Climate change: challenges and solutions week 2

Week 2: klimaatveranderingen in het verre verleden

4,5 miljard jaar lang reguleerde de aarde zelf het klimaatsysteem, al die tijd was er ook leven mogelijk op aarde terwijl daar de omstandigheden niet altijd naar leken te zijn, bijvoorbeeld in de tijd van de gigantische sneeuwbal toen onze hele planeet bedekt was met ijs. Om de werking van het klimaatsysteem in die 4,5 miljard jaar enigszins te beschrijven gaat het deze week over de werking van de feedbackloops en de sneeuwbalaardetheorie. Door deze verschijnselen toe te lichten krijgen we een kijk op het zelfregulerende vermogen van de aarde.

Feedbackloops
De kracht van de zon was 4,5 miljard jaar geleden 25/30% zwakker en toch was het warmer op aarde: de deken om de aarde was dikker. Toen de zon krachtiger werd, werd het niet evenredig warmer op aarde. Een kringloop van kooldioxide zorgde voor de juiste balans. Koolstofdioxide uit de atmosfeer overgedragen via de hydrosfeer werd opgeslagen in de lithosfeer, waardoor de deken dunner werd en de temperatuur lager. Dit verklaart hoe het klimaatsysteem zichzelf regelt. Dus hoewel de zon steeds helderder wordt, zien we toch geen evenredige stijging van de temperatuur op aarde. Dit is een klassiek voorbeeld van ‘negatieve feedback’. Toen de temperatuur van de aarde steeg, steeg ook de snelheid van de chemische verwering. De toename van de verwering op haar beurt slaagde in het opslaan van meer koolstof in de rotsen, zo verminderen de atmosferische niveaus van kooldioxide en dit verdunt de opwarmingsdeken rond de aarde waarmee de stijging van de temperatuur wordt tegengegaan. Toen de zon steeds helderder werd, zou zonder deze negatieve feedback de temperatuur tegenwoordig veel meer zijn gestegen.

Sneeuwbalaardetheorie
Terugkijkend: de aarde was 2,2 miljard en 700 miljoen jaar geleden een gigantische sneeuwbal: hoe kon dat ontstaan en bovendien, waarom verdween het ijs weer? Als er ‘iets’ aan de gang is om de planeet af te koelen, zoals de groei van continenten, neemt de verwijdering van kooldioxide uit de atmosfeer toe door verwering, dan neemt de ijsbedekking op de planeet ook toe, het wordt immers kouder. Maar als ijsbedekking toeneemt, verhoogt de reflectiviteit van het oppervlak ook. Deze reflectie vermindert de absorptie van zonlicht door het aardoppervlak en dus zakt de temperatuur verder, waardoor de ijslaag toeneemt, enzovoort. Dit levert een ‘positieve feedback’ op. Soms bedekte het ijs zelfs de tropen: de sneeuwbalaarde. Hoe verdween het dan weer, dus wat hield dit feedbackmechanisme tegen om de aarde permanent met ijs bedekt te laten zijn? Het antwoord ligt weer in de koolstofcyclus. Denk aan het chemische verweringsproces. Als we de aarde bedekken met ijs, dan roepen we het verweringsproces tot een halt, maar vulkanen pompen nog steeds kooldioxide in de atmosfeer. Omdat de gootsteen van kooldioxide is uitgeschakeld, bouwt de kooldioxide uit vulkanische activiteit zich op en op en op in de atmosfeer. Deze dikker wordende warmtedeken begint het ijs bij de evenaar te smelten. Zodra dit gebeurt, start hetzelfde feedbackmechanisme maar het werkt nu in de tegengestelde richting. De blootgestelde oceaan, een donker zeeoppervlak, absorbeert energie van de zon, smelt meer ijs. Met daarbij de hoge kooldioxideniveaus krijgen we een oververhitte wereld zonder ijskappen. Het is een beetje als vanuit het vriesvak direct de pan in.

Natuurlijke factoren beïnvloeden het systeem
Het klimaatsysteem op aarde kent mechanismen waardoor de aarde kan veranderen in een sneeuwbal of oververhit kan raken. Het klimaat van onze planeet veranderde dankzij natuurlijke factoren de hele geschiedenis door. Een gestaag ophelderen van de zon en twee belangrijke feedbackmechanismen wisselden het klimaat af van relatief warme tot koudere omstandigheden.

Klimaatgegevens
We houden data bij van het klimaat we weten dat het zonnestelsel invloed heeft op ons klimaatsysteem, net als feedbackmechanismen en de baan van de aarde om de zon. Maar als we kijken naar onze klimaatcijfers en –metingen van de laatste 100 tot 150 jaar kunnen we met deze natuurlijke factoren niet verklaren wat er gebeurt met de temperatuur op aarde.

Lees en bekijk:

http://www.bbc.co.uk/nature/ancient_earth/Snowball_Earth

http://www.metoffice.gov.uk/climate-change/guide/science/explained/observations

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Aerosols/

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/GlobalWarming/page3.php

http://www.giss.nasa.gov/research/briefs/schmidt_01/

http://web.utk.edu/~grissino/principles.htm#1

http://www.earthobservatory.nasa.gov/Features/Paleoclimatology_IceCores/

Scriptor volgt, vertaalt en schrijft over deze cursus.

Tags: artikel, atmosfeer, climate change: challenges and solutions, Exeter university, feedbackloop, klimaatsysteem, kooldioxide, Webboulevard online Magazine - Groen en duurzaam