IJstijden en de Milankovitch Cycli

Wist je dat de aarde eigenlijk een beetje wiebelt? En dat de baan van de aarde rond de zon, geleidelijk van vorm verandert?

We gaan kijken naar de hele grote tijdsschaal waarop onze aarde beweegt ten opzichte van de zon. Het klinkt misschien een beetje gek, maar van tijd tot tijd wiebelt de aardas een beetje en dat heeft invloed op bijvoorbeeld het ontstaan van een ijstijd. Ook is de baan die de aarde draait om de zon, niet altijd gelijk van vorm. Al deze relatief kleine veranderingen kunnen samenkomen, en een tikje geven aan de energiebalans van de aarde. Want als de energie die in onze atmosfeer binnenkomt (de inkomende straling van de zon) niet gelijk is aan de energie die er weer uitgaat (die uitstraling van warmte vanuit de aarde de atmosfeer uit) dan gaat de aarde opwarmen ofwel afkoelen. En dat heeft op zeer lange termijn flinke gevolgen…

Laten we eerst even wat meer in detail gaan kijken wat de aardas betekent voor ons klimaat. Gedurende het jaar blijft de aardas in dezelfde hoek staan (zie het eerste plaatje, met de aardas bedoelen we een virtuele lijn van zuid naar noord). Wat gebeurt er nu als de aardas een beetje wiebelt? Zodra de aarde iets schuiner komt te staan, dan betekent het dat de verschillen tussen zomer en winter extremer worden. Bij een iets rechtere aardas krijgen we juist minder verschillen in temperatuur tussen de seizoenen.

Het wiebelen
In het jaar 1879 werd Milutin Milankoviç geboren, en hij ontwikkelde zich aan de universiteit van Wenen tot een wiskundig genie. Heel zijn leven heeft hij besteed aan het onderzoeken van de variaties in de baan van de aarde om de zon. En hij kwam er dan ook achter dat de hoek van de aardas tussen de 22.1 en 24.5 graden ligt. Momenteel is de hoek van de aardas 23.5 graden dus we zitten zo’n beetje in het midden van de cyclus. Maar… we hebben het hier niet over veranderingen van de ene op de andere dag. Eén hele cyclus bestaat namelijk uit 41.000 jaar! We noemen dit fenomeen: obliquiteit.

De beweging van de aarde in zijn geheel
De heer Milankoviç ontdekte nog 2 belangrijke dingen die invloed hebben op de hoeveelheid zonnestraling die bij ons binnenkomt. De aarde draait elke dag ongeveer één keer rond (in 23 uur, 56 minuten en ongeveer 4 seconden is het rondje gemaakt). Dat wist hij ook al, maar hij kwam erachter dat de aardas zelf ook ietwat ronddraait. Een tol is daarbij een goed voorbeeld. Die draait zelf snel rond, maar ook de as van de tol maakt een veel rustigere draaiende beweging. Dit doet de aarde ook! Het heeft geen directe invloed op de inkomende zonnestraling, maar indirect wel. De hoek van de aardas verandert immers niet, maar de plek waarop de meeste instraling plaatsvindt wel. Een oceaan is wat donkerder van kleur en mede daardoor neemt deze gemakkelijker warmte op dan land. De plek van instraling is dus zeker van belang voor de hoeveelheid warmte die opgenomen wordt en heeft zo ook weer invloed op luchtstromingen bijvoorbeeld. De draaiing van de aardas wordt precessie genoemd. Eén heel ‘tolrondje’ vindt elke 26.000 jaar plaats.

Van een ovaal naar een bijna-cirkel
Een derde factor die Milankoviç ontdekte betreft de baan van de aarde rond de zon. Deze is niet volledig rond, maar een ovaal, en verandert ook soms van vorm. Stel je eens een ovaal voor, en plaats daar de zon in het brandpunt. Dan zie je dat de aarde aan 1 kant van de ellips dichter bij de zon staat en aan 1 kant juist verder van de zon af staat. Op dit moment is het verschil in inkomende zonnestraling tussen het verste punt en het meest dichtbije punt zo’n 6.8%, de baan is bijna cirkelvormig. In een tijdspanne van 100.000 jaar verandert deze cirkel een klein beetje van vorm en wordt geleidelijk meer een ellips om daarna weer terug te keren naar een cirkelvorm. Dit heet de excentriciteit van de baan van de aarde en heeft veel invloed op de seizoenen. In een ellips zijn de verschillen tussen zomer en winter immers veel groter, waardoor de winter op de Noord- en Zuidpool veel kouder zal gaan verlopen.

IJstijden
De drie fenomenen samen worden de Milankovitch Cycli genoemd. De obliquiteit, precessie en de excentriciteit zijn van groot belang als we kijken naar het klimaat op een grote tijdsschaal. Wanneer de drie cycli samenkomen dan kan dit een ijstijd uitlokken. Dit is in het verleden ook gebeurd en de Milankovitch cycli lijken de aangewezen factor te zijn voor de afgelopen 4 ijstijden. Dit betekent niet direct dat de samenkomst van deze drie factoren meteen voor een enorme koude zorgen. Wel zorgen ze ervoor dat de temperatuur iets daalt, of dat de luchtstromen iets veranderen, waardoor er bijvoorbeeld meer sneeuw valt. Als er een groter oppervlak op aarde wit is, wordt er meer zonlicht weerkaatst waardoor het nog kouder wordt. Zo valt er meer neerslag in de vorm van sneeuw, waardoor er nog meer zonlicht weerkaatst wordt… Zo’n ijstijd zette zich vrij snel in, en duurde in het verleden wel 100.000 jaar (zie grafiek). Milankovitch cycli kunnen even zozeer zorgen voor het begin van een ijstijd als wel voor het einde. Met meer instraling, smelt meer ijs, is er een groter donkerder oppervlak aanwezig dat beter warmte absorbeert waardoor meer ijs smelt. Deze terugkoppelingen zijn zeer belangrijk voor de aarde.

Gevolgen voor ons op korte termijn?
De drie fenomenen moeten redelijk samen uitkomen, willen de omstandigheden gunstig zijn voor een ijstijd. Er wordt gespeculeerd dat dit zo is, maar toch liggen ze nog met zo’n 10.000 jaar uit elkaar. Waarschijnlijk is het gecombineerde effect dus te zwak om een koude periode uit te lokken. In dit geval hebben we het dus over de komende tienduizenden jaren. We leven echter nu, en los van deze natuurlijke fenomenen, nemen elke dag de CO2 waarden in de atmosfeer nog steeds toe. Hierdoor loopt de temperatuur op aarde juist op. Een soortgelijke situatie waarin de mens een sterke invloed had op het klimaat, is nog nooit eerder voorgekomen. Wat er dus in de zeer verre toekomst gaat gebeuren is onzeker, maar als de trend zich op korte termijn voortzet, dan is het juist de mens die het klimaat verandert, en zeker niet de Milankovitch cycli. 

De foto van de voorpagina is gemaakt door Dita Modderkolk te Renkum en komt uit ons archief. Overige bron: Hays, Imbrie and Shackleton, 1976. Variations in the earth's orbit: Pacemaker of the Ice Ages.