.” Of alle belangrijke omstandigheden inderdaad hetzelfde waren blijft natuurlijk moeilijk vast te stellen.

En als je de computermodellen gebruikt om de vraag te beantwoorden wat er zou gebeuren als de mens nooit was begonnen met vuurtjes stoken? Je zou alle CO2 die de mens aan het systeem heeft toegevoegd toch met een simpele druk op de knop uit de modellen moeten kunnen halen? “Dat kan”, zegt Renssen, “maar zelf heb ik dat nooit gedaan.” Voorwaarde voor zo’n experiment is dat met name de invloed van de ijskappen op het klimaat goed in het model moeten zitten. “Zo’n ijskapmodule hebben wij pas sinds kort ingebouwd in ons klimaatmodel”, vertelt Renssen, “en we hebben nog niet naar de toekomst gekeken.”

Bij onderzoeksgroepen die dit wel gedaan hebben bleken de uitkomsten nogal te variëren. Deze zijn bijvoorbeeld sterk afhankelijk van de mate waarin de oceaancirculatie in de modellen gevoelig is voor smeltwaterstroming. Ook verschilt het per model welke processen en terugkoppelingen door de makers ervan belangrijk genoeg werden gevonden om in te bouwen. Renssen: “Volgens sommige modellen zou het zonder CO2-uitstoot door de mens nog 50.000 jaar duren voor het weer eens echt koud wordt, maar er zijn ook modellen die op hetzelfde scenario uitkomen als Tzedakis.”

Wutsje, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

En de zon .. ?

Bas van Geel van de Universiteit van Amsterdam is het met Tzedakis eens dat we zonder onze eigen CO2-uitstoot in een koude-interval zouden belanden – maar hij gaat nog een stap verder. Zelfs met onze zelfgemaakte deken van broeikasgassen komen we binnenkort in de kou te zitten, denkt hij. Niet alleen de positie van de aarde ten opzichte van de zon, maar ook de kracht van de zon zelf heeft immers invloed op de temperatuur op aarde – en die zonnekracht laat het de laatste tijd nogal afweten. Aan zijn lange lijst artikelen met deze strekking werd deze maand weer een nieuwe toegevoegd, dit keer samen met een groep wetenschappers uit Duitsland, Zweden en de Arabische Emiraten. In de omgeving van het Meerfelder Maar in Duitsland viel een omslag in het klimaat naar koelere omstandigheden, ongeveer 800 jaar voor Christus, precies samen met de start van een zonneminimum, schreven de onderzoekers in Nature Geoscience.

De sedimenten op de bodem van dit meer vertonen een mooie jaarlijkse gelaagdheid. Juist in het koele tijdsinterval van ongeveer 2800 tot 2600 jaar geleden bleek veel beryllium-10 aanwezig te zijn, ontdekten de onderzoekers. Beryllium-10 wordt gevormd onder invloed van kosmische straling, en die kan het aardoppervlak alleen bereiken als hij niet wordt tegengehouden door de sterke stroming van zonnedeeltjes (de zonnewind) rondom de aarde. Een overmaat aan beryllium duidt dus op een relatief zwakke zon (een zonneminimum).

Wind

Ook in deze Duitse regio speelden elkaar versterkende processen een grote rol, denkt van Geel. De jaarlagen in het meer uit het koele tijdsinterval bleken namelijk niet alleen extra beryllium-10 te bevatten, maar tevens een stuk dikker te zijn dan de lagen uit de periode daarvoor. Het werd door de onderzoekers geïnterpreteerd als een toename in de windkracht. “Extra veel wind leidde tot het beschikbaar blijven van voedingsstoffen voor de kiezelwieren in het meer, doordat het water en de bodem continu werden opgewoeld. De op de meerbodem opgehoopte resten van de wieren hebben vervolgens geleid tot de extra dikke sedimentlagen”, aldus Van Geel.

Hoewel uit alle klimaatmodellen eigenlijk blijkt dat de kracht van de zon slechts een kleine rol speelt voor de gemiddelde temperatuur op aarde, kan het kennelijk zo zijn dat er terugkoppelingseffecten bestaan die nog niet voldoende in de modellen zijn opgenomen, denkt Van Geel. “Extra afkoeling, meer wind en meer neerslag zouden het gevolg kunnen zijn van een verminderde activiteit van de zon.”

Rubenf, via Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0

Vlot

Dus, wat te doen? De sneeuwpakken vast in huis halen? Op termijn wellicht wel, ja, maar vooralsnog lijkt een vlot op zolder leggen een beter idee. De ijskappen smelten immers nog, en hoewel de temperatuur de afgelopen 10 tot 15 jaar eigenlijk nagenoeg niet gestegen is, zien we op de tijdschaal van het klimaat nog altijd dat de aarde aan het opwarmen is. Het zonneminimum dat ons de komende decennia waarschijnlijk te wachten staat zal bovendien vermoedelijk lang niet zo extreem zijn als dat van 3000 jaar geleden.

In elk geval kunnen we op ons CV zetten dat we met onze CO2-deken een glaciaal hebben afgewend, of anders op zijn minst vertraagd.

Bronnen

  • Tzedakis e.a. Determining the natural length of the current interglacial Nature Geoscience (januari 2012) doi:10.1038/NGEO1358
  • Martin-Puertas e.a. Regional atmospheric circulation shifts induced by a grand solar minimum Nature Geoscience (mei 2012) doi:10.1038/ngeo1460

Zie ook:

IJstijd afgewend door de mens (Artikel van Wetenschap24) Als ijs voor de zon (Kennislinkartikel) IJs op Antarctica smelt aan de onderkant (Kennislinkartikel) Klimaatgeschiedenis wijst op belangrijke rol van de zon (Kennislinkartikel van Van Geel)

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 29 mei 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.