Die afwisseling is een direct gevolg van fluctuerende hoeveelheid zonne-energie; die fluctuatie is te herleiden tot enkele ‘astronomische’ factoren (veranderingen in de ellipticiteit van de aardbaan, in de scheefstelling van de aardas t.o.v. het baanvlak van de aarde om de zon, en in een tolbeweging van de aardas). Er zijn echter ook voor het Pleistoceen diverse ijstijdvakken geweest, en in het optreden daarvan lijkt ook een – zij het niet erg duidelijke – cycliciteit op te treden. Ook daarvoor zijn wel astronomische oorzaken aangevoerd (het zonnestelsel zou periodiek door een zone met veel ruimtestof reizen), maar daarover kon weinig zinnigs echt worden aangetoond.

Een aantal Amerikaanse onderzoekers heeft daaraan nu berekeningen uitgevoerd. Zij baseren zich daarbij op het feit dat ons zonnestelsel volgens astronomen op zijn reis door het melkwegstelsel ongeveer elke honderdmiljoen jaar een gigantische wolk met waterstof tegenkomt (zoals de twee ruimtenevels hierboven) met een gemiddelde dichtheid (> 330 waterstofatomen per kubieke centimeter), en ongeveer elke miljard jaar een ‘dichte’ wolk (ongeveer 2000 waterstofatomen per kubieke centimeter). In deze laatste situatie kan het klimaat op aarde drastisch veranderen. Dat komt doordat het stof genoeg zonne-energie wegvangt om een groeiende ijskap te bewerkstelligen, en die heldere ijskap kaatst weer zoveel zonlicht terug dat het nog kouder wordt en de ijskap zich tot over de hele aarde kan uitbreiden.

Een (vrijwel) volledig door ijs bedekte aarde (waarbij ook de oceanen grotendeels bevroren zijn) staat bekend als ‘sneeuwbal aarde’ (zie afbeelding hieronder). Uitgaande van een ouderdom van de aarde van ca. 4,5 miljard jaar, zou de aarde zo’n viermaal veranderd zijn geweest in een sneeuwbal, terwijl er ongeveer 15 kleinere ijstijdvakken (zoals het Kwartair) moeten zijn geweest.

Dat deze ontwikkeling mogelijk is volgt uit berekeningen, waarbij eerst de hoeveelheid gas en kosmisch stof (ijs-, koolstofhoudende en silicaatdeeltjes) is bepaald die door het zonnestelsel wordt ingevangen. De hoeveelheid door de zon ingevangen gas blijkt zo groot dat de zonnewind geheel kan verdwijnen. Stofdeeltjes worden via hyperbolische banen spiraliserend naar de zon toe getrokken, waarbij ze de aardbaan passeren. Hoewel de hoeveelheden koolstofhoudende en silicaatdeeltjes in de interstellaire gaswolk ongeveer gelijk zijn, wordt er ongeveer 5-10 maal zoveel silicaatstof als koolstof door de zon aangetrokken.

Op basis van de zo berekende waarden voor de hoeveelheid aangetrokken gassen en stofdeeltjes, hebben de onderzoekers de invloed op het klimaat berekend op basis van een veel gebruikt 3-D model (GENESIS) voor de atmosferische circulatiepatronen. Daarbij zijn ook de temperaturen van het oppervlaktewater in de oceanen en van het zee-ijs bepaald. Al eerder was theoretisch berekend dat er een ‘sneeuwbal aarde’ op zou treden als het zonlicht met 6% zou afnemen ten opzichte van het huidige niveau, indien de CO2-concentratie in de atmosfeer gelijk zou zijn aan die van thans (420 ppm). De onderzoekers hebben geen rekening gehouden met de topografie en de ligging van de continenten, omdat die factoren volgens eerder uitgevoerd onderzoek nauwelijks van belang zouden zijn.

Referentie

Pavlov, A.A., Toon, O.B., Pavlov, A.K., Bally, J. & Pollard, D., 2005. Passing through a giant molecular cloud: “Snowball” glaciations produced by interstellar dust. Geophysical Research Letters 32, 4 pp. doi: 10.1029/2004GL021890.