Snelle kou

Vorige week ging `The day after tomorrow' in première. De film toont hoe het broeikaseffect de warme Golfstroom stillegt waardoor in een week een nieuwe ijstijd ontstaat. Wetenschappers reageren geërgerd, maar snelle klimaatomslag is wél een hot item.

`THE DAY AFTER TOMORROW' is een prachtige rampenfilm waarin veel omwaait en wegwaait, maar waarin toch alle Amerikaanse waarden overeind blijven: het gezin, de bijbel, kameradentrouw en kuisheid, de president en het leger. Zelfs de Cheney-achtige vice-president, die heel even niet lijkt te deugen, blijkt na het intreden van de nieuwe ijstijd geheel omgeturnd. Hij houdt, vanuit een vluchtelingenkamp in Mexico, een gloedvol pleidooi voor spaarzame omgang met grondstoffen. De president zelf is dan al met zijn escorte in de sneeuw vastgelopen en een kille dood gestorven.

Het bijzondere van de film, afgezien van de `special effects', is de grote aandacht voor abrupte klimaatverandering – gesteld tegenover de geleidelijke klimaatverandering die ons door de in VN-verband samenwerkende meteorologen en klimatologen in het vooruitzicht wordt gesteld als de uitstoot van broeikasgassen doorgaat. Je zou dat zelfs de verdienste van de film kunnen noemen als de filmmakers niet voor zo'n krankzinnig snelle klimaatomslag hadden gekozen: een nieuwe ijstijd binnen een week. Volgens de laatste inzichten is toch wel een jaar of tien nodig voor vergelijkbare temperatuurveranderingen.

versterkt

Geërgerde wetenschappers hebben in Science (16 april 2004) uitgelegd dat een abrupte klimaatomslag die mogelijkerwijs door het versterkte broeikaseffect kan worden opgewekt ook zeker niet zal leiden tot een nieuwe ijstijd, inclusief zoiets als de vorming van een ijskap op het noordelijk halfrond. Als er een afkoeling optreedt zal die hoogstens regionaal zijn en beperkt blijven tot West-Europa en het oosten van Noord-Amerika en dan vooral 's winters tot uiting komen. Zuidelijker op aarde zal het, conform het `seesaw-effect' (wip-effect, zie Science, 2 oktober 1998), juist warmer worden. Het versterkte broeikaseffect zal de komst van een nieuwe ijstijd, die onstuitbaar nadert, waarschijnlijk juist wat uitstellen en het huidige interglaciaal (het Holoceen) dus verlengen. IJstijden hangen volgens de theorie van Milankovitch samen met wijzigingen in de aardbaan en de stand van de aardas en de veranderde zonne-instraling die daarvan het gevolg is.

In hetzelfde nummer van Science fulmineerde een andere wetenschapper, de gedreven Wallace S. Broecker (zie kader), tegen een ander al te nonchalant rampenscenario dat in februari in het nieuws kwam: het rapport `An abrupt climate change scenario and its implications' van de consultants Peter Schwartz en Doug Randall. Dat is voorgesteld als een verontrustende `studie' van het Pentagon die zelfs `geheim' zou zijn maar die in feite al maanden op internet staat. Het is ook helemaal geen klimaatstudie maar een eigentijds staaltje consultancy: wat interviews, wat literatuuronderzoek en dan een snelle samenvatting die aan deskundigen wordt voorgelegd. In dit geval hebben de wetenschappers ongetwijfeld vreemd opgekeken. Maar alla, hebben ze gedacht, het is maar een militair-strategische denkoefening.

Schwartz en Randall zijn – terecht – overtuigd geraakt van het bestaan van `abrupte' klimaatverandering en hebben op verzoek van het Pentagon losjes in kaart gebracht wat er aan maatschappelijke ontwrichting en internationale spanningen valt te verwachten als het klimaat over een paar jaar werkelijk razendsnel zou veranderen. Als model kozen ze één van de recentste abrupte klimaatveranderingen die door geologen en paleoklimatologen zijn beschreven: de `8.2 ka cold event'. Dat is de koudeperiode die ongeveer 8.200 jaar geleden plotseling intrad, 100 jaar aanhield en waarschijnlijk het gehele noordelijk halfrond trof. De laatste ijstijd (Weichselien) was toen al zo'n drieduizen jaar voorbij.

Verschillende onderzoekers, waaronder Wallace Broecker, stellen zich voor dat de afkoeling het gevolg was van ingrijpende veranderingen in het stelsel van zeestromingen dat in de Atlantische Oceaan veel tropenwarmte naar het noorden voert. Die veranderingen zouden op gang zijn gebracht door het plotseling leegstromen van een reusachtig smeltwatermeer in de ijskap boven Canada. De twee consultants hebben op de achterkant van een sigarendoos bijgehouden waar het vervolgens droger en/of kouder zou worden en hoe daar hedentendage door de lokale bevolking op zou worden gereageerd. Het belooft niet veel goeds.

verdienste

Ook in dit geval is de verdienste van de studie vooral de aandacht die wordt geschonken aan het mogelijk abrupte van klimaatverandering. Het besef dat klimaten anders dan altijd werd aangenomen heel snel en zeer intens kunnen veranderen is pas een jaar of tien gemeengoed en nog steeds doen wetenschappers veel moeite om het nieuwe inzicht verbreid te krijgen. Een voorbeeld is het doorwrochte rapport `Abrupt climate change: inevitable surprises' dat in 2002 door de Amerikaanse National Academy of Sciences werd uitgebracht (www.nap.edu). Het is samengevat in Science van 28 maart 2003.

Eerste auteur Richard Alley onderstreept in zijn voorwoord van dat rapport hoezeer wetenschappers nog steeds verbaasd zijn over het feit dàt er abrupte klimaatomslagen bestaan en dat deze kennelijk ook door kleine, geleidelijke veranderingen in het klimaatsysteem kunnen worden opgewekt. Het klimaatsysteem blijkt vol onbekende kritische drempelwaarden te zitten. Worden die drempelwaarden overschreden dan ontstaat een overgang naar een geheel nieuwe fase met een snelheid die door het klimaatsysteem zelf wordt bepaald en altijd sneller dan de geleidelijke verandering die de aanzet tot de omslag was.

Dit laatste is in feite de definitie of afbakening van het nieuwe begrip. Die is zo ruim dat ook allerlei klimaatveranderingen in de moderne tijd (de periode van na 1890 waarvoor betrouwbare meting bestaan) eronder vallen. Voorbeelden zijn de plotselinge opwarming rond Groenland in de jaren twintig en de zogenoemde Dust Bowl in de VS een decennium later. Ook de droogte die de Sahel trof en de recente verzoeting van het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan behoren ertoe.

Maar deze moderne klimaatomslagen, hoe fors ook, zijn grotendeels regionaal van aard. Paleoklimatologisch onderzoek heeft overtuigende en schokkende aanwijzingen opgeleverd voor abrupte en ingrijpende klimaatveranderingen met een nagenoeg mondiaal karakter. Vooral het onderzoek aan boorkernen uit het 3.000 meter dikke landijs op Groenland (waarin elk afzonderlijk jaar tot 110.000 jaar terug als zodanig te herkennen is) heeft onweerlegbaar aangetoond dat er tijdens de laatste ijstijd snelle temperatuurveranderingen optraden. Indicatoren daarvoor zijn de verhouding waarin stabiele zuurstof- en stikstofisotopen voorkomen, maar ook makkelijker te interpreteren parameters als het stof- en zeezoutgehalte van het ijs of de hoeveelheid methaan in de luchtinsluitsels.

groenland

Naar de ontdekkers zijn de uiterst abrupt intredende warmere periodes, waarin de gemiddelde temperatuur boven Groenland binnen een decennium soms meer dan tien graden steeg, `Dansgaard-Oescher events' (D/O events) genoemd. Ze traden vooral op aan het begin en einde van de ijstijd maar kwamen ook voor in het aansluitend Holoceen. Van belang is dat de sporen van D/O events ook ver buiten Groenland zijn terug te vinden, zij het dat ze op het zuidelijke halfrond juist in verband staan met een afkoeling. Dat is weer de `bipolaire wip' (bipolar seesaw).

Ook plotselinge afkoeling was tijdens de laatste ijstijd op het noordelijk halfrond geen zeldzaamheid. Het voorkomen van zogenoemde `Heinrich events' is gebleken uit analyse van boorkernen uit het slib op de bodem van de Atlantische Oceaan. Zuidelijk tot voor de kust van Frankrijk zijn in het slib mineralen aangetroffen die onmiskenbaar vanuit Canada moeten zijn aangevoerd. Men neemt aan dat ze werden getransporteerd door ware armada's van ijsbergen die regelmatig en masse via de Hudson Straat de oceaan optrokken (ice-rafted debris). De Heinrich events vallen op hun beurt min of meer samen met plotselige opwarming rond de zuidpool.

De best beschreven abrupt ingetreden koudeperiode is de Jonge Dryas (Younger Dryas of Dryas-stadiaal) die ongeveer 12.800 jaar geleden begon. De aarde was toen al aardig op weg naar het huidige milde interglaciaal maar werd opeens door nieuwe felle kou getroffen. Die duurde 1.200 jaar en verdween plotseling in een snelle opwarming die veel weg heeft van een D/O event. (Ook de Jonge Dryas zou volgens sommigen door het leeglopen van een smeltwatermeer zijn veroorzaakt.)

Abrupte klimaatverandering kwam voor, daaraan valt niet te twijfelen. Het blijkt niet alleen uit ijskernen en analyses van bodemslib, maar ook uit onderzoek aan fossiel koraal, jaarringen in bomen, druipsteenpegels in grotten en het temperatuurprofiel in boorgaten. Over wàt nu de snelle veranderingen opwekte bestaat nog weinig zekerheid. Een probleem is dat ze tot op heden niet of onvoldoende in klimaatmodellen konden worden nagebootst of opgewekt (PNAS, 15 februari 2000). De modellen voorspellen en simuleren vooral geleidelijke klimaatverandering. Tegenstanders van de huidige broeikas-commotie (die sterk steunt op modelstudies) wijzen daar met gretigheid op (Fred Singer in Science, 1 augustus 2003). Want niet alleen is zo de beperkte waarde van klimaatmodellen aangetoond, tegelijk is duidelijk gemaakt dat niemand kan zeggen of het broeikaseffect een abrupte verandering teweeg zal brengen. Ondenkbaar is dat zeker niet.

De speurtocht naar het ontstaan van abrupte klimaatverandering is in volle gang en hij is, onzichtbaar voor het grote publiek, zeker zo spannend als de wetenschappelijke speurtocht die de rampenfilm laat zien. Vooralsnog is de inspanning gericht op het aantonen van de regelmaat en op een zo zorgvuldig mogelijke datering van de verschijnselen die met een zelfde klimaatomslag in verband staan. Als de precieze volgorde bekend is waarin ver uit elkaar liggende gebeurtenissen zich ontwikkelden is al veel gewonnen. Zo doet men veel moeite om te achterhalen of de uitstroom van ijsbergen die gepaard ging met de Heinrich events vooraf werd gegaan door een sterke lokale afkoeling of daarvan juist de oorzaak was (doordat de smeltende ijsbergen de zeestromingen beïnvloedden).

hoop

Een deel van de onderzoekers heeft de hoop gevestigd op een meer theoretische aanpak. Uitgaande van het bestaan van kritische drempelwaarden in het klimaatsysteem betogen zij dat elke abrupte klimaatverandering door zijn eigen `trigger' wordt opgewekt. De kleine verandering die de trigger teweeg brengt moet worden versterkt (amplified) en worden doorgegeven of meegedeeld aan de wijde omgeving. Daarna moet een mechanisme in werking treden dat de verandering bestendigt (dus een zekere hysterese aanbrengt). Kortom: klimaatomslag steunt op de samenwerking van een trigger, een amplifier (positieve terugkoppeling), een globalizer en een soort vliegwiel.

Aan mogelijke `triggers' is geen gebrek, die zouden kunnen bestaan uit verandering van de stand van de aardas, verschuiving van continenten, verandering in zonneactiviteit, vulkaanuitbarstingen, meteoriet- of komeetinslagen en natuurlijk ook de opstapeling van broeikasgassen. Ook de versterking van een eenmaal lokaal ingezette verandering is makkelijk voorstelbaar. Daar waar oceanen bevriezen zet de afkoeling makkelijk door omdat het sneeuwbedekte ijs veel zonlicht weerkaatst (ijs-albedo terugkoppeling) en contact met warm water wordt verhinderd. Lokale droogte breidt zich makkelijk uit omdat gestorven en verdwenen vegetatie geen water meer verdampt of vast kan houden. Enzovoort.

Maar geschikte `globalizers' en vliegwielen zijn veel moeilijker te vinden. Zij die menen dat de meeste historische klimaatomslagen hun oorsprong moeten hebben in het gebied van de Stille Oceaan waar het El Niño-effect immers nog steeds veel snelle veranderingen opwekt, kunnen geen goede globalizer en geen goed vliegwiel aanwijzen. Eigenlijk is er maar één stelsel dat deze twee functies tegelijk voor zijn rekening kan nemen, betoogt Wallace Broecker nog maar eens in Science (6 juni 2003). Dat is het wereldomspannende stelsel van drie-dimensionale oceaanstromingen dat omstreeks 1960 de thermohaliene circulatie (THC) is gedoopt. Lokale veranderingen die daarin optreden kunnen tot over zeer grote afstanden worden doorgegeven en ook erg lang in stand blijven. Afgaande op de artikelen die de laatste jaren in Nature, Science en de PNAS verschijnen vindt deze hypothese steeds meer steun.