Zoek de zon op...

The role of the sun in climate change. Douglas V. Hoyt en Kenneth H. Schatten. Oxford University Press 1997. ISBN 0 19 509413 1. Prijs: ƒ 84,40.

'De grillige zon. De onthullende waarheid over het broeikaseffect.' Nigel Calder. Schuyt & Co/Natuur en Techniek 1997. ISBN 90 6097 453 2. Prijs: ƒ 69,50.

TWEE JAAR NADAT het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) vaststelde dat het eerste bewijs voor het optreden van een door de mens opgewekte klimaatverandering zich aftekende begint het wetenschappelijk voorbehoud jegens de theorie merkbaar aan kracht te winnen. Artikelen in Science en Nature van deze maand beschrijven forse klimaatveranderingen in het huidige millennium die zich binnen enige eeuwen voltrokken en die kennelijk niets met een menselijke invloed uitstaande hebben. Zij sterken het al door anderen uitgesproken vermoeden dat de - toch al bescheiden - aardse opwarming die voor de laatste 120 jaar is vastgesteld misschien maar ten dele met broeikasgassen te maken heeft.

Steeds sterker wordt de overtuiging dat de invloed van de zon op het klimaat door de grote aandacht voor broeikasgassen de laatste twee decennia te veel buiten de belangstelling is gebleven. Steeds sterker wordt het vermoeden dat de waargenomen opwarming ook, misschien zelfs vooral, aan een trendmatige verandering in de zonneactiviteit moet worden toegeschreven. Een keerpunt in de publieke belangstelling kwam van de lawaaierige presentatie van Nigel Calders boek over het werk van Deense onderzoekers die menen dat de wisselende invloed van de zon op de kosmische straling zijn weerslag vindt in de wisselende bewolkingsgraad boven de niet-tropische oceanen.

Het wonderlijke is dat het sinds 1800 nooit heeft ontbroken aan wetenschappers die overtuigd waren van een zonne-invloed op weer en klimaat en dat zij ook de laatst decennia volop hebben gepubliceerd. Er bestaan ook al geruime tijd nauwelijks weerlegbare statistische aanwijzingen dàt er een invloed moet zijn. Het recent verschenen boek The role of the sun in climate change van Douglas Hoyt en Kenneth Schatten geeft een indrukwekkend overzicht van de theorieën die in de loop van de tijd zijn ontwikkeld. Het boek wordt gepresenteerd als een historisch overzicht maar het stijgt daar duidelijk boven uit. Hoyt en Schatten zijn zelf bij toonaangevend zon-klimaat-onderzoek betrokken en zijn ervan overtuigd dat de invloed van de zon groter is dan wordt aangenomen. Zij hebben actief gespeurd naar steun voor hun theorie.

Dertig jaar nadat Heinrich Schwabe in 1843 concludeerde dat er een ritmiek van ongeveer 10 jaar zat in het voorkomen van zonnevlekken (waar Rudolph Wolf later 11 jaar van maakte) verscheen een gedegen studie van de hand van Wladimir Koppen die op grond van een lange reeks metingen vaststelde dat ook in de aardse oppervlaktetemperatuur een ritmiek van 11 jaar zat, en wel zo dat de hoogste temperaturen ruwweg samenvielen met een zonnevlekkenminimum (lokaal was er soms een faseverschil van een paar jaar).

Maar omstreeks 1920 ging deze 'negatieve correlatie' weer in het wetenschappelijk debat ten onder toen in nieuwe meetreeksen helemaal geen correlatie werd gevonden, ja sterker nog, toen er steeds duidelijker aanwijzingen kwamen voor een positieve correlatie. Dat is: extra warm als er juist veel vlekken waren. Dat laatste stelde de onderzoekers voor problemen omdat er tot in de jaren vijftig, en misschien wel later, meestal van werd uitgegaan dat de zonne-straling het geringst was als er veel vlekken waren, hoewel Charles Abbot aannemelijk had gemaakt dat het ook wel eens andersom kon zijn. Dat hij gelijk had bleek toen na 1978 de eerste satelliet-metingen ter beschikking kwamen. Inmiddels staat vast dat de zon gemiddeld genomen de meeste energie in de richting van de aarde en de andere planeten straalt als zij actief is, dus als er veel vlekken zijn. Het dempende effect van de vlekken wordt ruimschoots gecompenseerd door de begeleidende 'fakkels' (faculae): gebieden die feller stralen (en in een wat kortere golflengte) dan het zonoppervlak gewoonlijk doet. Wel kan bij het passeren van veel of erg grote vlekken de straling tijdelijk enige dagen of weken afnemen ('sunspot blocking'). Dat de zonneconstante, zoals die in de negentiende eeuw ten onrechte werd genoemd, in de loop van een cyclus van 11 jaar met zo'n 0,15 procent varieert is nu een geaccepteerd gegeven.

Het probleem is dat dit veel te weinig is om de temperatuureffecten op te wekken die in de praktijk gevonden worden. Met geavanceerde, gevoelige statistische methoden ontdekte Robert Currie (1974) in allerhande langlopende lokale temperatuurreeksen cycli van 10,5 tot 10,7 jaar met een amplitude van bijna 0,3 graad celsius. Dat is drie keer zoveel als Gerald North in 1983 als maximaal haalbare zonne-effect berekende voor de meest gevoelige plaats op aarde (de woestijn rond de Rode Zee).

Dat is de kern van het zonneraadsel: er is op diverse plaatsen een overtuigende en langdurende correlatie tussen zonnecycli en oppervlaktetemperatuur (en een reeks van ander indicatoren) maar kwantitatief klopt het niet. Hetzelfde geldt voor de lange-termijnveranderingen, dus voor veranderingen die zich over een tijdsspanne van meerder cycli uitstrekken. Door het tellen van zonnevlekken en het meten van de duur van de verschillende cycli (die in duur variëren van 10 tot 12 jaar) worden 'lange' trends in de zonneactiviteit zichtbaar die ook weer in aardse indicatoren zijn terug te vinden. Het meest tot de verbeelding spreekt de treffende relatie die de Denen Friis-Christensen en Lassen vonden tussen de lengte van de zonnecycli na 1860 en de jaartemperatuur van het noordelijk halfrond. De lengte van een cyclus blijkt een ruwe maat voor de hoeveelheid vlekken die deze oplevert, korte cycli hebben veel vlekken.

Ook het KNMI, dat het werk van de Denen deze zomer verifieerde en daarover vorige week verslag uitbracht, toont zich bij monde van onderzoeker Aad van Ulden onder de indruk van de door de Denen gevonden samenhang. Overigens wint deze volgens Van Ulden nog aan overtuigingskracht als men hem combineert met het temperatuureffect van stijgende concentraties broeikasgassen.

Pro forma behandelen Hoyt en Schatten nog een gevonden verband tussen de aardse temperatuur en de dynamiek van de zonnevlekken en de rotatiesnelheid van de zon voor zij stilstaan bij een van de meest intrigerende waarnemingen in het zon-klimaatonderzoek: de koude periode die samenviel met het zogenoemde Maunder Minimum dat door John Eddy (1976) is herontdekt. Toen Galilei voor het eerst in 1610 zonnevlekken waarnam volgde daarop een periode met een intense belangstelling voor de vlekken. Sinds 1610 zijn vrijwel geen jaren voorbijgegaan waarin niet uidrukkelijk over de vlekken wordt gerapporteerd. Maar tussen 1645 en 1715 blijken wonderlijk genoeg bijna nooit meer zonnevlekken te zijn waargenomen. Veel onderzoekers uit die tijd hebben zich explictiet over het ontbreken van de vlekken uitgelaten. Hoyt en Schatten hebben wat betreft weer nieuwe gegevens aan al bestaand materiaal toegevoegd.

Tegenwoordig wordt nauwelijks meer getwijfeld aan de afwezigheid van de vlekken. Ook dat het tijdens het Maunder Minimum opvallend koud was, staat wel min of meer vast. Dat is achteraf overtuigend te reconstrueren uit onderzoek aan jaarringen, ijsboringen en bodemmonsters van meren en zeeën. (Isotopenonderzoek toont overigens aan dat de 11-jaar-ritmiek in de zon gewoon bleef bestaan.)

SATELLIETOBSERVATIES

Tamelijk algemeen is het oordeel dat de wisseling in zonne-intensiteit op zichzelf de waargenomen lange-termijneffecten niet kan verklaren, al is recent in Science (26 september) van de hand van R.C. Willson een uitwerking van satellietobservaties verschenen waaruit zou zijn af te leiden dat de zonne-intensiteit over lange termijn sterker varieert dan gewoonlijk wordt aangenomen. Veel onderzoekers speuren nu naar een mechanisme dat het effect van de wisselende zonneactiviteit kan versterken. De Deense fysicus Henrik Svensmark kwam, geïnspireerd door Russisch onderzoek en in samenwerking met de genoemde Friis-Christensen en Lassen, tot de hypothese dat de door de zon veroorzaakte sterke variaties in kosmische straling het gezochte versterkingmechanisme vertegenwoordigen.

Zijn theorie is in het boek van Nigel Calder behandeld. Voorlopig zijn er meer aanhangers van de zogenoemde stratosferische beheersing van het klimaat. Die gaat uit van de waarneming dat de verhoudingsgewijs bescheiden hoeveelheid ultraviolette straling in het zonnespectrum in de loop van een cyclus een veel grotere variatie ondergaat dan de genoemde 0,15 procent, misschien wel enige procenten. Het merendeel van de extra UV-straling van een zonne-maximum wordt geabsorbeerd in de stratosfeer en kan daar, in een positieve terugkoppeling, de ozonvorming versterken, waardoor een beduidende extra opwarming van de stratosfeer ontstaat. Joanna Haigh heeft met een simulatiestudie (Science, 17 mei 1996) aannemelijk gemaakt dat de extra stratosferische opwarming uiteindeijk de ligging van de straalstromen beinvloedt.

Toch is het, zegt KNMI's Van Ulden, niet waarschijnlijk dat de sterke variatie in UV-straling de gevonden klimaateffecten volledig kunnen verklaren. “Misschien treedt een combinatie van invloeden op: UV, kosmische straling en de wisselende zonne-intensiteit zelf.”

    • Karel Knip