De aarde bevindt zich al ongeveer 12.000 jaar in het tijdperk van het Holoceen, een warmere periode die volgde op een ijstijd. Tijdens deze periode waren er echter ongeveer 22 abrupt optredende koudere fasen, die tot enkele eeuwen duurden en leidden tot de uitbreiding van gletsjers.
"Tot nu toe was er geen overtuigende verklaring voor dit fenomeen. Het leek altijd of er iets ontbrak", zegt de door de SNF gefinancierde Alice Paine van de Universiteit van Basel. Er werd onder meer vermoed dat ijsschotsen die naar het zuiden drijven, fluctuaties in zonneactiviteit of veranderingen in oceaanstromingen invloed hadden.
De postdoc onderzocht samen met een internationaal team een ander idee in meer detail: de activiteit van vulkanen. Hun in het vakblad Nature Communications gepubliceerde studie* toont aan dat uitbarstingen zeer waarschijnlijk de oorzaak waren voor de langdurige koudeperiodes. De onderzoekers leveren ook een overtuigende verklaring voor het mechanisme erachter.
Gelijktijdige vulkaanuitbarstingen en gletsjeruitbreiding
Het team verzamelde uit verschillende bronnen alle informatie over sterke vulkaanuitbarstingen in het Holoceen. Hiervan waren er 51, veel daarvan in de westelijke Stille Oceaan langs de zogenaamde Pacifische Ring van Vuur. In deze regio bevinden zich veel actieve vulkanen, omdat daar aardkorstplaten tegen elkaar botsen en over elkaar heen schuiven, wat enorme, explosieve uitbarstingen kan veroorzaken.
De timing van de vulkaanuitbarstingen kon met behulp van ijsboorkernen uit de Arctische en Antarctische regio's en door datering van organische materialen in asafzettingen met zeer hoge nauwkeurigheid worden bepaald. Een bijgewerkte datering van het vulkanisch gesteente leverde aanvullende informatie.
Deze informatie vergeleken de onderzoekers vervolgens met het optreden van de langer durende koudeperiodes in het Holoceen. De datering van deze fasen gebeurde meestal op basis van informatie over de maximale uitbreiding van gletsjers. Dit gebeurde door middel van de analyse van morenen, het gesteentemateriaal dat de ijsvingers meeslepen.
Het resultaat: Meer dan tachtig procent van de gletsjeruitbreidingen vond plaats in dezelfde periode als minstens één van de vulkaanuitbarstingen. "Door de resultaten van onze statistische analyse te combineren met bestaande paleoklimatische reconstructies zijn we er zeer zeker van dat dit geen toeval is. Bovendien brengt de analyse ook alle bestaande inzichten in de mechanismen op één lijn", aldus Paine.
Temperatuurverhoudingen raken uit balans
Volgens deze brengt een vulkaanuitbarsting soms de energiebalans van de aarde zodanig in de war dat het klimaat wereldwijd verandert: Door de uitbarsting worden zwaveldeeltjes in de atmosfeer geslingerd die het invallende zonlicht reflecteren. Hierdoor koelt het aardoppervlak op het noordelijk halfrond af.
Het Arctische zee-ijs breidt zich uit, waardoor de oceaan minder warmte aan de atmosfeer afgeeft. Dit verandert de loop van de oceaanstromingen. Een regenrijk lagedrukgebied rond de evenaar verschuift bovendien naar het zuiden - en de koude zone breidt zich uit.
"De hele effecten versterken elkaar, het werkt volgens het sneeuwbalprincipe", aldus Paine. Op een gegeven moment is het zo koud dat de gletsjers beginnen te groeien, vooral in hogere gebieden zoals in Zwitserland.
Opdat dit gebeurt, moeten er echter enkele randvoorwaarden vervuld zijn. Is de vulkaanuitbarsting bijvoorbeeld te zwak, dan komen de zwaveldeeltjes niet tot in de bovenste atmosfeer. Is deze daarentegen te sterk, dan kan de stofkolom door het gewicht in elkaar storten, zodat er relatief weinig zwavel in de hogere atmosfeer belandt.
Paine benadrukt: Het fenomeen moet niet verward worden met wat er in 1816 in het "jaar zonder zomer" gebeurde. Toen leidde de uitbarsting van de vulkaan Tambora in het huidige Indonesië tot een temperatuurdaling van enkele graden, wat wereldwijd misoogsten en hongersnood veroorzaakte. Het effect duurde echter maar een jaar, totdat de stofdeeltjes weer uit de atmosfeer verdwenen waren.
Bij de langdurigere koudeperiodes is dit anders. "De zwaveldeeltjes zetten slechts de sneeuwbal in beweging. Maar hun effecten op het aarde-systeem houden decennia of zelfs eeuwen aan, lang nadat de deeltjes weer uit de atmosfeer gereinigd zijn."
Prognoses zijn moeilijk
Een grote vraag is of er in de nabije toekomst een door vulkanen veroorzaakte koudeperiode zou kunnen optreden. "Bij de door ons onderzochte gebeurtenissen bevond het klimaat zich als het ware in een natuurlijke staat," geeft de onderzoekster te bedenken. Momenteel zou het zich echter door de menselijke invloed in een nog nooit eerder vertoonde toestand bevinden.
Sommige onderzoekers geloven dat het klimaat daardoor bij gebeurtenissen zoals vulkaanuitbarstingen veel gemakkelijker zou kunnen kantelen. Anderen daarentegen beschouwen een vulkaanuitbarsting tegenwoordig slechts als een druppel op een hete plaat - gezien de momenteel plaatsvindende massale veranderingen in de atmosfeer. "Hoe meer ons klimaat verandert, des te complexer worden de processen," aldus Paine. "Hier is nog een enorme kenniskloof te dichten.".
Perscontact:
Alice R. Paine
Afdeling Milieuwetenschappen
Universiteit van Basel
Bernoullistrasse 32
4056 Basel
Tel.: +41 61 207 2880
E-Mail: alice.paine@unibas.ch