BEGINNENDE IJSTIJD

In W&O van 6 maart schrijft A.J. van Loon onder het kopje `Afzettingen van kratermeer getuigen van beginnende IJstijd' onder andere: `dat het moet gaan om intern aangedreven, niet lineaire reacties van het klimaatsysteem'. Hoewel het hier om een reeks gaat die veel te kort is om een periodeduur nauwkeurig te bepalen, is het een interessante aanvulling op diverse gevonden reeksen uit sedimenten en gletsjers, waaruit steeds blijkt dat een periodeduur van ca. 100.000 jaar veel dominanter is dan door astronomische oorzaken verklaard kan worden. Bovendien hebben die astronomische verschijnselen zich vóór het begin van het ijstijdperk altijd al voorgedaan, zonder dat dit tot temperatuurschommelingen aanleiding gaf.

Over de verklaring hiervan heb ik, samen met collega Peter Westbroek en een student (Jeroen v.d. Sluijs) in oktober 1996 een artikel gepubliceerd in American Journal of Science: `Biogenetic Feedbacks in the carbonate-silicate. Geochemical cycle and the Global Climate'. In het kort komt het hierop neer:

1. De door de zon uitgestraalde energie is de afgelopen 3,5 miljard jaar met circa 30 procent toegenomen, maar dit heeft niet geleid tot een te verwachten temperatuurstijging.

2. `In den beginne' bestond de aardatmosfeer voor meer dan 90 procent uit koolzuurgas (CO2); dat is gedaald tot 0,03 procent nu.

3. De belangrijkste verklaring voor beide voorgaande feiten ligt in de `gesteentencyclus' en wel in de eerste drie fasen daarvan: verwering, erosie en afzetting op de zeebodem. Bij de verwerking wordt calciumsilicaat met CO2 en water omgezet in zand en dubbelkoolzure kalk, die door de erosie uiteindelijk in zee terechtkomen. Daar wordt het in water opgeloste dubbelkoolzure kalk omgezet in kalk, dat op de bodem bezinkt. De helft van de CO2 die gebruikt is bij de verwering komt hierbij weer in de atmosfeer terug, de andere helft blijft voor vele miljoenen jaren opgeslagen in grote hoeveelheden kalk.

4. Hoe sterker de zonnestraling wordt, hoe warmer het te verweren gesteente en hoe sneller de verwering. Hierdoor neemt de CO2-concentratie af en dus het broeikaseffect daarvan. Door deze negatieve terugkoppeling bleef de temperatuur op aarde nagenoeg constant.

5. Maar bij hogere temperatuur versnelt ook de kalkafzetting in zee, zodat er ook meer CO2 vrijkomt, dus meer broeikaseffect en een nog hogere temperatuur: een positieve terugkoppeling.

6. In een systeem waarin een positieve en een negatieve terugkoppeling in serie geschakeld zijn, kunnen sterke schommelingen optreden (`stabiele limiet cycli').

Zolang de CO2-concentratie hoog is, speelt de positieve terugkoppeling een te verwaarlozen rol, maar als deze beneden een kritische waarde daalt, dan zorgt de vrijkomende CO2 voor schommeling van zowel temperatuur als CO2-concentratie met een periodeduur van ca. 100.000 jaar. En dat is precies wat er zo'n twee miljoen jaar geleden is gebeurd.