astronomie

Klimaatverandering zonder mensen: de invloed van de kosmos

null Beeld Ricardo Tomás
Beeld Ricardo Tomás

De huidige klimaatverandering wordt ‘ontegenzeggelijk’ veroorzaakt door de mens. Maar stel dat er geen mensen waren, hoe zou het klimaat zich dan ontwikkelen?

Zomerse temperaturen in het Noordpoolgebied. Verwoestende bosbranden in Amerika en Australië. Extreme regenval en overstromingen in Europa. Je kunt er echt niet meer omheen: het klimaat op aarde is aan het veranderen, in rap tempo. De temperatuur stijgt, evenals de zeespiegel. En het komt ‘ontegenzeggelijk’ door de mens, zo viel afgelopen zomer te lezen in het zesde klimaatrapport van het IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change): zonder toedoen van de mens was het klimaat de afgelopen eeuw niet of nauwelijks veranderd.

Dat wil niet zeggen dat er zónder menselijke invloed helemaal nooit sprake kan zijn van klimaatverandering. ‘Het klimaat verandert altijd – regionaal en mondiaal, en op alle mogelijke tijdschalen’, zegt paleoceanograaf Appy Sluijs van de Universiteit Utrecht.

Dat roept de vraag op wat er zou gebeuren als er helemaal geen mensen waren. Hoe zou het aardse klimaat zich dan ontwikkelen? Door welke geologische en kosmische invloeden wordt dat bepaald? En hoe snel zou het allemaal gaan? Tijd voor een gedachtenexperiment.

1. Aardmagnetisch veld

Laten we beginnen met een klein effect. Het magnetisch veld van de aarde is niet constant. In de laatste paar eeuwen is de sterkte met een kleine 10 procent afgenomen. Als die afname doorzet, zou er in de toekomst misschien sprake kunnen zijn van een ‘magnetische omkering’, waarbij de magnetische noord- en zuidpool van plaats veranderen. Tijdens zo’n omkering is de globale veldsterkte heel gering, aldus de Utrechtse geofysicus Lennart de Groot, die onderzoek doet aan veranderingen in het aardmagnetisch veld. Zou dat van invloed kunnen zijn op het klimaat?

Misschien wel. Een geringe veldsterkte betekent namelijk dat kosmische straling – elektrisch geladen deeltjes uit het heelal – gemakkelijker de aardse dampkring kan binnendringen. Dat kan leiden tot meer wolkenvorming, een belangrijke factor in de klimaathuishouding. Met meer wolken reflecteert de aarde het zonlicht beter, waardoor de gemiddelde temperatuur aan het oppervlak zou kunnen veranderen.

‘Maar het gaat om een heel zwakke koppeling’, zegt De Groot. Volgens aardwetenschapper Frits Hilgen van de Universiteit Utrecht bestaat er ook geen verband tussen magnetische omkeringen in het geologische verleden en ingrijpende klimaatveranderingen of grote uitstervingsgolven op aarde. Niet iets om ons zorgen over te maken dus.

2. De grillige zon

Belangrijker is het veranderlijke gedrag van de zon – uiteindelijk de motor van het aardse klimaat. De activiteit van de zon (het aantal zonnevlekken, zonnevlammen en uitbarstingen) gaat eens in de elf jaar omhoog en omlaag en tijdens een maximum komt er iets meer zonne-energie op aarde terecht dan gemiddeld. Het is misschien geen toeval dat de Elfstedentochten die in de vorige eeuw zijn gereden bijna allemaal plaatsvonden tijdens een periode van lage zonneactiviteit.

Op de langere termijn zijn de variaties groter. Eind 17de en begin 18de eeuw was er sprake van een langdurig minimum en was het – in elk geval in Europa – tientallen jaren lang bijna een graad kouder dan normaal. Volgens zonnefysicus Kees de Jager (eerder dit jaar op 100-jarige leeftijd overleden) en zijn Argentijnse collega Silvia Duhau stevent de zon opnieuw af op zo’n ‘diep minimum’ en dus staat er misschien een nieuwe ‘Kleine IJstijd’ voor de deur.

De Jager en Duhau baseren zich op metingen aan het polaire magneetveld van de zon. In het boek Solar Magnetic Variability and Climate, dat ze eind 2020 publiceerden samen met Ad Nieuwenhuizen van ruimteonderzoeksinstituut SRON, doen ze voorspellingen voor de komende tien zonnemaxima. Aan het eind van deze eeuw verwachten ze een uitzonderlijk lage activiteit. ‘Mijn gevoel is dat dit onvoldoende wordt meegenomen in de IPCC-rapporten’, zegt Nieuwenhuizen daarover.

Afgelopen voorjaar publiceerden Japanse onderzoekers vergelijkbare voorspellingen in Nature Scientific Reports, op basis van onderzoek aan boomringen. Die laten zien dat de zon zich de afgelopen decennia net zo gedraagt als in de aanloop naar de vorige Kleine IJstijd. Ook Kiran Jain van het Amerikaanse National Solar Observatory ziet aanwijzingen voor een nieuw diep minimum later deze eeuw, in metingen aan trillingen in het inwendige van de zon. ‘We zien in de afgelopen twee zonnecycli een afnemende trend in die helioseismische data’, zegt ze. Jain en haar collega’s hopen hun bevindingen binnenkort te publiceren.

Hoe groot het klimaateffect van zo’n langdurig minimum is, valt overigens nog te bezien. ‘We kennen geen grote mondiale klimaatveranderingen in de afgelopen tienduizend jaar, ondanks alle variaties in zonneactiviteit,’ zegt Sluijs. Bovendien was de Kleine IJstijd waarschijnlijk een regionaal verschijnsel. Maar Jains co-auteur Mausumi Dikpati van de Amerikaanse University Corporation for Atmospheric Research ziet dat anders. ‘De meerderheid van de onderzoekers is het erover eens dat er een relatie is tussen de zonnecyclus en het aardse klimaat,’ zegt ze.

3. Baan en stand van de aarde

Waar eigenlijk niemand aan twijfelt, is de invloed van trage veranderingen van de (ellipsvormige) baan van de aarde om de zon en van de stand van onze planeet in de ruimte. Het klimaat op aarde wordt aangedreven door de hoeveelheid straling die we van de zon ontvangen en de manier waarop die verdeeld is over het aardoppervlak. Die veranderen als de aardbaan van vorm verandert, of als de aardas een andere oriëntatie in de ruimte inneemt.

De excentriciteit van de aardbaan neemt heel geleidelijk af: de baan wordt steeds cirkelvormiger. Ook de scheefstand van de aardas, bekend van de wereldbol op school, wordt langzaam maar zeker iets kleiner. Bovendien vertoont de aardas een heel trage tolbeweging. Honderd jaar geleden suggereerde de Servische geofysicus Milutin Milanković dat die drie periodieke veranderingen aan de basis liggen van de ijstijden die ongeveer eens in de honderdduizend jaar optreden. ‘Daar zijn steeds meer mensen van overtuigd,’ zegt Hilgen.

Hilgen werkt samen met astronomen om miljarden jaren oude aardlagen te dateren. Ook daarin zijn die Milanković-cycli te herkennen. Voor elke breedtegraad op aarde valt nauwkeurig de bijbehorende variatie in de instraling van de zon te berekenen, en dat werkt voor de toekomst net zo goed. Op dit moment zitten we in een relatief warme ‘tussenijstijd’, en als er geen mensen op aarde waren, zouden we over pakweg tienduizend jaar weer richting een nieuwe ijstijd gaan.

De vraag is alleen of die nog wel optreedt, gezien de huidige snelle ‘antropogene’ opwarming. Uiteindelijk gaat het CO2-gehalte in de dampkring wel weer omlaag dankzij geologische processen zoals verwering en gebergtevorming, zegt Hilgen, maar die natuurlijke regulering verloopt heel langzaam. Bovendien is onduidelijk wanneer er onomkeerbare kantelpunten worden bereikt, bijvoorbeeld door het vrijkomen van het broeikasgas methaan uit smeltend permafrost.

4. De lange termijn

Op de extreem lange termijn zal de aarde sowieso opwarmen, ook zonder menselijke bemoeienis. De zon is in de afgelopen paar miljard jaar steeds feller gaan schijnen en zal dat de komende paar miljard jaar ook blijven doen, net als veel andere sterren. Zo’n 700 miljoen jaar geleden was de aarde miljoenen jaren lang vrijwel volledig bevroren, maar zo’n ‘Snowball Earth’ gaan we nooit meer meemaken; ‘daarvoor is het tegenwoordig veel te warm’, zegt Sluijs.

Astronomen schatten in dat de zon over pakweg 800 miljoen jaar heet genoeg is om de oceanen langzaam maar zeker te verdampen. Uiteindelijk zal de aarde droogkoken, net als buurplaneet Venus, en is er geen leven meer mogelijk. Dat betekent natuurlijk niet dat het geen zin heeft om de huidige kortetermijnopwarming tegen te gaan.

Volgens Hilgen maakt het IPCC dankbaar gebruik van de resultaten van geologisch en paleoceanografisch onderzoek. Eerdere periodes van natuurlijke opwarming en bijbehorende zeespiegelstijging – soms ten gevolge van verhoogde vulkanische activiteit of andere geologische processen – geven een beter beeld van wat ons in de toekomst mogelijk te wachten staat. Zo was er 56 miljoen jaar geleden ook sprake van een forse temperatuurtoename, al ging die wel tien keer zo traag als nu. Die opwarming en de daarmee gepaard gaande verzuring van de oceanen hadden enorme veranderingen in ecosystemen tot gevolg. ‘Werkelijk alles is aan elkaar gerelateerd’, zegt Sluijs, ‘dat is ook het gevaarlijke. Als het CO2-gehalte verandert, verandert alles – dát is de belangrijkste les uit het verleden.’

Alternatieve waarheid

Astronomische en geologische verklaringen voor de opwarming van de aarde zijn altijd populair geweest onder ‘klimaatsceptici’. Die zijn er niet van overtuigd dat de huidige klimaatverandering te wijten is aan de mens – het is veel makkelijker als je de kosmos de schuld kunt geven. (Er zijn zelfs mensen die blijven volhouden dat er helemaal geen sprake is van een versterkt broeikaseffect.) Ook zonnefysicus Kees de Jager meende twintig jaar geleden nog dat de toename van de gemiddelde wereldtemperatuur voornamelijk te wijten zou kunnen zijn aan de hogere zonneactiviteit in de 20ste eeuw. Later concludeerde hij toch dat de mens zelf de belangrijkste factor was.

De Deense natuurkundige Henrik Svensmark was lange tijd de gevierde held van de klimaatsceptici. Svensmark suggereerde in 2007 dat de zon via zijn magnetisch veld indirect van invloed is op de hoeveelheid kosmische straling (elektrisch geladen deeltjes uit het heelal) die de aarde bereikt. Een hogere zonneactiviteit betekent een sterker magnetisch schild, minder kosmische straling en daardoor minder wolkenvorming in de aardse dampkring, en dus een hogere gemiddelde wereldtemperatuur. Zo zou de invloed die de zon zélf al heeft nog eens versterkt kunnen worden. Sindsdien zijn er veel onderzoeken gepubliceerd die geen spaan heel laten van het idee. De hoeveelheid kosmische straling op aarde is in de laatste decennia om onduidelijke redenen zelfs toegenomen.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden