Je leest:

Zon en klimaat

Zon en klimaat

Auteur: | 1 februari 2007

We weten dat de gemiddelde temperatuur op aarde in de laatste tientallen jaren is toegenomen. De opwarming wordt algemeen toegeschreven aan het broeikaseffect. Maar we horen de laatste jaren stemmen die wijzen naar een ander mogelijk mechanisme. De zon zou ook hebben kunnen bijdragen tot een verhoging van de aardtemperatuur.

Weliswaar was dit geen gelijkmatige toename. Tegen een vrij sterke opwarming in Midden en West-Europa staat een aanzienlijk geringere opwarming in Noord-Amerika. Antarctica is zelfs wat kouder geworden. Maar niettemin: over het geheel genomen nam de atmosferische temperatuur toe. Waar ligt dat aan – broeikaseffect of zonne-invloed?

De zon, compleet met zonnevlekken. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Laten we de zonsactiviteit eens bezien. De totale straling van de zon is ontzagwekkend constant, met een uiterst geringe toename van slechts 0,006 % over een miljoen jaar. Dat zet geen zoden aan de dijk. Maar de zonsvariatie heeft nog andere aspecten, die zich tonen op verschillende wijzen. Zonnevlekken zijn tijdelijke koele gebiedjes op de zon. Ze leven enkele dagen tot enkele weken en het aantal vlekken dat zichtbaar is komt en gaat in een elfjaarlijkse cyclus.

De vlekken zijn omringd door iets helderder en hetere gebieden, de zogenaamde fakkelvelden. Daarvan is de temperatuur ongeveer 4000 graden hoger dan die van het gemiddelde zonsoppervlak. Die velden stralen daarom een versterkte ultraviolette straling uit. Ook de fakkelvelden komen en gaan, met de zonnevlekken.

Van verder belang zijn de Coronale Massa Emissies (CME). Dit zijn enorme uitstotingen van elektrisch en magnetisch geladen gaswolken door de zon, die door de ruimte vliegen met steeds grotere snelheden. Als die wolken in de buurt van de aarde zijn gekomen, hebben ze snelheden verkregen van 500 tot 2500 km per seconde. De gemiddelde energie die uitgestoten wordt bij een CME is vergelijkbaar met 10 miljard Hiroshima-atoombommen; een voor ons onvoorstelbare energie.

Soms ontstaat in een actief gebied een ‘zonnevlam’. De uitbarsting van een zonnevlam duurt slechts enkele minuten. Er komt een heet plasma vrij met een temperatuur van circa 50 miljoen graden. bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Het aantal uitgestoten CME’s varieert, min of meer parallel aan het aantal zonnevlekken, en het bedraagt, ruw gemiddeld, ongeveer een duizendtal per jaar. Kunnen deze verschijnselen bijdragen tot een verhoging van de aardtemperatuur? En zo ja, hoe dan?

Geassocieerd met zonnevlammen zijn ‘Coronale Massa Emissies’ (CME’s). De gemiddelde energie per CME bedraagt circa tien miljard Hiroshima-bommen. Op de foto de CME van september 2005. Deze behoorde met de CME van oktober en november 2003 tot de sterkste CME’s van de laatste vijftig jaar. bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Verhoging van de aardtemperatuur

De verhoogde ultraviolette straling van de fakkelvelden wordt in hoofdzaak geabsorbeerd in de aardse stratosfeer, dat is op enkele tientallen kilometer boven ons hoofd. Als er veel fakkelvelden zijn geeft dat in aanleiding tot aanzienlijke verwarming van die lagen. Maar dat gebeurt ver boven het aardoppervlak. Het kan echter wel tot verwarming in de lage atmosfeer leiden, indien, als gevolg van de verwarming op die grote hoogte, massale circulatiesysteem ontstaan waarbij warmte van boven naar beneden gebracht wordt of het lagere circulatiestelsel verandert.

De CME’s veroorzaken geen directe verwarming van de aardatmosfeer. Maar ze schermen de aarde wel af tegen de inslag van de kosmische straling. Kosmische straling bestaat uit zeer energierijke deeltjes, die vrijwel met lichtsnelheid door de ruimte razen en onze aardatmosfeer bombarderen. Bij zo’n inslag worden de atomen en moleculen van de aardatmosfeer gesplitst in elektrisch geladen deeltjes. Dit gebeurt langs het pad van het binnendringende deeltje. Deze deeltjes en de elektrisch geladen stofjes kunnen fungeren als kernen voor de vorming van waterdruppeltjes. Zo zou een toename van de instroom van kosmische stralingsdeeltjes aanleiding kunnen geven tot meer bewolking op aarde en op die manier het klimaat beïnvloeden.

De heliosfeer is meer of minder gevuld met gemagnetiseerd zonneplasma. Door magnetische afscherming beïnvloedt de helisofeer de intensiteit van op aarde ontvangen kosmische straling. bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

We vragen ons nu af wat te maken heeft met de zon. Het antwoord is dat een actieve zon, met veel CME’s, zoveel elektrisch en magnetisch geladen gas om de aarde en de andere planeten brengt dat een deel van de uit het heelal afkomstige kosmische straling afgebogen wordt en de aarde niet treft. Een actieve zon geeft zo aanleiding tot minder wolkvorming dan een niet-actieve.

De zon loopt periodiek door spiraalarmen van ons melkwegstelsel. Exploderende sterren produceren daar veel kosmische straling. bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Een boeiend voorbeeld hoe de zon het klimaat kan beïnvloeden wordt geleverd door de Kleine IJstijd. Gedurende de jaren 1650 tot 1700 was de zon verstoken van vlek- en CME-activiteit. Het was toen op aarde uitzonderlijk koud. Daarna is de activiteit van de zon gestaag toegenomen en ruwweg mag men zeggen dat, terwijl de intensiteit van de CME’s in de periode tussen 1610 en het midden van de vorige eeuw met een factor zes is toegenomen, de gemiddelde temperatuur van de aardatmosfeer gelijk daarmee opging en toenam met ca. 0,6 graden.

Alle zonsactiviteit verandert steeds en periodiek. Er bestaat een elfjaarlijkse cyclus, met grotere minima ruwweg om de 200 jaren. In de 17e eeuw was de zon niet actief (het zogenoemde Maunder Minimum) en was er sprake van een Kleine IJstijd. bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Men kan zich afvragen of we in de 17e eeuw CME’s konden observeren. Het antwoord is: neen, dat kon men toen nog niet. Maar er is een prachtige indirecte manier om terug te kijken. Kosmische stralingsdeeltjes, met hun enorme energie geeft in de aardatmosfeer aanleiding tot kernreacties waarbij ook radioactieve atoomkernen kunnen worden gevormd. Deze atoomkernen blijven lang radioactief. Ze slaan neer op de aarde en kunnen ten slotte opgeslagen worden in aardse sedimenten en in de jaarlijkse gevormde ijslaagjes van Antarctica en Groenland. Hoe actiever de zon is, des te sterker is de afscherming en des te minder van deze radioactieve deeltjes zullen er ontstaan. Door het onderzoek van opeenvolgende grond- of ijslaagjes kan zo het verleden van de zonsactiviteit worden nagegaan tot vele tienduizenden jaren geleden.

Wat blijkt? De zon is de laatste vijftig jaar actiever geweest dan hij in duizenden jaren daarvóór was. Sommige onderzoekers zeggen zelfs: actiever dan in de laatste tienduizend jaar Die activiteit van de laatste jaren ging gelijk op met die van de aardse temperatuur. Is er samenhang?

In geen duizenden jaren was de zon zo actief als gedurende de laatste halve eeuw! bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Ik vermoed van wel. Evenals de toename van gas emissie door de zon tussen 1610 en 1960 gepaard ging met een temperatuurtoename op aarde zou dat ook kunnen gelden voor de verdere toename gedurende de laatste vijftig jaren. Maar dan moeten we vaststellen dat het aantal zonnevlekken, dat in de laatste vijftig jaar al zeer hoog was, in die periode niet verder gestegen, terwijl de aardtemperatuur in die periode juist wel toenam. Klopt er nu iets niet? Het voor mij verrassend antwoord is dat in die periode het aantal CME’s wel gestaag bleef stijgen, en wel tot nu aan toe. De grootste CME’s die ooit geregistreerd werden traden op in de jaren 2003 en 2005.

Erg merkwaardig is dat hoewel het aantal zonnevlekken de laatste jaren afnam, de CME-activiteit wél bleef toenemen. bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Nieuwe kleine ijstijd op komst?

Dit besef is nieuw en het onderzoek van dit nieuwe verschijnsel staat dus nog in zijn kinderschoenen. Onderzoekers in verschillende landen zijn ermee bezig en we verwachten de eerste resultaten over een aantal jaren. Waar we naar zoeken is een goed onderbouwd natuurkundig model, dat verklaart hoe versterkte gasemissie door de zon en de aardtemperatuur met elkaar samenhangen.

Er lijkt een verband te bestaan tussen de gemiddelde temperatuur op het noordelijk halfrond op aarde en de hoeveelheid magnetisch plasma afkomstig van equatoriale gebieden van de zon . In de grafiek zijn gegevens verwerkt van 1610 – 1960. bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Verscheidene onderzoekers, ook ikzelf in samenwerking met een collega in Argentinië, vragen ons af, hoe het met de zonsactiviteit verder zal gaan. Wij voorspellen dat de zon na omstreeks 2011 zeer sterk in activiteit omlaag zal gaan. Wij vermoeden dat er een nieuw nieuwe Kleine IJstijd kan komen waarbij de gemiddelde aardtemperatuur zal dalen tot ongeveer 0,6o lager dan hij op dit ogenblik is.

Het gemiddeld aantal zonnevlekken nam gestaag toe sinds 1600. Tweehonderd jaar na het grote minimum aan het begin van de 19e eeuw mag worden verwacht dat de zonsactiviteit begin van deze eeuw opnieuw sterk zal afnemen. bron: Prof. dr. Kees de Jager. Klik op de afbeelding voor een grotere versie.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 februari 2007

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.