Magistraal stralende zon

Reconstructie van de magnetische activiteit van de zon wijst op een uitzonderlijk hoge huidige activiteit. Maar de recente opwarming van de aarde komt door iets anders.

NOOIT EERDER in de afgelopen 8.000 jaar was de zon zó `actief' als de afgelopen 70 jaar. Maar de kans dat de zon nog een halve eeuw langer zo actief blijft is maar een paar procent. Dat concluderen Duitse, Finse en Zwitserse onderzoekers in Nature (28 oktober). Vorig jaar hadden onderzoekers uit dezelfde groep al aannemelijk gemaakt dat de zon zeker de laatste 1.150 jaar niet zo actief was als nu. De hoeveelheid zonnevlekken is de gangbaarste maat voor die activiteit.

De onderzoekers reconstrueerden deze maal de variaties in magnetische zonneactiviteit voor een tienmaal langere periode: 11.400 jaar. Dat is praktisch gesproken het hele Holoceen, de tijd na de laatste ijstijd. Voor de onderzochte periode geldt dat de zon in maar tien procent van de tijd even actief was als nu. En dat betreft dan bijna uitsluitend het oudste deel van het Holoceen, meer dan 8.000 jaar geleden. De huidige hoge zonne-activiteit is uniek in zijn sterkte en duur.

variaties

De constatering is koren op de molen van `klimaat-sceptici' die variaties in de zonne-activiteit als de voornaamste verklaring beschouwen voor klimaatverandering. Inclusief de huidige. Het is zeker daarom dat zowel het onderzoeksartikel zelf als het begeleidend commentaar al in de eerste zinnen benadrukt dat de huidige opwarming per se niet uit de toegenomen zonne-activiteit valt te verklaren. De recente opwarming (na 1970) kan hoogstens voor 30 procent door de zon zijn veroorzaakt, de rest komt toch vooral van het versterkte broeikaseffect.

Sami Solanki van het Max Planck-instituut voor zonnesysteemonderzoek (Katlenburg-Lindau) en Ilya Usoskin van de universiteit van Oulu gebruikten, met collega's, het gehalte aan C (een zwak radioactieve koolstof-isotoop) van jaarringen uit oud hout als uitgangsmateriaal. Dat was een al bestaande databank die de basis is voor de bekende C-dateringstechniek. Dankzij de aanwezigheid van jaarringen is van heel veel oud of fossiel hout precies te achterhalen in welk jaar welke jaarring werd aangelegd. Het is technisch mogelijk het C-gehalte van elke afzonderlijke jaarring te bepalen. Omdat de bomen het C destijds in de vorm van CO2 (kooldioxide) binnenkregen valt, met wat voorbehoud, een reconstructie te maken van het C-gehalte van het atmosferische CO2 in vroegere eeuwen en millenia. Daarmee kan de onderzoeker – in omgekeerde volgorde – uit het C-gehalte van willekeurige fossiele vondsten de leeftijd van die vondsten af te leiden (voor zover het om organisch materiaal gaat). Dat is die dateringstechniek.

Daarnaast is het mogelijk gebleken uit het gereconstrueerde C-gehalte van het atmosferisch CO2 af te leiden hoe sterk destijds de kosmische straling was die in de aardatmosfeer doordrong. Want het C wordt op grote hoogte, vooral in de stratosfeer en boven de beide polen, gevormd door de directe en indirecte invloed van kosmische straling (vooral protonen en heliumkernen) op stikstof. Het in C omgezette stikstof reageert onmiddellijk met zuurstof tot CO2 en mengt snel door de hele atmosfeer.

Na 1900 is een storing op het directe verband tussen C-hoeveelheid en kosmische straling gekomen van de grootschalige verbranding van fossiele brandstof die arm is aan C (het Suess-effect) en tussen 1945 en 1980 door de bovengrondse kernproeven die juist weer veel C toevoegden. De onderzoekers hebben hiermee rekening gehouden. Verder zijn ze er vooralsnog vanuitgegaan dat in het patroon van 3-dimensionale oceaanstromingen tijdens het Holoceen geen verandering optrad. Oceanen kunnen veel C toevoegen of onttrekken.

Kosmische straling bereikt de aarde vanuit supernova en andere energetische bronnen in het melkwegstelsel. Voor het tijdsinterval dat hier beschouwd wordt geldt deze bron als constant. Toch dringt niet steeds evenveel kosmische straling de atmosfeer binnen want op de – elektrisch geladen – deeltjes werken magnetische krachten: die van het aardmagnetisch veld en die van de zon. Hoe sterker het aardse magnetisch veld hoe meer kosmische straling wordt afgebogen en hoe minder doordringt in de atmosfeer. Onderzoek aan restmagnetisme in sedimenten, in gestold lava en in overblijfselen van primitieve ovens (fire kilns) heeft aangetoond dat het aardmagnetisch veld tijdens het Holoceen steeds sterker werd, maar de afgelopen duizend jaar juist weer afzwakte. Ook met dit effect is rekening gehouden.

Wat er aan variaties in kosmische straling overbleef moest aan de invloed van de zon worden toegeschreven. Een magnetisch actieve zon drukt ook veel kosmische straling weg. Langs deze weg zijn de onderzoekers tot hun conclusies gekomen. Volledigheidshalve hebben ze de activiteit van de zon nog omgerekendnaar de meer herkenbare hoeveelheden zonnevlekken. Dat bood de mogelijkheid de reconstructies te toetsen aan de hoeveelheden zonnevlekken die sinds 1610 (Galilei) in een bijna ononderbroken inspanning zijn gemeten en het resulaat was bevredigend.

jaarringen

Een andere, maar niet geheel onafhankelijke, controle op de geldigheid van de methode komt van de reconstructie die Usoskin, Solanki e.a. vorig jaar maakten in Physical Review Letters (21 november 2003). Uitgangsmateriaal was toen de hoeveelheid beryllium-10 (Be) in boorkernen uit het ijs van Groenland en Antarctica. Ook dat ijs heeft jaarringen. En ook Be is een `cosmogeen isotoop', een isotoop dat door kosmische straling in de atmosfeer wordt opgewekt, maar het lot van Be in de atmosfeer is heel anders dan dat van C. Anderzijds maakten de onderzoekers voor hun reconstructies van precies dezelfde fysische modellen gebruik.

Dat de toegenomen zonne-activiteit toch niet de verklaring kan zijn voor de huidige opwarming hebben Sami Solanki en Natalie Krivova vorig jaar voorgerekend in de Journal of Geophysical Research (21 mei 2003) aan reconstructies die teruggingen tot 1856. Vooralsnog zijn maar drie invloeden van de zon op klimaat voorstelbaar: een actieve zon (met veel vlekken) geeft wat meer zonnestraling af en die kan de troposfeer rechtstreeks opwarmen. In de extra straling is het aandeel UV groter dan normaal, dat kan van invloed zijn op de chemie van de stratosfeer. En de actieve zon drukt kosmische straling weg waardoor wat minder makkelijk wolken ontstaan dan anders. De statistiek toont een ovetuigende zonneritmiek in de gemiddelde aardtemperatuur. In de heel elegante, maar waarschijnlijk niet waterdichte bewijsvoering van Solanki en Krivova werd steeds aangenomen dat geconstateerde temperatuur-ritmiek tussen 1856 en 1970 geheel door één van die drie effecten werd veroorzaakt. Daarna werd uitgerekend hoe groot dan per effect de maximale invloed op de temperatuur kon zijn ná 1970. Meer dan 30 procent was niet te verwachten.