Koude en natte zon

Klimaat Met de dalende activiteit van de zon werd Europa 3.000 jaar geleden natter, kouder en winderiger. Zal dit zich straks herhalen?

‘We staan aan de vooravond van een groot natuurlijk experiment. De activiteit van de zon is veel minder dan hij in de afgelopen decennia was. Ik denk dat we een afkoeling krijgen. Ik kijk er naar uit maar vermoed dat de ontwikkelingen ons onaangenaam zullen verrassen.”

Dat zegt Bas van Geel, als palynoloog verbonden aan de Universiteit van Amsterdam maar in veel kringen vooral bekend als klimaatscepticus. Van Geel wantrouwt de klimaatverwachtingen van het VN-klimaatpanel IPCC. Het panel onderschat volgens hem de rol van wisselende zonneactiviteit, louter en alleen omdat die nog niet goed begrepen wordt en dus moeilijk is te kwantificeren. De invloed van de broeikasgassen waterdamp, CO2, methaan en lachgas laat zich veel makkelijker becijferen. Het is Van Geel, en veel klimaatsceptici met hem, niet ontgaan dat de gemiddelde temperatuur op aarde, na 30 jaar stijgen, al een jaar of tien niet meer verder oploopt en dat klimatologen daar niet goed raad mee weten. Ze schrijven het, bij gebrek aan beter, toe aan een verhoogde zwaveluitstoot van de industrie in China en India. De ‘sulfaataerosol’ die eruit ontstaat heeft een koelend effect.

Volgens Van Geel is er een aannemelijker verklaring: verminderde activiteit van de zon. Na vele decennia waarin die activiteit zeer hoog was en in de bekende elfjaarlijkse cyclus toe- en afnam trad na 2008 opeens een afwijkend lange periode van lage zonneactiviteit op. Een paar jaar waren nauwelijks zonnevlekken te zien en straalde de zon minder energie uit dan anders. Inmiddels wordt de zon weer actiever, maar het ziet ernaar uit dat we een ongekend laag zonnevlekken-maximum tegemoet gaan. De NASA heeft haar verwachtingen over het komende maximum al geregeld naar beneden bijgesteld. Sommige onderzoekers verwachten zelfs een Grand Minimum, een lange periode van minimale zonneactiviteit, zoals tussen 1645 en 1715. Die periode, het Maunder Minimum genoemd, ging gepaard met strenge winters.

Verminderde zonneactiviteit gaat in onze omgeving (West- en Midden-Europa) gepaard met meer regen en wind en een daling van de temperatuur. In die overtuiging leeft Van Geel al sinds de jaren negentig toen hij bij onderzoek aan veenmonsters ontdekte dat zich omstreeks 850 jaar v.Chr. een opvallende klimaatverandering had voorgedaan. De omslag valt af te leiden uit veenmonsters uit West-Friesland en Overijssel, uit bodemonderzoek in de Russische deelrepubliek Tuva, uit reconstructies van de waterstanden in Zwitserse en Franse meren en de ligging van de boomgrens in de Alpen. Steeds blijkt rond dezelfde tijd een opvallende vernatting van het klimaat op te treden.

Kosmische straling

Aanvankelijk is de kennis over de – inmiddels onbetwiste – abrupte klimaatomslag gebruikt om er allerlei historische gebeurtenissen mee te verklaren. Waarom de Bronstijd-boeren in West-Friesland weg moesten uit een gebied waar ze eeuwen hadden gewoond, waarom het Aziatische ruitervolk de Scythen Mongolië verliet, enzovoorts. De belangsteling voor de omslag groeide toen duidelijk werd dat deze samenviel met een lange periode van lage zonneactiviteit, inmiddels het Homerisch Minimum genoemd. Een periode van lage zonneactiviteit wordt in bodem-, boom- en ijsmonsters herkend aan verhoogde concentraties van de isotopen koolstof-14 en beryllium-10. Die stoffen ontstaan onder invloed van kosmische straling uit de ruimte, de straling wordt in de atmosfeer intenser als de zon minder actief is.

Er is maar heel weinig verschil is tussen de totale hoeveelheid straling die de actieve en niet-actieve zon uitstraalt (het scheelt maar 0,1 procent)> Maar er zit aanzienlijk meer variatie in het aandeel ultraviolette straling in het zonlicht: vele procenten. Aangenomen wordt dan ook dat de zonsinvloed op klimaatverandering komt van het wisselend UV-aanbod. UV speelt een rol in aanmaak en afbraak van het gas ozon en bepaalt in hoge mate de temperatuur van de stratosfeer. Computermodellen hebben aangetoond dat variaties in het UV-aanbod uiteindelijk de luchtcirculatie aan het aardoppervlak kunnen beïnvloeden.

Voor Bas van Geel staat de samenhang tussen de plotselinge vernatting van 850 v.Chr. en de afgenomen UV-straling vast. Als co-auteur van een artikel in Nature Geoscience geeft hij zijn stelling deze week nieuwe ondersteuning. Samen met een onderzoeksgroep van het Helmholtz-Zentrum Potsdam analyseerde en interpreteerde hij de afwisseling van sliblaagjes in een boorkern uit het bodemsediment van een kratermeer in de Duitse Eifel: het diep gelegen Meerfelder Maar. De laagjes bestaan vooral uit de skeletjes van afgestorven siliciumhoudende algen (diatomeeën) die jaarlijks na hun bloei naar de bodem zakken. Meestal zijn de jaarlaagjes ongeveer 2 mm dik, maar rond 800 voor Chr. worden ze opeens 1,35 mm dikker. Twee eeuwen lang blijven ze extra dik, dan zakken ze weer terug naar de eerdere dikte.

Op grond van allerlei technische overwegingen leiden de onderzoekers eruit af dat het in die twee eeuwen krachtiger woei dan voorheen. Daardoor werd het water in het Meerfelder Maar beter gemengd (kennelijk zonder de afzetting van de sliblaagjes te hinderen) en konden de algen beter groeien. Het jaarlijkse bezinksel nam toe. Essentieel is dat de laagjes uit die periode een ongewoon hoog gehalte beryllium-10 bezitten. Ze ontstonden in een periode van verlaagde zonne-activiteit.

Luchtcirculatie

Het artikel in Nature Geoscience (met Celia Martin-Puertas als eerste auteur) voegt aan het veld- en laboratoriumwerk resultaten toe van modelanalyses. Die analyses stelden voor de afgelopen eeuw de typische verschillen vast tussen het klimaat bij een maximaal en minimaal actieve zon. Ze maken aannemelijk dat een minder actieve zon de neerslag in onze omgeving doet toenemen (door verandering van de luchtcirculatie). Elders op aarde, bij voorbeeld in de tropen, wordt het juist droger.

Toch is de conclusie van de auteurs – althans in het artikel zelf – behoedzaam. Men spreekt zich alleen uit over de invloed van verlaagde zonneactiviteit op de klimaatomslag van 2800 jaar geleden. Maar Van Geel toont zich er in het interview met deze krant van overtuigd dat de rol van de zon ook nu bepalend is en in elk geval veel groter is dan in IPCC-kringen wordt aangenomen. Het laatste IPCC-rapport van 2007 zag geen rol van betekenis voor de zon. “Volgens mij is een versterkingsmechanisme werkzaam dat we nog niet kennen.” Hij ziet met spanning uit naar de ontwikkelingen in de komende jaren, maar is zich ervan bewust dat de trage oceanen de veranderingen nog enige tijd zullen dempen.

KNMI-onderzoeker Rob van Dorland, om commentaar gevraagd, spreekt zijn bewondering uit voor het onderzoek aan het Meerfelder Maar. Hij is geneigd aan te nemen dat de gesignaleerde klimaatomslag inderdaad door verlaagde zonneactiviteit ontstond. Want ook hijzelf heeft modellen gemaakt die vergelijkbare effecten lieten zien (Geophysical Research Letters, 2003). De modelstudies die Martin-Puertas c.s. toevoegden vindt hij niet overtuigend, vanweg de onderlinge verschillen. “Maar mijn voornaamste punt is dat het hier om regionale effecten gaat, zoals de titel van de publicatie ook aangeeft. Tegenover vernatting en afkoeling op de ene plaats staat verdroging en opwarming in een ander gebied. Het IPCC heeft laten zien dat het mondiale effect van veranderingen in zonneactiviteit maar heel klein is.”

“En of er een Grand Minimum komt? Ik heb altijd van astrofysici gehoord dat de zonnedynamo die de activiteit van de zon bepaalt volkomen onvoorspelbaar is in zijn gedrag. Volgens mij kan niemand een Grand Minimum voorspellen.”

Maar volgens Bas van Geel heeft zonnevlekkenonderzoek van de laatste vier eeuwen aangetoond dat na een lang en diep minimum, zoals van de afgelopen jaren, altijd een laat en laag maximum volgt. “En dat gaat samen met afkoeling,” zegt hij.