Warme tijden, koude tijden

Atmosphere, climate, and change; Thomas E. Graedel & Paul J. Crutzen, ix(i) 197 blz., ills. Freeman / Scientific American Library, New York and Oxford 1995. Prijs ¢8 19.95

Verandert het klimaat? Die tegenwoordig veel gestelde vraag is overbodig. Het klimaat verandert altijd, beter kan men zeggen: het schommelt, en wel tussen betrekkelijk nauwe grenzen. Er is geen enkele aanwijzing dat in de laatste vier miljard jaar de oceanen ooit aan de kook zijn geraakt, of dat de aarde van pool tot pool met een laag ijs bedekt werd.

Het klimaat is, net als het weer, een vergankelijk verschijnsel. Als het ijs van vaarten en plassen is weggesmolten, is de tastbare herinnering aan de winter ook grotendeels verdwenen. Met het klimaat - het algemeen beeld van het weer over langere tijd - ziet het er iets beter uit. Als de gletsjers zich terugtrekken, blijven de morenes als stille getuigen over. Iedere wandelaar in de bergen kent de grote stenen waar met verf een jaartal op geschreven is: tot hier lag het ijs nog in negentienzoveel. En nu moet de wandelaar nog een half uurtje in het dal naar boven klimmen, om de gletsjer te bereiken.

Er zijn nog heel wat meer sporen van klimaat in vroegere tijden overgeleverd. Dikke pakketten steenzout wijzen op een droog en warm klimaat. De tropische rifgordel is dikwijls goed te herkennen aan kalkgesteenten met een overvloed van fossiele koralen en andere rifbouwende organismen.

Ook langs chemische weg zijn soms gegevens over het voorbije klimaat te achterhalen. In zee levende organismen die een schaal van kalk (CaCO) of van kiezelzuur (SiO) vormen, nemen zuurstof uit het water op. Naast de 'gewone' zuurstof (O) bestaat een fractie van een procent uit de zwaardere isotoop O. De verhouding waarin organismen deze twee isotopen in hun schaal verwerken, is afhankelijk van de watertemperatuur.

Paleothermometer

Toen H.C. Urey dit verschijnsel in 1947 ontdekte schreef hij: plotseling besefte ik een paleothermometer in handen te hebben. Tot de eerste resultaten behoorde de vaststelling dat in de Krijtzee die 70 miljoen jaar geleden grote delen van westelijk Europa bedekte, een temperatuur van ca. 25 ß8C heerste. Het kooldioxydegehalte van de atmosfeer was toen driemaal zo hoog als thans.

Ook dat gegeven komt uit het onderzoek met behulp van isotopen, nu van koolstof. Het plantaardige plankton in de oceanen maakt voor fotosynthese gebruik van de in het water opgeloste CO, bij voorkeur met de isotoop C. Bij een verlaagd CO-gehalte van het water wordt ook CO gebruikt. De verhouding van deze beide isotopen is terug te vinden in het materiaal dat op de oceaanbodem wordt afgezet, en levert zo een gegeven voor het CO-gehalte van het oceaanwater, en tegelijkertijd voor dat van de atmosfeer, doordat er tussen deze beide evenwicht heerst.

Pas jaren na de ontdekking van Urey is een complicatie aan het licht gekomen. Behalve de temperatuur is ook de verhouding van de beide zuurstof-isotopen in het zeewater een factor die van invloed is op de verhouding in de schalen van organismen. In tijden met grote landijskappen wordt dit een factor van betekenis. Bij verdamping van zeewater verdwijnt er iets meer water met de lichte isotoop O. Direct als neerslag of via rivieren keert deze isotoop ook weer terug. Wordt er in die kringloop ergens gehamsterd - en dat is wat er gebeurt als zich op het land grote ijskappen ontwikkelen - dan keert een deel van het water met de lichte isotoop niet in de oceanen terug. Het zeewater wordt dus iets rijker aan de zware isotoop O. In de schalen van organismen is dit weerspiegeld. Voor de laatste miljoenen jaren, met grote en herhaalde fluctuaties in de omvang van landijskappen, betekent dit een bron van belangrijke gegevens.

De laatste decennia is de kennis van het klimaat met sprongen vooruitgegaan. In diezelfde tijd is het klimaat midden in de publiek belangstelling komen te staan. Hoe verheugend is het daarom dat twee vooraanstaande onderzoekers - Paul Crutzen heeft juist de Nobel-prijs ontvangen - een boek hebben geschreven dat helder uiteenzet hoe ingewikkeld het samenspel is van factoren die het klimaat maken.

De schrijvers hebben zich in hun loopbaan in de eerste plaats met de chemie van de atmosfeer beziggehouden. Hun belangstelling voor de atmosfeer verloochent zich niet, maar ook andere elementen in het aardse klimaatsysteem, zoals de oceanen en de biosfeer, krijgen de plaats die hun toekomt.

In de geschiedenis van het klimaat zou men drie tijdschalen kunnen onderscheiden, kort, middellang en lang. Bij schommelingen op een korte tijdschaal, decenniën tot eeuwen, denkt men direct aan de Kleine IJstijd. Hij is niet de schommeling van deze aard in de huidige tussenijstijd, een interglaciaal dat gewoonlijk Holoceen heet. Uit klimatologisch oogpunt vormen schommelingen op de korte tijdschaal nog het grootste probleem.

Gaan wij naar de middellange tijdschaal, tien- tot honderdduizend jaar, dan belanden wij bij de afwisseling van ijstijden en tussenijstijden. Met de verklaring hiervan zijn grote vorderingen gemaakt sinds de oceaanbodem overtuigende bewijzen heeft geleverd voor de invloed van de drie veranderlijke grootheden in de baan van de aarde om de zon.

Maar er zijn complicaties, meer dan aanvankelijk vermoed werd. De forse natuurlijke veranderingen in het koolstofdioxyde-gehalte van de atmosfeer waarmee de overgang van ijstijd naar tussenijstijd, en omgekeerd, gepaard gaat, wijst op intensieve wisselwerking tussen atmosfeer en oceaan. Astronomische factoren mogen dan de drijvende motor zijn achter de afwisseling van ijstijden en tussenijstijden binnen een ijstijdvak, er is meer aan de hand.

Lithosfeer

En tenslotte de schommelingen op lange termijn, tientallen tot honderden miljoenen jaren. Het ziet er naar uit dat men hier een verklaring in de mobiliteit van de lithosfeer moet zoeken. De lange warme intervallen in de aardgeschiedenis lijken te corresponderen met tal van andere verschijnselen - afnemend reliëf, overvloedig kalksedimentatie, brede rifgordel, uitgestrekte platzeeën - dat een verband voor de hand ligt.

Bekijken wij onze eigen tijd in het licht van de veranderingen op deze drie tijdschalen, dan is duidelijk dat wij ons op de lange tijdschaal in een koud interval bevinden, op de middellange tijdschaal in een interglaciaal, en op de korte tijdschaal in een wat mildere fase van een interglaciaal dat zijn hoogtepunt is gepasseerd.

In hun historische benadering komen de schrijvers bijna vanzelf tot een dergelijke rangorde van klimaatschommelingen. Een globale verkenning van de afwisseling van lange warme intervallen en kortere, maar toch nog wel tien miljoen jaar durende ijstijdvakken, leidt vanzelf tot een dieper gaande beschouwing van het kouder wordende klimaat waarin de aarde sinds het Krijt verkeert.

De schrijvers trekken de lijn dan door naar de nabije toekomst, de tijd zoals zij het noemen, waarin onze kinderen, kleinkinderen en achterkleinkinderen zullen leven, om te eindigen met een blik in de verre toekomst, miljoenen en miljarden jaren vooruit.

Mij is geen boek bekend dat zo degelijk en helder, en zo goed voorzien van de illustraties, het ingewikkelde spel van ons klimaat onthult. Het is te hopen dat het in ruime kring gelezen wordt.