Paleoklimatologie

De geschiedenis en de veranderingen van het klimaat.

Zo’n 2,5 miljard jaar geleden waren er al klimaatveranderingen. Aardwetenschappers van de Universiteit Utrecht en de Universiteit van Genève hebben voor het eerst aangetoond dat het klimaat op Aarde 2,5 miljard jaar geleden regelmatige veranderingen onderging. Lees het hele artikel op de website van de Faculteit Geowetenschappen van de Universiteit Utrecht.

Enorme ijsberg breekt af in het zuiden van Antarctica

Een enorme ijsberg van 1.636 vierkante kilometer groot drijft rond op de Zuidpool. De ijsberg is afgebroken van de Amery ijsvlakte. Het maakt deel uit van de natuurlijke cyclus en is dus niet het gevolg van de opwarming van de aarde. Het is echter wel een bijzonder fenomeen dat slecht om 60 à 70 jaar plaatsvindt. Smelten is een ander proces

IJs op Antarctica smelt toch minder snel dan gedacht. Relatief warm oceaanwater doet de ijsplaten van onderaf verwarmen. Door het dunner worden van de ijslaag vermindert de druk op de bodem waardoor de ondergrond de mogelijkheid krijgt om ‘op te veren’ (= omhoog komen). Het ‘opveereffect’ van de ondergrond zorgt ervoor dat het relatief warme oceaanwater minder de kans krijgt om het ijs van onderaf te laten smelten. Bron:geowijs1

Het klimaat heeft al 2 miljard jaar een golvend karakter van warme interglacialen, afgewisseld met koude glaciale perioden. Interglacialen werden bovendien afgewisseld met korte koude intervallen, terwijl glacialen korte warme tussentijden kende. Ook het interglaciale Holoceen van dit moment, na het Kwartaire glaciaal, kent een koude interval: een kortstondig ‘ijstijdje” van slechts 300 jaar.

In het verre verleden zijn er vaak hele warme perioden geweest met veel en soms wel zeer veel CO2 in de atmosfeer. Hoe verhoudt zich dat tot de huidige opwarming van de Aarde? De wetmatigheid van de natuur stelt nou eenmaal, dat een toename van CO2 in de atmosfeer leidt tot een toename van temperatuur. Dit gaat uiteraard ook op voor tijden, vóórdat er mensen waren!

Ik ga eerst heel ver terug in het verleden, als inleiding. Dan zal ik ’t wel ondervinden hoe ik verder ga om tot de klimaatveranderingen in de opeenvolgende tijdperken te komen.

De atmosfeer in het Hadeïcum 4,7 tot 3,7 miljard jaar geleden

Uit het binnenste van de jonge aarde ontsnapten gassen door de immense hitte. Zij vormden de Oeratmosfeer die bestond uit grote hoeveelheden waterdamp, stikstof, ammonia, waterstof, methaan, zwavelwaterstof en koolmonoxide. Een vergelijkbaar gasmengsel dat vrijkomt bij vulkaanuitbarstingen. Uit de Oeratmosfeer regende water op de Aarde neer. Het water van de inslaande kometen vormde de eerste oceanen: origins-of-oceans.

De aanblik van de aarde in het Archaeïcum van 3,7 tot 2,5 miljard jaar geleden

Aan het eind van het Hadeïcum, zo’n 4 miljard jaar geleden, waren de meteorietregens afgenomen, waarna de aardkorst afkoelde. Ook de waterdamp koelde af en werd vloeibaar water. De eerste oceanen werden gevormd. Onderzeese vulkaanuitbarstingen kwamen vaak voor. De hete lava stolde in zee en werd gesteente. De gesteenten klonterden samen en vormden de eerste kleine continenten, die hier en daar boven water uitstaken.

De atmosfeer in het Archaeïcum

De aarde was omgeven door een dikke laag gas met veel kooldioxide, stikstof en water. De samenstelling van deze oeratmosfeer zou voor het meeste huidige leven giftig zijn. Er zat nog geen zuurstof in de atmosfeer. Het was in zeer kleine hoeveelheden aanwezig, doordat het slechts werd geproduceerd bij de afbraak van waterdamp door UV-straling in de hogere delen van de atmosfeer. Dit zuurstofgas verspreidde zich in zeer lage concentraties in de atmosfeer, maar zodra het in aanraking kwam met gesteente aan het aardoppervlak reageerde het direct daarmee. Deze kleine concentratie zuurstof in de atmosfeer zorgde er bovendien voor, dat organische verbindingen door allerlei oxidatiereacties meteen afgebroken werden. Leven op het land was niet mogelijk, want er was nog geen ozonlaag, die de schadelijke UV-straling tegenhield.

Aan het begin van het Archeïcum bedroeg de lichtkracht van de Zon slechts 75% van de huidige waarde. De Aarde zou te koud zijn geweest voor vloeibaar water, terwijl het sedimentair gesteente uit deze tijd erop wijst, dat dit er wel degelijk al was. Het afzetten van sediment is namelijk een proces waarbij (koolstof)deeltjes bezinken of neerslaan in water.

  • Vermoed wordt daarom dat er heel veel koolstofdioxide (CO2) in de atmosfeer aanwezig moet zijn geweest, waardoor de Aarde warmte kon vasthouden! Mooi toch?

Het leven in het Archeïcum was slechts beperkt tot eenvoudige eencelligen, die nog niet ‘aan fotosynthese deden’. Dit is overigens wat we ons dienen voor te stellen als we denken aan buitenaards leven op miljarden planeten in het universum…..

Een miljard jaar later, aan het begin van het Proterozoïcum, ‘brak er een zuurstof-revolutie uit’ en de eerste generaties meercelligen hadden mogelijk het aardse licht al miljoenen jaren eerder gezien. De opkomst van de meercellige eukaryoten hield echter de verdere verspreiding van de cyanobacteriën niet tegen. Deze konden wél foto-synthetiseren, en zij waren het die de zuurstof-revolutie op wereldschaal hadden ontketend! Aanvankelijk reageerde al het zuurstof met zwavel, koolstof en ijzer: zwaveldioxide bij het nog steeds voortdurende vulkanisme / koolstofdioxide CO2 / ijzeroxide in Banded Iron Formaties zoals in Isua, West-Groenland .

Afbeeldingsresultaat voor banded iron formations isua
Het oudste rotsgesteente op Aarde is gevonden op isua, greenland

Toen de ‘afzetgebieden’ van zuurstof zowat allemaal bezet waren, en door het verschijnen van meerdere organismen de fotosynthese toenam, begon de zuurstofconcentratie in de atmosfeer te stijgen. Het organisme dat afstierf, werd in lagen ondergraven waardoor niet-geoxideerd koolstof verdween. Mogelijk de aanzet tot het kunnen ontstaan van het eerste methaangas?

Tijdens het Proterozoïcum groeide de gezamenlijke continentale massa sterk aan door de samenvoeging van microcontinenten (kratons). Ook kwamen gedurende het Proterozoïcum de eerste gebergtevormingen voor, die zorgden voor verplaatsende atmosferische variaties.

Het is met zekerheid vastgesteld, dat de eerste ijstijd heeft plaatsgevonden kort na het begin van het Proterozoïcum, zo’n 2,5 miljard jaar geleden. Tijdens het Neoproterozoïcum (1 miljard – 500 miljoen jaar geleden) waren er minstens vier ijstijden.

IJstijden en klimaatveranderingen werden toen ook al voornamelijk aangezet door de Milanković Cycli.

Milutin Milanković beschrijft in 1941 dat de variaties in de baan van de Aarde rond de Zon (excentriciteit), de variaties in de aardashoek (obliquiteit) en de tolbeweging van de aardas (precessie) van invloed zijn op de temperatuur op Aarde. Als gevolg van deze variaties varieert de temperatuur op aarde en zijn de laatste ijstijden gedurende 2,5 miljoen jaar tot heden te verklaren.

Excentriciteit, obliquiteit en precessie beschrijven de effecten van de aardse bewegingen op het wereldklimaat. Wanneer de drie cycli samenkomen, kan dit een aanwijzing zijn voor een ijstijd.

IJstijden en interglacialen worden primair in gang gezet door variaties in de baan van de aarde om de zon en de stand van de aardas ten opzichte van die baan. Als deze veranderingen ervoor zorgen dat de seizoenverschillen op het noordelijk halfrond klein zijn, treedt er een ijstijd op. Broeikasgassen zijn niet de oorzaak van de ijstijden, maar zij versterken de temperatuurveranderingen wel. Vulkanisme en meteorietinslagen zijn eerder oorzaken van plotselinge afkoeling, wat een naderend glaciaal zou kunnen gaan inleiden.

Het verloop van de temperatuur en CO2-concentratie in de laatste 420 duizend jaar laat zien dat beide met elkaar samenhangen. Een cyclus van een ijstijd en een interglaciaal (warme tijd tussen twee ijstijden) beslaat ongeveer honderdduizend jaar. Op die tijdschaal wordt klimaatverandering gestuurd door veranderingen in de baan van de aarde om de zon en de stand van de aardas ten opzichte van die baan. De ligging van de continenten en de mate waarin het land is ‘opgeveerd’ na beëindiging van de vorige ijstijd zijn mede bepalend of een volgende ijstijd mogelijk is.  

Excentriciteit.
De baan van de aarde rond de zon is een ellips. De excentriciteit is de mate waarin deze ellips afwijkt van een cirkel. De periodiciteit van de excentriciteit is 100.000 jaar.

Deze excentriciteit varieert in de tijd van bijna cirkel (excentriciteit van 0,005) tot licht elliptisch (excentriciteit 0,028). De huidige excentriciteit bedraagt 0,017. Deze variaties in excentriciteit ontstaan door de invloed van de zwaartekracht van de planeten Saturnus en Jupiter.

Obliquiteit.
De hoek die de aardas maakt met de loodlijn op het vlak waarin de aarde rond de zon draait varieert van 22,1° tot 24,5°, met een periodiciteit van 41.000 jaar.

Bij een grotere hoek nemen de verschillen tussen de seizoenen voor wat betreft de instraling van de zon toe. Zowel op het noordelijk als het zuidelijk halfrond worden de zomers dan warmer en de winters kouder. Momenteel neemt de obliquiteit af en is 23,44°

Precessie is de tolbeweging van de aardas en heeft een periodiciteit van ongeveer 26.000 jaar.

Precessie is het gevolg van de getijdenkrachten die zowel de zon als de maan op de aarde uitoefenen, versterkt door het feit dat de aarde niet perfect rond is.

Precessie is de beweging die de draai-as van een roterend voorwerp maakt onder invloed van een uitwendige kracht. Het eenvoudigste voorbeeld van precessie kan men zien aan een draaiende draaitol. Als de tol niet precies rechtop staat, zal de zwaartekracht proberen om de rotatieas ‘om te laten vallen’. Dat gebeurt echter niet: in plaats daarvan draait de rotatieas rond om de verticaal.

Gedurende de geologische geschiedenis schommelt de hoek die de Aarde maakt t.o.v. de ecliptica tussen de 21,5 en 24,5 graad. De Aarde is platter aan de polen dan aan de evenaar dus is er geen perfecte bolvorm. De Zon zal daarom door de aantrekkingskracht proberen de aardas loodrecht op de ecliptica te krijgen. Doordat de Aarde om haar as draait, is het resultaat dat de aardas zelf een kegel rondom de pool van de ecliptica beschrijft: nutatie. Dit uit zich in een cirkel rondom de hemelpool, momenteel een cirkel van 23,5 graden. De rotatie-as wijst momenteel in de richting van Polaris, de Poolster. Doordat de aardas in een 14.000-jarige cyclus ronddraait, wordt Vega op een gegeven moment de Poolster.

Er zijn echter meerdere processen die klimaatverandering aan kunnen zetten zoals CO2 en het zeer krachtige methaan. Beide broeikasgassen zijn effectief voor opwarming, zowel na een ijstijd als de huidige warmte toevoer. Grote hoeveelheden methaan uit het permafrost rond de arctische gebieden komen op dit moment (2019) vrij. Wat we ook steeds terugzien na een glaciale periode is fotosynthese, zowel cyanobacteriën als door planten en bomen.

Einde van een ijstijd. De overgang van ijstijd naar interglaciaal gaat veel sneller dan andersom. De volgende processen dragen bij aan het einde van een ijstijd:

  • Door een lager broeikasgehalte en het aangroeien van de ijskap dalen de temperaturen in principe steeds verder, maar valt er ook steeds minder neerslag waardoor de ijsgroei steeds minder wordt.
  • De zeespiegeldaling en de uitbreiding van het zeeijs leiden ertoe dat het wateroppervlak kleiner wordt, waardoor ook de CO2 opname afneemt.
  • Het landoppervlak daalt een paar honderd meter door het gewicht van de ijskap, waardoor de sneeuwgrens naar het noorden opschuift. Dit is geen doorslaggevende factor, maar draagt wel bij aan de beëindiging van een ijstijd.
  • Als uiteindelijk ook door veranderingen in de baan van de aarde om de zon de seizoensverschillen groter worden, leidt dat in de polaire zomer tot meer afsmelting en in de winter tot minder neerslag en dus tot minder aangroei van de ijskap.
  • Het lichtweerkaatsend vermogen van de ijskappen neemt sterk af zodra sneeuw en ijs aan de oppervlakte nat worden. Meer warmte vroeger in het jaar leidt dus direct tot een zeer snelle afname van de weerkaatsing van het licht en veroorzaakt een verder slinken van de ijskap.
  • Door de slinkende ijskap wordt het warmer en smelten op termijn grote partijen zeeijs. Zonne-energie wordt daardoor in de poolgebieden beter geabsorbeerd, waardoor de temperatuur nog verder stijgt.
  • De oceanen warmen op waardoor het opgeslagen CO2 weer vrijkomt uit de diepzee en de temperatuurstijging wordt versterkt. Bron: Klimaat voor Ruimte

Ik ga nu verder nadat de Aarde al is ontstaan.

Ten tijde van het Hadeïcum was de aardkorst vloeibaar en zeer heet. Vanuit de hete kern van de aarde ontstond er stroming van gesmolten gesteente naar de buitenste delen van de aarde. De aan het aardoppervlak afgekoelde gesteenten zakten naar beneden. Deze zogenoemde convectiestroming is vandaag de dag nog steeds aan de gang in de mantel van de aarde. Het zorgt ervoor dat het aardoppervlak in beweging blijft, waardoor ook de aardplaten bewegen. Ook meteorietinslagen veranderden zowel het oppervlak als de temperatuur van de Aarde.

Behalve de convectiestroming moet er ook al heel vroeg een magnetische veld zijn geweest, dat berust op de dynamowerking vanwege de vaste nikkel-ijzeren kern, met eromheen ’n buitenkern bestaande uit vloeibare ijzer en nikkel.

Mantelconvectie

Even dit letterlijk ‘ingewikkeld’ mechanisme uitleggen.

De stroming in de buitenkern wordt gericht door de draaiing van de aarde, waardoor de magnetische polen altijd in de buurt ligt van de geografische polen. Dit geldt zowel voor de Noord- als de Zuidpool.

Omdat de geomagnetische noordpool- en zuidpool door het aardmagneetveld ontstaat, en dit magneetveld al heel vroeg aanwezig was, is mijn conclusie dat zowel de excentriciteit de obliquiteit als de precessie al heel vroeg aanwezig waren.

Doordat de Aarde om haar as draait, is het resultaat dat de aardas zelf een kegel rondom de pool van de ecliptica beschrijft. Dit uit zich in een verplaatsing van de noordpool aan de hemel, zij beschrijft op dit moment een cirkel van 23,5 graden rondom de pool van de ecliptica. De periode van de precessie is 26.000 jaar.

Precessie is vergelijkbaar met de beweging van een tol.
R= rotatie
P= precessie
N= nutatie

Nutatie is de beweging van de omwentelingsas die optreedt wanneer het massamiddelpunt niet op de omwentelingsas ligt. De samenstelling van de Aarde was nog niet homogeen en de vorm van de planeet ten opzichte van de omwentelingsas was/is niet symmetrisch. Dit wordt veroorzaakt door de convectiestroming van opstijgend gloeiend en deels vloeibaar gesteente en neerdalend meer afgekoeld gesteente.

Afbeeldingsresultaat voor meteorietinslagen
Meteorietinslagen veranderden zowel het oppervlak als de temperatuur van de Aarde. Er kwam echter ’n zeer cruciale inslag aan:

Ongeveer 150 miljoen jaar na het ontstaan van het Zonnestelsel, zo’n 4,5 miljard jaar geleden, botste ’n kleine planeet ter grootte van Mars op de jonge Aarde. Het aardoppervlak veranderde door de inslag in één grote lavasoep. Een deel van het puin van de kleine planeet Theia, belandde op de Aarde, maar een groot deel verzamelde zich in een stofwolk om onze planet en klonterde samen om de Maan te vormen.

De kleine planeet Theia botst op de jonge Aarde.
Het aardoppervlak veranderde door de inslag in één grote lavasoep.

Het Late Heavy Bombardment duurde ongeveer 2 miljoen jaar. Sommige kraters van dit gigantische bombardement zijn zo groot als Aardse continenten.

Ik vind het vanzelfsprekend, dat de inslag van de ‘planeet Theia’ en het heftige bombardement, dat zo’n 2 miljoen jaar duurde (!!), de jonge planeet Aarde de nodige tikken hebben gegeven, dat de obliquiteit vanaf die periode eigenlijk al is bepaald. Deze heeft een periodiciteit van 41.000 jaar. Momenteel neemt de obliquiteit af en is 23,44°. Zou dat ’n tiende graad meer of minder zijn, dan is er al ’n andere instraling van de Zon, vooral op de beide polen…..

Eerst de grillen van de Zon zelf.

De Zonnecyclus is een proces van zonneactiviteit in een kortdurende cyclische variëteit van slechts 11 jaar. Samenhangend met deze periode, die ook wel ‘ns 14 jaar kan duren, is het aantal zonnevlekken dat varieert…..

.….op dit moment, op het einde van de 24e reeks, nog geen één!!

zon
Actuele Zon

Wat zijn Zonnevlekken?

Zonnevlek umbra and penumbra
Umbra is het donkerste deel van de schaduw, waar de lichtbron volledig wordt geblokkeerd.
Penumbra is het gebied waarin slechts een deel van de lichtbron zichtbaar is.

Zonnevlekken kunnen soms vele malen groter worden dan de Aarde zelf. Ze zijn donker van kleur aangezien dit “koudere” gebieden zijn op het zonneoppervlak. Een grote zonnevlek kan een oppervlaktetemperatuur hebben van 3700°C, als we dit vergelijken met de temperatuur van de fotosfeer 5500°C…..Zonnevlekken ontstaan waar magnetische veldlijnen vanuit het binnenste van de Zon naar buiten komen. Elke vlek heeft z’n eigen magnetische polariteit. Rond het zonneminimum zullen er weinig tot geen zonnevlekken te vinden zijn. Zonneactiviteit zal tot 2040 blijven afnemen – Alles over …sterrenkunde. Later, in het hoofdstuk over de Magnetosfeer, kom ik terug op de zonneactiviteit

Klimaatveranderingen in de opeenvolgende tijdperken.

We zien hierin duidelijk dat er sprake is van een cyclische, dus golvende klimaatstructuur. Glacialen en interglacialen gaan in elkaar over, in een geleidelijk proces van soms wel honderden miljoenen jaren…..

Het klimaat op aarde wordt in de eerste plaats door de afstand van de Aarde tot de Zon en de zonneactiviteit bepaald.

De hoek tussen de aardas en de aardbaan (precessie en obliquiteit), de verdeling van de continenten over het aardoppervlak en de invloed van broeikasgassen spelen en speelden altijd al een cruciale rol. Klimaatveranderingen werden in het verleden voor een groot deel bepaald door plaattektoniek en veranderingen van de samenstelling van de atmosfeer. Natuurlijke factoren en grote natuurrampen hebben in dit verleden vrijwel zeker klimaatveranderingen veroorzaakt of in gang gezet.

De snelheid waarmee klimaatveranderingen zich voltrekken varieert sterk. Deze veranderingen kunnen traag en geleidelijk verlopen maar ook snel en schoksgewijs. Bovendien verlopen klimaatveranderingen niet overal even snel en op dezelfde manier. Over de oorzaak van klimaatveranderingen in het verleden is niet altijd veel bekend. Hoe verder men teruggaat in het verleden, hoe moeilijker het onderzoek naar klimaatveranderingen wordt.

Het Hadeïcum is het begin van het Precambrium (4,5 – 3,8 miljard jaar geleden) wordt in de geologische tijdsschaal gebruikt om de periode aan te duiden tussen het ontstaan van de Aarde en het voorkomen van de eerste sedimentaire (vaste) gesteenten. Zoals eerder is gezegd had dit tijdperk een oeratmosfeer die bestond uit grote hoeveelheden waterdamp, stikstof, ammonia, waterstof, methaan, zwavelwaterstof en koolmonoxide

Het Archaeïcum (3,8 miljard tot 2,5 miljard jaar geleden), had inmiddels een klimaat dat zeer heet moet zijn geweest. De atmosfeer bestond waarschijnlijk uit een mengsel van gassen waaronder waterdamp, stikstof, waterstof, methaan, ammoniak, koolstofdioxide en koolstofmonoxide.

Continenten waren nog niet aanwezig en de dunne instabiele aardkorst bestond uit kratons (continentale aardkorst) die grotendeels onder water stonden. De oceaan was bezaaid met kleine eilandjes. Het klimaat was daardoor gelijkmatig verdeeld over de aardbol. De atmosfeer bevatte hoge concentraties broeikasgassen zoals koolstofdioxide, methaan en ammoniak. De activiteit van de Zon was nog gering, maar mede door de aanwezigheid van deze broeikasgassen was het zeer heet.

De eerste vormen van leven zijn waarschijnlijk al rond 3,6 miljard jaar geleden, halverwege het Archeïcum, ontstaan. Het betrof de eerste extremofiele soorten bacteriën.

Het Precambrium bevat alle tijd tussen het ontstaan van de Aarde 4,5 miljard jaar geleden en 542 miljoen jaar geleden.

Terwijl de Panthalassic Ocean altijd een ondiepe zee was met een diepte van niet meer dan twee kilometer, is de Panafrican Ocean een afgrond van mysterieuze wezens geweest. Op een diepte van vijf kilometer wemelde het van leven. Verschillende basale geschelpte weekdieren bewoonden alle rotsen, niet bedreigd door roofdieren, hun schelpen zijn een voldoende verdediging tegen de overlevenden van het begin van de eerste ijstijd. Roofkwallen zwommen vrij rond in de open zee.

De Precambriaanse tijd is ook bekend als de “Age of Early Life”. Het vroege leven trotseerde ijzige koude, die toen al afgewisseld werden met warme periodes. Er waren uitgebreide gletsjers in de buurt van de polen. Al met al was er in de precambrische tijd niet ’n stabiel klimaat.

Z540_zonef.jpg (61851 bytes)
540 miljoen jaar geleden

Het zout in oceanen.

Oceanen waren 3,5 miljard jaar geleden zouter. Het merendeel van de zout-ionen in oceanen bestaat uit natrium en chloor (die samen het ons bekende keukenzout vormen: Natriumchloride). Het chloor in de vroege oceanen moet grotendeels afkomstig zijn geweest van vulkanisme waarbij veel zoutzuur (Waterstofchloride) vrijkwam. Het natrium moet door uitloging van verweerde gesteenten in de oceanen terecht zijn gekomen. In de loop van de geschiedenis zijn er op tal van momenten en op tal van plaatsen grote hoeveelheden zout in oceanen neergeslagen, bijvoorbeeld door verdamping van water in ondiepe zeeën. Veel van die zoutafzettingen zijn later door andere gesteenten bedekt, maar ooit moeten ze deel van het in de vroegere oceanen voorkomende zout hebben uitgemaakt. Zouden al die ‘begraven’ zoutvoorkomens weer in oceanen oplossen, dan zou het zoutgehalte in oceaanwater met circa 30 procent toenemen. Daarnaast bevat al het grondwater bij elkaar nog eens zoveel zout dat, als dat ook in zee terecht zou komen, het zoutgehalte zelfs ongeveer zou verdubbelen.

Tussen 3,2 en 2 miljard jaar geleden nam het zoutgehalte in de toenmalige oceanen geleidelijk af, op het eind zó vlug, dat binnen zo’n 100 miljoen jaar de helft van alle bekende zoutlagen werden gevormd. Pas in de laatste half miljard jaar, bereikte het zoutgehalte in zee waarden die vergelijkbaar zijn met nu

Eerste IJstijd in het Precambrium.

  • De Huronische ijstijd is de oudste bekende ijstijd die duurde van 2,4 tot 2,1 miljard jaar geleden, aan het begin van het Paleoproterozoïcum.
  • Deze ijstijd was het gevolg van de eerste ‘zuurstofrevolutie’ veroorzaakt door krioelende legers van cyanobacteriën. De archeïsche atmosfeer werd fotosynthetiserend omgevormd tot een stikstof-zuurstofatmosfeer. De globale ‘vergiftiging’ van de atmosfeer met zuurstof leidde tot een ongekende massaextinctie van het anaerobe leven.
  • Aanvankelijk werd alle door cyanobacteriën geproduceerde zuurstof aan al het ijzer gebonden dat tijdens deze periode aan het aardoppervlak aanwezig was. Nadat alle ijzer aan het aardoppervlak was geoxideerd, steeg de zuurstofconcentratie in de atmosfeer
  • Vrijwel alle methaan, dat een sterk broeikasgas is, verdween uit de atmosfeer, waardoor de atmosfeer sterk afkoelde en geleidelijk deze ijstijd begon

Op het einde van het Precambrium traden nóg ‘ns twee ijstijdvakken op, resp. ongeveer 710 en 635 miljoen jaar geleden. Zowel de oudste (Sturtian) als de jongste (Marinoan) van deze twee ijstijdvakken worden ervan ‘verdacht’ zo koud te zijn geweest dat zelfs de oceanen bij de evenaar bevroren waren. Daarom wordt wel van ‘sneeuwbal aarde’ gesproken. Aan die volledige ijsbedekking wordt echter ook door veel deskundigen getwijfeld: sneeuwbal-aarde-verrassend-vriendelijk-voor-leven…

Cambrium 540 tot 500 miljoen jaar geleden

Na de eerste ijstijden was door het smeltende ijs was het zeeniveau tot grote hoogten gestegen: aan het einde van het Cambrium lag het enkele honderden meters hoger dan tegenwoordig. Zodra het ijs op de oceanen was weggesmolten nam de fotosynthese-activiteit van de cyanobacteriën en de eerste plantaardige cellen weer sterk toe. Deze levensvormen kregen weer voldoende zonlicht en er hadden zich bovendien veel voedingsstoffen in het water  opgehoopt. Het leven zou een explosieve impuls hebben gekregen, dus was er sprake van een “Cambrische explosie”. Maar het leven onderging eigenlijk helemáál geen ‘explosieve groei’ in het Cambrium:

“De ‘Cambrische explosie’ blijkt eigenlijk een gestage evolutie te zijn geweest, die ongeveer 100 miljoen jaar duurde” Bron:Kennislink en Nature ecology

In de daaropvolgende 50 miljoen jaar die het Ordovicium omspande, verplaatsten Baltica en Siberië zich naar het noorden. Baltica ontstond bij het uiteenvallen van het supercontinent Rodinia. Tegen het eind van het Ordovicium, 460 miljoen jaar geleden, begon de ene oerzee zich te sluiten, terwijl de andere zich begon te openen. Delen van Gondwana splitsten zich af van dit supercontinent. De resterende delen verplaatsten zich naar het zuiden, waardoor het huidige Noord-Afrika boven de Zuidpool kwam te liggen. Door tektonische krachten waren er perioden met grote vulkanische activiteit, die land toevoegden aan de oostkust van Australië, delen van Antarctica en Zuid-Amerika. Veel van wat we weten over de veranderingen in het klimaat en de positie van de continenten is afgeleid aan de hand van fossielen van kleine diertjes die leefden in de zeeën.

Veel wetenschappers denken dat de hoeveelheid koolstofdioxide in het Ordovicium zeer hoog was. Meer dan twintig keer zo hoog dan nu het geval is. Maar het is moeilijk om de nauwkeurige hoeveelheid koolstofdioxide uit oude gesteenten af te leiden. In de loop van het Ordovicium werd de temperatuur op aarde lager, en in het late Ordovicium was er zelfs sprake van een “korte” ijstijd.….dit is moeilijk voor te stellen in een wereld met veel broeikasgassen.…..

Iedereen is bekend met de massa-extinctie waardoor de dinosaurussen stierven, in het Krijt 60 miljoen jaar geleden. Maar ongeveer vierhonderd miljoen jaar daarvóór vond er een nog grotere massa-extinctie plaats: de Laat-Ordovicische massa-extinctie. Het klimaat zou vrij plotseling omgeslagen zijn naar ’n periode van nog geen 3 miljoen jaar, waardoor bijna alle zeedieren uitstierven. De oorzaak van de wereldwijde extinctie wordt gekoppeld aan de ijstijd die toen plaatsvond: Het Hirnantien. Een groot deel van de zeedieren heeft zich in de volgende miljoenen jaren kunnen herstellen of heeft zich verder ontwikkeld tot nieuwe soorten.

Stabiel
Onderzoekers ontdekten een patroon waaruit bleek dat er in die tijd niet zo heel veel broeikasgassen in de lucht zaten. Wel meer dan nu (doordat de zon toen veel minder fel scheen), maar veel minder dan wetenschappers dachten. Ook werd ontdekt, dat de Aarde in het Ordovicium ongeveer net zo op de kou reageerde als in ’n langere IJstijd.

In het patroon waarmee de Aarde op veranderingen reageert, is dus in al die miljoenen jaren nog niets veranderd. Daaruit blijkt wel hoe stabiel de Aarde en haar atmosfeer zijn. Men zou denken dat deze conclusie de wetenschappers optimistisch maakt: toen heeft de Aarde het ondanks de broeikasgassen gered, dus dan moet dat nu toch ook lukken? Toch zijn de wetenschappers niet overtuigd. De Aarde weet natuurlijke broeikasgassen prima te verwerken, maar hoe zit dat met de gassen die door toedoen van de mens in de atmosfeer belanden, zo vragen ze zich af. (Bron:Scientias)

Na de ijstijd aan het eind van het Ordovicium werd het in het Siluur opnieuw warmer. Doordat het zuurstofgehalte in de atmosfeer verder steeg, kon een beschermende ozonlaag ontstaan.

Nadat in de nieuw gevormde oceanen primitieve vormen van leven mogelijk werden, was de zuurstofproductie op gang gekomen (….als een bijproduct van de fotosynthese). Door de opbouw van zuurstof kon er ook ozon gevormd worden.

Nadat er voldoende ozon gevormd was werd het aardoppervlak beschermd tegen ultraviolette straling. Deze bescherming zorgde ervoor dat ook buiten de oceanen leven tot ontwikkeling kon komen.

De meeste ozon in de atmosfeer bevindt zich tussen 15 en 40 km hoog. Ozon is een uit 3 zuurstofatomen bestaand gas dat de meeste schadelijke ultraviolette stralen van de zon absorbeert en ook warmteverlies van de aarde voorkomt. Ozon op leefniveau is schadelijk omdat het smog vormt. Zomersmog ontstaat door chemische reacties in de lucht onder de invloed van zonneschijn waarbij ozon en andere stoffen (zoals deeltjesvormige luchtverontreiniging herkenbaar aan de heiigheid tijdens zomersmogdagen) worden gevormd.

In de stratosfeer, tussen 10 en 40 km boven het aardoppervlak, ontmoet het licht van de zon de eerste moleculen van de aardse atmosfeer. Een molecuul overleeft een botsing met energierijk licht meestal niet. Licht heeft vaak zoveel energie dat elke atoombinding in een molecuul stuk gaat. Dat kost steeds een molecuul, maar zo komt dit energierijke licht niet op aarde.
Als een zuurstofmolecuul door dit soort licht getroffen wordt, splitst het zich in twee losse atomen, die op hun beurt met andere zuurstofmoleculen kunnen reageren tot ozon. De totale hoeveelheid ozon tussen ons en de ruimte komt overeen met een laag van maar ongeveer 3 mm dik die rond de aarde draait, al is deze ozon in werkelijkheid gelijkmatig verspreid in de atmosfeer.

Tijdens het erop volgende tijdperk, het Devoon, werden extreem droge periodes afgewisseld met periodes van zware regenval. De Aarde werd steeds warmer, waardoor het meeste landijs smolt en het zeeniveau steeg. Laurentia,  Baltica en Avalonia vormden op de evenaar Euramerica: het Old Red Sandstonecontinent. Dit continent dankt zijn naam aan de rode kleur van de bodem. Daar vormde zich het Caledonische gebergte: caledonische_orogenese door het naar elkaar toe bewegen van de platen (de gebergtevorming was al in het Siluur begonnen).

Het leven in het Devoon

Tijdens het Devoon kwamen voor het eerst op ruime schaal landplanten en landdieren voor, zoals amfibieën en oervarens. In zee bleven de algen van grote betekenis en er ontstond een grote verscheidenheid aan vissen, vooral kaakloze vissen. Daarna traden de vissen met kaken op de voorgrond, zoals kraakbeenvissen (haaien) en longvissen. Ook  ongewervelden, zoals bijvoorbeeld ammonieten en koralen, kwamen tot bloei.

De vorming van Pangea nam ruim 50 miljoen jaar in beslag. Het zeer trage proces van het aaneengroeien van continentale platen.

306.jpg (127699 bytes)
255.jpg (119462 bytes)

Er waren weelderige moerasbossen rond de evenaar, dus de grondstof voor steenkool was in grote hoeveelheden aanwezig. Ook de warmere omstandigheden voor de vorming van steenkool waren in deze periode het meest gunstig. Ongeveer de helft van alle bekende steenkoolvoorraden op aarde is afkomstig uit het Carboon.

Halverwege dit tijdperk begon er op Gondwana een ijstijd. Met het periodieke afsmelten en weer aangroeien van de zuidelijke landijskappen steeg en daalde de zeespiegel vele malen sterk, waarbij de Tethys Zee ontstond. De Middellandse Zee is hier een overblijfsel van.

De twee gebeurtenissen hielden verband met elkaar. Door de enorme hoeveelheid planten was er veel fotosynthese, waarbij CO2 aan de atmosfeer werd onttrokken en zuurstof aan de atmosfeer werd toegevoegd. Omdat kooldioxide een belangrijk broeikasgas is, moet de gemiddelde temperatuur zijn gedaald waardoor de ijskap op de Zuidpool kon groeien. Tegelijkertijd moet het klimaat rond de evenaar warm zijn gebleven. Het Carboon was dus een tijdperk waarin grote klimaatverschillen bestonden, vergelijkbaar met de huidige situatie.

Jura 210 tot 140 miljoen jaar geleden

195.jpg (117442 bytes)
Dinosauriërs vormden de overheersende groep reptielen. Ze vertoonden veel verschillende vormen en levenswijzen. Dinosaurussoorten- Lees er alles over op Dinosaurus.nl

Tijdens het late Jura begon het wereldwijde klimaat te veranderen door het uiteenvallen van Pangea. De binnenlanden werden minder droog terwijl seizoensgebonden sneeuw en ijs de poolgebieden berijpten. Het algemeen heersende klimaat was nog steeds warm, zelfs in de buurt van de beide polen. Ongeveer 10% van de atmosfeer bestond toen uit koolstofdioxide (tegenwoordig is dat 4% maar….dat is behoorlijk aan het stijgen!). Kooldioxide houdt zonnewarmte vast, waardoor er toen ook al sprake was van broeikaseffect.

H160_zonef.jpg (73384 bytes)

Krijt 140 tot 65 miljoen jaar geleden

Steile krijtrotsen met wit strand en blauwe zee.
De krijtrotsen van Etretat, aan Normandische kust.

De oorsprong van deze krijtrotsen gaat terug tot 100 miljoen jaar geleden. Ze werden gevormd door een opeenstapeling van schelpen uit het Krijt. Normandië was toen bedekt met een ondiepe zee en er heerste een tropisch klimaat. Door daling van de zeespiegel en een stijging van de zeebodem kwamen deze, door schelpen opgebouwde rotsen later boven water te liggen.

066.jpg (121854 bytes)
De gemarkeerde punt is de Chicxulub-impact-visualization.

“Wel, misschien toch niet. Want uit nieuw onderzoek blijkt dat de dinosauriërs aan de vooravond van de grote massa-extinctie aan het einde van het Krijt nog in volle bloei verkeerden. Met behulp van grootschalige simulaties die in de paleontologie nog niet eerder zijn gebruikt, wijzen de resultaten van het onderzoek erop, dat de asteroïde de belangrijkste oorzaak van het uitsterven van de dinosauriërs was. Maar de studie laat ook zien wat er had kunnen gebeuren als deze plotselinge ramp niet zou hebben plaatsgevonden.

“Het meest ontroerende aspect van dit artikel is dat er meer dan genoeg habitats voor de dinosauriërs beschikbaar bleven, maar dat de dinosauriërs er simpelweg niet meer waren omdat ze door de asteroïde waren weggevaagd,” zegt hij. “Je wordt overvallen door een triest gevoel over al die dinosauriërsoorten die zich nog hadden kunnen ontwikkelen.”

De Aarde tijdens het Paleoceen 66 – 56 miljoen jaar geleden.

Het Paleoceen is de periode waarin de Aarde zich hersteld van de grote inslag die in een klap een einde maakte aan de wereld van de dinosauriërs. Maar ook in zee verdwenen allerlei groepen, zoals de ammonieten en verschillende zeereptielen. Na een kortstondige afkoeling herstelde ook het klimaat zich verrassend snel. De eerste paar miljoen jaar na de aanslag was de Aarde nog steeds de broeikaswereld als die van het Krijt.

De continenten dreven langzaam verder uiteen, de Atlantische Oceaan opende zich nog meer. Afrika en India dreven noordwaarts. De nadering van Afrika vertaalde zich later in de eerste gebergtevorming van de Alpen. India koerste met een razende vaart op Azië af. Bij de botsing die er op volgde, is de Himalaya ontstaan.

Gedurende het Paleoceen herstelde ook het leven zich van de Krijt-Paleogeen-massa-extinctie. Op het land waren de overlevenden van de catastrofe kleinere dieren die zich in holen of in het water konden verschuilen, de zoogdieren, amfibieën, kleinere reptielen en vogels. Na het uitsterven van de dinosauriërs konden al deze groepen zich gaan verspreiden en verbreden, vooral de zoogdieren ontwikkelden zich snel tot de dominante groep. Omdat de continenten uit elkaar lagen, zou de evolutionaire verscheidenheid van zoogdieren op elk continent op verschillende wijze plaatsvinden.

Purgatorius was een prehistorisch zoogdier dat ongeveer 65 miljoen jaar geleden leefde tijdens de late Krijtperiode. Fossiele resten werden voor het eerst ontdekt in de jaren 1960 in Purgatory Hill, Tullock-formatie in Montana Noord-Amerika, .

Als je dit dier alleen zou beoordelen op de verschillende Purgatorius-foto’s die je kunt vinden, zou je er waarschijnlijk niet teveel over nadenken. Je zou denken dat het gewoon een soort knaagdier was dat heel lang geleden leefde. Als je dit dier echter op deze manier hebt afgewezen, mis je een van de belangrijkste feiten over Purgatorius. Het feit dat dier kleine diertje het verre familielid van primaten is – inclusief dus van ons.

Sommige paleontologen denken dat dit dier – dat ongeveer 6 centimeter lang was en slechts een paar gram woog – zou evolueren tot resusaap, chimpansees en mensachtigen. Ze nemen dit aan, omdat het de tanden van primaten had en leefde in de bomen van wat nu Noord-Amerika is om zichzelf te beschermen tegen enkele dinosaurussen die in staat waren om het te doden – namelijk T-Rex’s en roofvogels.

Purgatorius heeft door het uitsterven van de dinosauriërs kunnen overleven vanwege zijn unieke vermogen om in bomen te leven, door zaden en noten te eten. Vervolgens zou het de niche vullen die ooit door de grote dinosaurussen werd bezet.

Het klimaat in het Paleoceen

E060_zonef.jpg (79100 bytes)
Het klimaat tijdens het Paleoceen, 61 miljoen jaar geleden, was veel warmer dan vandaag. Palmbomen groeiden in Groenland en Patagonië (het uiterste zuiden van Zuid-Amerika). De mangrovemoerassen van Zuid-Australië bevonden zich op 65 graden zuiderbreedte, in het zuidpoolgebied.

Aan het einde van het Paleoceen/begin Eoceen vindt opnieuw een dramatische gebeurtenis plaats: in zeer korte tijd raken oceanen vergiftigd, sterft een belangrijk deel van het nieuwe zeeleven uit en maakt de temperatuur een flinke sprong omhoog. Twee wereldwijde crises in slechts negen miljoen jaar!

Het Paleocene-Eocene Thermal Maximum

Het Paleocene-Eocene Thermal Maximum (afgekort PETM) is een grote, snelle en kortstondige wereldwijde klimaatverandering die 55,8 miljoen jaar geleden plaatsvond. De gemiddelde temperatuur was tijdens de laatste miljoenen jaren van het Paleoceen gestegen en lag veel hoger dan nu het geval is. Nadat de temperatuur op Aarde over een bepaalde drempelwaarde heen kwam, kwamen bepaalde gasverbindingen op de oceaanbodem vrij, met name methaanverbindingen, zodat grote hoeveelheden van het broeikasgas methaan in de atmosfeer terechtkwamen. Methaanhydraten zijn verbindingen van water rond het vriespunt (ijs) en methaan, dat in de moleculaire holtes van het water zit opgesloten.

  • Grote hoeveelheden methaan zouden in korte tijd omgezet zijn naar CO2 door een reactie van methaan met UV straling van de Zon.
  • Dit staat in schril contrast met wat we tegenwoordig zien: Permafrost gebieden aan de Noord- en Zuidpool worden een bron van het broeikasgas methaan als de oppervlakte ontdooit door temperatuurstijging.

Door het PETM kwamen er veranderingen in de atmosferische circulatie. Deze circulatie zorgde samen met de oceanische circulatie ervoor, dat warmte door wisselwerking en convectie wordt verspreid over het hele aardoppervlak. Tijdens de PETM steeg daarom de gemiddelde temperatuur in 150.000 jaar nog eens met ongeveer 6 tot 10 graden. De Aarde was in het Paleoceen dus een ‘broeikaswereld’, waarin beide polen ijsvrij waren. De sterke temperatuurstijging van 10 °C , waarbij watertemperaturen aan de Noordpool werden bereikt van meer dan 23 °C, waren onmogelijk alleen door broeikasgassen veroorzaakt. Ook andere factoren zouden een cruciale rol hebben gespeeld in deze plotselinge opwarming. Hierbij wordt gedacht aan ‘feedback mechanismen’ zoals polaire stratosferische wolken, of orkaan-geïnduceerde mengingen van oceaanwater.

Aan het begin van het PETM vonden gedurende 5000 jaar overal ter wereld belangrijke veranderingen plaats in de ligging van de zeestromen. Het diepe water van de Atlantische Oceaan stroomde in die tijd van noord naar zuid in plaats van zuid naar noord, zoals gewoonlijk. Deze omkering van belangrijke zeestromen hield 40.000 jaar lang stand, om daarna weer naar de normale situatie terug te keren. Gevolg van de tijdelijke omkering was, dat warm water naar de diepere delen van de oceanen gebracht werd, wat voor meer opwarming van het klimaat zorgde. Overigens zette in deze zeer warme periode het zeewater uit, wat een hoger zeeniveau tot gevolg had.

Tijdens het PETM werd kwam in korte tijd (1000 jaar) tussen de 1500 en 2000 miljard ton koolstof in de oceanen en atmosfeer vrij. Dat is een snelheid die overeenkomt met de huidige snelheid waarmee de mens door verbranding van fossiele brandstoffen koolstofdioxide de atmosfeer in pompt. Het PETM duurde overigens zo’n 150.000 jaar, met een opwarming tussen 5 en 8°C, en viel tijdens een ongeveer 6 miljoen jaar lange periode van opwarming. Deze warme periode zou later in het Eoceen Optimum (ECO) haar hoogtepunt bereiken. Tegenwoordig denken wetenschappers dat de warme condities tijdens het Vroeg- Paleogeen vooral veroorzaakt zijn door de hoge concentraties broeikasgassen, en de daarmee geassocieerde terugkoppelingen. Tijdens het PETM is de toegenomen hoeveelheid CO2 in de atmosfeer vergelijkbaar met een toename indien álle fossiele brandstoffen opgebruikt zouden worden. Daarom wordt deze periode wel gezien als de beste analoog voor toekomstige klimaatverandering.

Herstel van de opwarming door een terugkoppeling: fotosynthese

Uit bepaalde waarden van boorkernen blijkt dat het klimaat een periode van 150.000 tot 30.000 jaar nodig had zich te herstellen. Dit is relatief snel ten opzichte van de (huidige) aanwezigheid van de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer dat gedurende een periode van 100.000 tot 200.000 jaar zou moeten verdwijnen. Er moet een mechanisme zijn waardoor de situatie zich zo snel kon herstellen.

De meest aannemelijke manier waarop de extra kooldioxide weer uit de atmosfeer verdween is een toename van de fotosynthese. In het warmere klimaat en door de hoge concentratie CO2 groeiden meer planten en algen die de koolstof in de vorm van organisch materiaal terug brachten naar de zeebodem. Het warme en natte klimaat zorgde ook voor een grotere erosiesnelheid waardoor meer voedingsstoffen de zee in spoelden.

Het Eoceen, 56 tot 33,9 miljoen jaar geleden, was een warme periode.

D050_zonef.jpg (80428 bytes)
Het Eoceen, 56 tot 33,9 miljoen jaar geleden, was een warme periode.

Zo’n 50 – 55 miljoen jaar geleden begon India in botsing te komen met Azië en vormde het Tibetaanse plateau en de Himalaya. Australië, dat aan Antarctica vast zat, begon zich snel noordwaarts te bewegen. Tijdens de warmste periode van het Eoceen, in het Eocene Climatic Optimum omstreeks 54 miljoen jaar geleden, groeiden er zelfs palmen rond de Noordelijke IJszee en 50 miljoen jaar geleden was deze zee bedekt onder een dikke laag van de drijvende zoetwatervaren. Dit alles wijst op een neerslagpatroon in de seizoenen op noordelijke hoge breedtegraden. Van de evenaar tot aan de poolcirkels was de Aarde bedekt met tropisch regenwoud. Er waren loofbossen op de Zuidpool, het was er nat en warm.

De ontdekking dat Antarctica nat en warm was is des te opvallender omdat polaire gebieden voor de helft van het jaar door de stand van de zon donker waren. Om de hoge temperaturen tijdens het Eoceen op polaire breedtegraden te verklaren, werd een verklaring gezocht in de ligging van de continenten op het zuidelijk halfrond. Australië zat tijdens het grootste deel van het Eoceen nog min of meer vast aan Antarctica en de doorgang tussen Antarctica en Zuid-Amerika was gesloten; hierdoor was er geen – huidig aanwezige – isolerende Antarctische circumpolaire. Warme stromingen afkomstig van lage breedtegraden konden daarom destijds de Antarctische kustlijn bereiken en opwarmen. Maar zelfs in afwezigheid van een isolerende circumpolaire stroming zouden de warme oceaanstromingen op lage breedtegraden de Antarctische kustlijn niet hebben kunnen bereiken. In plaats daarvan circuleerde het oppervlaktewater in de vorm van grote kloksgewijs circulerende stromingen.

Antarctische circumpolaire

De westenwinden worden veroorzaakt door lucht die stroomt van de subtropische hoge druk naar de lage drukcellen in de Polar Frontal Zone (blauwe band). De wind wordt westwaarts omgeleid door de Coriolis-kracht. Koude valwinden met hoge snelheden (katabatische winden) die naar het noorden afdalen vanuit de hogedrukcellen boven de Antarctische ijskap, worden naar het oosten geleid en drijven de polaire stroom nabij de kustlijn van Antarctica (grote blauwe pijlen afb. rechts). Hier in de ‘Antarctische pool frontale zone’ dalen de oppervlaktewatertemperaturen heel snel.

Na de koele slotfase van het late Paleoceen (het Oligoceen) stijgt de gemiddelde jaartemperatuur in het Vroeg-Mioceen. Het Midden-Mioceen kent weer subtropische waarden. Ook op wereldschaal is het Midden-Mioceen de warmste tijd van het Neogeen. Het Neogeen is een geologisch tijdperk wat duurde van 23 miljoen tot 2,6 miljoen jaar geleden. Primaten en mensachtigen kwamen in het late Neogeen tot ontwikkeling. Verder ontwikkelden zich de grassen en de kruiden. De Alpiene Orogenese, die begon in het Krijt, had een voortzetting tijdens het Mioceen.

Een ander tijdvak in het Neogeen is het Plioceen, van 5,3 miljoen – 2,5 miljoen jaar geleden.

Tijdens het Plioceen koelde het klimaat geleidelijk af tot de ijskappen op het noordelijk halfrond begonnen te groeien. Het gevolg hiervan was een zeespiegeldaling van wel 50 meter! Op verschillende continenten bestonden al grote groepen zoogdieren. De eerste mensachtigen verschenen tijdens dit tijdvak.

Een belangrijke ontwikkeling tijdens het Plioceen was het ontstaan van de Landengte van Panama als gevolg van de convergente beweging van 2 platen. Hierdoor raakten Noord- en Zuid-Amerika met elkaar verbonden en sloot de verbinding tussen de 2 oceanen zich. Dit had een aantal grote gevolgen.

  • Ten eerste veranderde de zeestroming in de Atlantische Oceaan. In plaats van met het koude water van de Grote Oceaan te mengen zou het warmere water van de Atlantische Oceaan naar het noorden gaan stromen, waardoor de Warme-Golfstroom ontstond. Vooral West- en Noord-Europa kregen daardoor een warmer en natter klimaat. Aan de andere kant kwam de stroom van koud water uit de poolstreken naar het zuiden op gang, zodat het klimaat in de tropische gebieden rond de Atlantische Oceaan juist afkoelde.
  • Een ander gevolg was een grootschalige uitwisseling van diersoorten tussen Noord- en Zuid-Amerika, die de Great-American-Interchange genoemd wordt.

Het Pleistoceen is het tijdvak van 2,5 miljoen tot 11,7 duizend jaar geleden. Het is een onderverdeling van het Kwartair.

Het Pleistoceen was een periode waarin ijstijden (glacialen) optraden, afgewisseld met warmere perioden (interglacialen). Dit tijdvak valt uiteen in drie delen, of series. Elke serie kent meerdere kortere tijdseenheden ofwel etages. Ik verwijs liever voor ’n volledige indeling om het volgende te lezen: Het Pleistoceen – Natuurinformatie

Ik wil me beperken tot het Laat-Pleistoceen.

Het Laat-Pleistoceen omvat 2 tijdseenheden en vormt daarmee de laatste interglaciaal/glaciaal-cyclus van de recente geschiedenis.

  • Het Eemien – 130.000 tot 115.000 jaar geleden en
  • Het Weichselien – 115.000 jaar geleden tot 10.000 jaar voor heden

Het Eemien is het voorlaatste Kwartaire interglaciaal. Op dit moment zitten we in een interglaciaal ná de laatste ijstijd van het Weichselien. De naam Eemien is afkomstig van het riviertje de Eem dat stroomt bij Amersfoort door de Eemvallei naar het IJsselmeer. Door het afsmelten van de grote landijskappen in Noord-Europa en Noord-Amerika stijgt de zeespiegelweer aanzienlijk: 1 tot 2 meter hoger lag dan tegenwoordig. Grote delen van het Nederlandse vasteland worden daarbij, voor het eerst na bijna 1,8 miljoen jaar, weer door de zee overspoeld.

Het Weichselien is de laatste ijstijd en dankt zijn naam aan de rivier de Weichsel in Polen. Glacialen kunnen in stadialen, korte nóg koudere periodes, en interstadialen, korte iets warmere periodes ingedeeld worden. Stadialen zijn perioden waarin het landijs zich uitbreidt. Tijdens het koudste deel van het Weichselien kwam het Scandinavisch landijs tot aan Hamburg, maar bereikte ons land niet. Wel bedekte het Engelse landijs het noordelijk deel van de Nederlandse Noordzee. De ontwikkeling van het klimaat tijdens het Weichselien heeft een fluctuerend verloop. De fase met maximale koude wordt pas tegen het einde van het Weichselien, rond 18.000 jaar geleden, bereikt.

Gedurende het Kwartair is er sprake van een groot aantal ijstijden of glacialen, koude periodes waarin met name op het noordelijk halfrond vaak grote landijskappen ontstonden. Deze cyclische klimaatveranderingen werden allen veroorzaakt door de Milanković-cycli. Met name de Excentriciteit en de Obliquiteit (zie eerder in deze blog).

De glacialen werden afgewisseld met vele relatief warme interglacialen waarin het landijs zich weer terugtrok. In totaal zijn er zo’n 4 grote ijstijden geweest gedurende het Kwartair, maar waarschijnlijk hebben er in totaal ongeveer 20 (kleine en grote) ijstijden plaatsgevonden in deze periode. Op dit moment zitten we in een interglaciaal en komt er over zo’n 100.000 jaar weer een ijstijd. Het is echter ook mogelijk dat we in een interstadiaal zitten, ’n korte iets warmere periode en dat het al veel eerder weer koud wordt. Het Holoceen, dat alleen de laatste 11.700 jaar beslaat, vormt in feite het laatste en nog niet beëindigde interglaciaal waarin we ons nu bevinden.

Geologievannederland.reconstructies-Holoceen

De wereld van het Holoceen

Het Holoceen omvat de afgelopen ruim elfduizend jaar en is een interglaciaal tijdvak waarin de mens de aarde overneemt. Bijna alle uithoeken van de wereld raken bewoond en de natuurlijke ecosystemen worden steeds verder teruggedrongen. Een ecosysteem is het geheel van al het levende en niet-levende in een bepaald gebied: planten, dieren, bodem en klimaat. Al deze onderdelen hebben invloed op elkaar m.b.t. uitwisseling van voedingsstoffen en energie. Met de opkomst van de mens is overal ter wereld de biodiversiteit van dier- en plantensoorten aan het verdwijnen. Nergens in West-Europa kom je nog echt oerbos of roedels wolven tegenkomen, terwijl ze hier van nature wel thuishoren.

Zo’n zesduizend jaar geleden waren beer, eland, oeros en wolf nog onderdeel van de inheemse fauna. In de elfde eeuw werd de bruine beer in ons land uitgeroeid. De laatste wilde wolf werd in 1897 waargenomen in de buurt van Heeze, Noord-Brabant. Maar in juni 2019 was er een verheugende ecologische comeback op de Veluwe waarneembaar: Wolvenpaar-op-de-veluwe-heeft-drie-welpen. Het heeft natuurlijk wél een keerzijde voor de menselijk opgebouwde ecosystemen van toerisme en veehouderijen.

Wereldwijd is het Holoceen de tijd waarin de zeespiegel vrij snel steeg door het smelten van de poolkappen, om vervolgens te stabiliseren tot het huidige niveau. Tegen die tijd kwamen ook de grenzen van woestijnen en gematigde bossen, op hun huidige plaats te liggen. Wat het Holoceen als periode tussen 2 ijstijden in zo bijzonder maakt is dat het al vele duizenden jaren een redelijk stabiel klimaat kent. Eerdere interglacialen kenden forse, maar ook minder heftige klimaatschommelingen.

Binnen het Holoceen zijn er ook in Nederland, nog wel merkbare kleinere variaties geweest. Zo is er vroeg in het Midden-Holoceen (ca. 9200-5700 jaar geleden) een natte periode geweest die vrijwel zeker heeft bijgedragen aan een grote uitbreiding van het hoogveenareaal. Ook zijn er relatief kleine verschillen geweest in jaartemperaturen. Een bekend voorbeeld is de ‘kleine ijstijd’, tussen de vijftiende en negentiende eeuw. De gemiddelde jaartemperatuur lag toen ongeveer een halve graad onder het gemiddelde in het Holoceen. De beduidend strengere winters in die periode vinden we nog terug op schilderijen waarin heel Nederland op het ijs schijnt te leven.

In het Vroeg-Holoceen, zo’n 10.000 jaar eerder, was Engeland verbonden met Nederland via een brede landbrug. Dit was Doggersland, een uitgestrekt gebied op de bodem van de droogliggende zuidelijke Noordzee. Het bestond uit heuvelachtig laagland met hier en daar een rivier door een glooiend parklandschap. De zeer lage zeespiegel werd veroorzaakt door smeltende ijskappen in het Noordpoolgebied na de laatste ijstijd, het Weichselien. In het vroeg Holoceen was er nog een laatste staartje merkbaar van een mondiale opwarming!

Afbeeldingsresultaat voor doggerland
Doggerland of Doggersland was een uitgestrekt gebied tussen Engeland en continentaal Europa. In periodes met een lage zeespiegelstand was dit gebied onderdeel van de droogliggende bodem van de zuidelijke Noordzee. Dit was het geval tijdens elke ijstijd. De laatste keer vond dat plaats tijdens het Weichselien, de koude periode die zo’n 11.000 jaar geleden eindigde.

Doggerland had een rijk landschap van heuvels, rivieren en meren en een kustlijn met lagunes, moerassen en stranden. Het had bossen van eiken, iepen, berken, wilgen, els, hazelaar en dennen. Het was de thuisbasis van paarden, oerossen, herten, elanden en wilde varkens. Watervogels, otters en bevers wemelden in moerasgebieden en in ondiepe wateren, meren en rivieren wemelden ’t van vissen. Het was waarschijnlijk het rijkste jacht- en visgebied van Europa in die tijd en had een belangrijke invloed op het verloop van de prehistorie in Noordwest-Europa omdat maritieme en rivier-gebaseerde samenlevingen zich aan deze omgeving aanpasten.

Oceanische stromingen en de aanzet tot het huidige klimaat.

Zo’n 15.000 jaar geleden begon het klimaat op te warmen en de ijskappen begonnen te smelten. Twee duizend jaar later werd de opwarming plotseling onderbroken. Het vrijkomen van enorme hoeveelheden aan ijs gebonden zoet water, had invloed op de oceaanstromingen dus ook op de Golfstroom. Dit had weer gevolgen voor de grootschalige luchtcirculatie wat leidde tot een plotselinge afkoelperiode. Staat ons dit opnieuw te wachten?

Oceanische circulatie is samen met de Atmosferische circulatie de manier waarop warmte en afkoeling worden verspreid over het aardoppervlak.

Gerelateerde afbeelding

“Het belangrijkste klimaateffect waar Nederland mee te maken krijgt, is niet de temperatuurverandering maar de zeespiegelstijging. Daar maak ik me nog veel meer zorgen over. Er zijn hoe langer hoe meer indicaties dat het met Antarctica behoorlijk mis gaat. Met een blijvende instabiliteit van Antarctica, zal de snelheid van de zeespiegelstijging enorm toenemen. In het ongunstigste scenario hebben we zes meter stijging in 2200. Daar moet Nederland zich op voorbereiden.” aldus journalist en redacteur Han van de Wiel, auteur van een verslag in Down to Earth

Windgedreven oceaancirculatie

Figuur 1: Schematische weergave van de windgedreven oceaanstromingen aan het oppervlak [bron: NOC]
Bron KNMI

De oceaancirculatie vertoont grote variaties op diverse tijdschalen, en de afbeelding schetst dus een te eenvoudig beeld van de stromingen aan het zeeoppervlak. De aanwezigheid van deze variaties, in termen van wervels, heeft een beduidend effect op de gemiddelde circulatie. Wervels zijn bovendien van groot belang voor het warmtetransport in de oceaan, voor menging en voor het energieverlies door wrijving. Variaties in de oppervlaktecirculatie kunnen verschillende oorzaken hebben:

  • De oceaan kan passief reageren op veranderingen in de atmosferische windsterkte.
  • De variaties kunnen ontstaan door terugkoppelingen tussen veranderingen in de circulatie in de atmosfeer en in de oceaan, zoals bij El Niño en Moessons.
  • Interne processen in de oceaan zelf kunnen aanleiding geven tot variabiliteit.

Op de volgende koppeling zijn de zeestromingen en wervels in detail te volgen earth.nullschool.net. Klik op Earth en in het menu zie je Mode / Air –Ocean…..Animate Currents. Door met de cursor ingedrukt op de kaart te schuiven zie je de North Equatorial Current en Countercurrent en zelfs de Antarctic Circumpolar Current. Ook is de Agulhas Current te volgen, links van de Indian Ocean en zelfs dat deze stroming warm water lekt. In het volgende opmerkelijke artikel lees je hoe de-stromen-van-het-weer een cruciale rol spelen in de afkoeling en de opwarming van de Aarde.

Oceanen zijn de levensader van de Aarde, de natuur en al haar bewoners, omdat de wisselwerking van alle oceanen met de atmosferische circulatie een cruciale rol speelt in het klimaat van onze planeet. Zeestromingen bestaan uit horizontale en verticale componenten van het circulatiesysteem van oceaanwater dat wordt geproduceerd door zwaartekracht, windwrijving en variatie in waterdichtheid in verschillende delen van de oceaan.

De zeestromingen links van de kaart vervolgen in stromingen rechts van de kaart: 2 warm=19 warm // 3 warm =20 warm
major-global-ocean-currents

1. Pacifische Noordequatoriale stroom aangeduid als North Equatorial Current.

Deze zeestroming voert vanaf de westkust van Mexico (rechts) de oceaan over richting de Filippijnen (links). Het is voor een groot deel een voortzetting van de zuidwaarts gaande Californische stroom (rechts) en sluit uiteindelijk met de Noordequatoriale stroom weer aan bij de zeestroom Kuroshio (links). Ten zuiden van de Pacifische Noordequatoriale stroom ligt de Pacifische Equatoriale tegenstroom die in oostelijke richting stroomt. Ten noorden van de North Equatorial Current ligt de warme North Pacific Drift, die voornamelijk door de wind wordt gedreven.   

Gyre = ringvormige zeestroming. Noord-Pacific drift/gyre midden bovenste

De Equatoriale tegenstroom (counter current)

Pacific Noordequatoriale Tegenstroom: Pacific NECC is de belangrijkste oostwaartse>> oppervlaktestroming vanuit de warme <West Pacific (Azië) naar de koelere Oost-Pacific (Z-Amerika)>>. De NECC heeft een uitgesproken seizoensgebonden cyclus in de Pacifische Oceaan (alsook in de Atlantische Oceaan). De stroming heeft een maximale sterkte in de late noordelijke zomer en begin noordelijke herfst en een minimale sterkte in de late noordelijke winter en het noordelijke voorjaar.

De NECC is een bijzondere stroming omdat die, hoewel ‘t ‘n door de wind aangedreven circulatie betreft, water transporteert tegen de gemiddelde westwaartse windrichting in de tropen (de passaten). Bovendien verdwijnt deze tegenstroming in de Atlantische Oceaan in de late winter en het vroege voorjaar.

Theoretische achtergrond van deze tegenstroming

Het NECC is een directe reactie op de meridionale verandering van door de wind aangedreven wervelingen in de buurt van de Intertropical Convergentie Zone. Voor ’n deel dankt de tegenstroming zijn bestaan ​​aan het feit dat de ITCZ ​​niet op de evenaar ligt, maar enkele graden noordelijker. De verandering in de Coriolis beweging over de evenaar in combinatie met de ITCZ ​​is gelegen ten noorden van de evenaar en leidt tot een gebied van convergentie en divergentie in de verschillende oceanische lagen. Dit resultaat wordt verkregen door de Ekman spiraal.

Afbeeldingsresultaat voor ekman theorie oceaanstroming
De Ekman-spiraal beschrijft hoe de horizontale wind de oppervlaktewateren in beweging zet. Zoals weergegeven door horizontale lijnen, veranderen de richting en ook de snelheid van waterbeweging met toenemende diepte. Bron: Planeet Zee

Nog een opmerkelijk gegeven: De Pacific NECC is sterker tijdens warme oplevingen van de El Niño-Southern Oscillation (ENSO). Een sterker dan normaal NECC zou volgens de Amerikaanse oceanograaf Klaus Wyrtki wel ‘ns de oorzaak van een El Niño kunnen zijn vanwege het extra volume warm water dat het naar het oosten voert.

De aansluitende zeestromingen in de Pacifische Oceaan
  • Kuroshio (Japan Current 18 op kaart) is een warme golfstroom in het noordelijke deel van de Pacifische Oceaan en is een voortzetting van de Noord Equatoriale Stroom. De aanwezigheid van de warme Kuroshio heeft belangrijke klimaatbepalende gevolgen voor Japan, vergelijkbaar met het klimaateffect van de Warme Golfstroom in de Atlantische Oceaan voor Europa.

Het gebied ten zuiden van deze stroom tot aan de Noordequatoriale stroom staat ook wel bekend als een ‘zeewoestijn’ omdat er maar weinig grote vis in dit gebied zwemt. Er is daar wel een grote hoeveelheid plankton. Het gebied in het noorden van de Pacific is nu bekend door de enorme hoeveelheden plastic en ander afval dat daar bijeengedreven wordt. Het afval verzamelt zich juist op deze plek, doordat de grote ringvormige zeestroom in deze oceaan, het afval spiraliserend bij elkaar drijft.

  • De Oyashio (Okhotsk, 8 op kaart) is een koude subarctische oceaanstroom die zuidwaarts en linksom stroomt in de noordwestelijke Pacifische Oceaan. Ze botst met de Kuroshio om op deze manier de North Pacific Current te vormen. De koude stroom loopt via de Beringstraat in zuidelijke richting en brengt zo koud water uit de Noordelijke IJszee naar de Pacifische Oceaan. Het water van de Oyashio is rijk aan nutriënten (voedingsstoffen) en is bijgevolg rijk aan vissen. Uiteraard heeft ook deze stroming een belangrijke invloed op het klimaat in de regio.
  • De Kamchatka is een koude zeestroom die ten zuidwesten van de Beringstraat stroomt, langs de kust van de Siberische Stille Oceaan en het schiereiland Kamchatka. Een deel van deze stroom wordt dan de Oyashio-stroom, terwijl de rest zich aansluit bij de warmere Noord-Pacifische stroom.
  • De Alaska current is een warme zeestroming. De stroom vloeit voort uit de noordwaartse omleiding van de Noord Pacific Drift. De Alaska Current produceert 2 grote wervelingen met de klok mee: The Alaska Current en de Alaska Coastal Current
Afbeeldingsresultaat voor The Alaska Current en de Alaska Coastal Current
  • De Californische stroom is een zeestroom in de Pacifische Oceaan, die zuidwaarts beweegt langs de kust van Noord-Amerika tot het zuiden van Californië. Het is een van de grote opwellingsgebieden en vormt het oostelijke deel van de Noord-Pacifische gyre. Door de verplaatsing van relatief koud noordelijk water naar het zuiden is het kustwater aan de westkust van de Verenigde Staten kouder dan het water op dezelfde breedtegraad aan de oostkust. Opwelling van koud water uit de diepte zorgt voor een verdere afkoeling.

2. Pacifische Zuidequatoriale stroom aangeduid als South Equatorial Current. Onder deze zeestroom cirkelt de Zuid-Pacifische gyre.

De Humboldt- of Perustroom

Voor de westkust van Zuid-Amerika ligt een diepe kloof in de oceaanbodem die is ontstaan doordat twee tektonische platen tegen elkaar aanbotsen en (nog steeds) onder elkaar door schuiven. Dat zorgt aan de ene kant voor een enorm diepe kloof, aan de andere kant voor het ontstaan en het nog steeds verder aangroeien van het Andesgebergte. Zie ontstaan-van-het-Andesgebergte. Hier vinden we één van de grootste niveauverschillen ter wereld terug. Van het diepste punt van de kloof tot het hoogste punt van de Andes is ongeveer 15 km.

De Humboldtstroom is een koude golfstroom en heeft een laag zoutgehalte. Het koude water stijgt op en het opwellende water brengt mineraalrijk water van de zeebodem naar boven, wat aan fytoplankton voedingsstoffen biedt, zodat gebieden van opwelling rijk aan zeeleven zijn.

Omdat het een koude golfstroom is, levert deze stroming mist aan de nabijgelegen kust, maar helpt het tevens om de kust één van de meest intens droge gebieden ter wereld te maken. Want zowel Chili als Peru hebben te maken met een heel droog woestijnklimaat aan de kust. Ten westen van de smalle kuststrook van beide landen is er de koude golfstroom waardoor niet voldoende water verdampt om neerslag te vormen. Wat wel het geval is in Ecuador en Colombia waar de kustwateren warm zijn, wat meer verdamping dus neerslag geeft. Aan de andere kant van die smalle kuststrook ligt het hoog oprijzende Andesgebergte. Alle neerslag die van uit het oosten komt, bijvoorbeeld van over het Amazonegebied, botst letterlijk frontaal tegen de oostflanken van de Andes en valt aan die zijde uit als overvloedige neerslag. De oostzijde van de Andes is dan ook op veel plaatsen subtropisch.

De westkant daarentegen blijft dor. Beide fenomenen zorgen er samen voor dat weinig of geen neerslag de kusten van Chili en Peru bereikt en zorgen hier voor het ontstaan van twee van de meest droge gebieden ter wereld, de Sechura-woestijn in Peru en de Atacama-woestijn in noordelijk Chili. Sommige gebieden krijgen een half uur neerslag gespreid over twee jaar tijd!

Atacama-woestijn in Chili
Sechura-woestijn in Peru

De Sechura-woestijn beslaat een oppervlakte van 188 vierkante km. Hoewel geclassificeerd als woestijn vanwege de geringe hoeveelheid neerslag die jaarlijks wordt ontvangen, is deze woestijn blootgesteld aan stormen die voortvloeien uit de Stille Oceaan en overstromingen door rivieren. De woestijn wordt regelmatig overstroomd tijdens de El Niño-jaren. (later meer over El Niño)

Nabij Ecuador, het noordwesten van Zuid-Amerika, wordt de Pacifische Zuidequatoriale stroom direct aangedreven door passaatwinden die van oost naar west waaien. De Oost-Australische stroom, (East Australian Current), is een warme oceaanstroom die water ‘tegen de klok in’ naar de oostkust van Australië verplaatst. Het is de grootste oceaanstroom nabij Australië. Dit proces veroorzaakt draaikolken.

De Oost-Australische stroom vindt haar oorsprong in de tropische Koraalzee van waar ze water brengt dat arm is aan voedingsstoffen naar de koudere Tasmanzee. Dit proces veroorzaakt draaikolken.
Overigens aan de kust van Oost-Australië bevindt zich de Greatbarrierreef dat nu aan het verbleken is……

Video coral-reefs-climate-change

Video David-Attenborough-save-the-great-barrier-reef

Video The-perfect-coral-reef-David-Attenboroughs-great-barrier-reef-an-interactive-journey. David Attenborough over het kunnen overleven van het koraalrif:

“Is er nog een toekomst voor de koraalriffen, deze kostbare oceaanschatten? Dat hangt helemaal af van hoe snel de oceanen opwarmen en hoe warm de zeeën worden. Maar er is nog hoop, dankzij de manier waarop koralen zich voortplanten. Ieder jaar is er slechts één nacht waarin de volle maan ’n bijzondere gebeurtenis opwekt. Dan gaan de koralen paaien d.w.z. kuitschieten. Hele riffen planten zich op exact ’t zelfde moment voort. Miljarden en nog eens miljarden bevruchte eitjes drijven weg. Ze worden meegevoerd door oceaanstromingen. Dit gebeurt niet alleen bij koralen, maar ook bij veel andere bewoners van het rif. Jonge bevruchte eitjes worden door de oceanen meegevoerd, om veilige plekjes op te zoeken waar ze hun leven kunnen beginnen en riffen te vormen. We weten misschien niet hoe de toekomst van onze oceanen er uitziet, maar koralen kunnen opnieuw aangroeien. Zolang ’n paar riffen ’t overleven, is er nog een sprankje hoop

Maar er is gelukkig nog meer hoop! Sommige oorzaken dat koraalriffen achteruit gaan, kunnen door de mens worden weggenomen: https://www.coralgardening.org/nl/oorzaken/

Afbeeldingsresultaat voor tonga kaart
Locatie Tonga-Islands

Het nu volgende is ook een natuurlijk fenomeen, een cyclische ingreep op de passaatwinden, die gemiddeld elke 3 à 7 jaar plaatsvindt op de Pacifische Oceaan tussen de Zuid-Amerikaanse kust bij Peru en Australië/Indonesië aan de andere kant van de oceaan.

El Niño van 350.000 jaar geleden terug te vinden in koralen

De ‘jaarringen’ in fossiele koralen uit het tropische deel van de Stille Oceaan blijken karakteristieken te vertonen op basis waarvan het mogelijk is om de veranderingen in de temperatuur van het zeewater te reconstrueren. Daaruit komt naar voren dat El Niño ook al zo’n 350.000 jaar geleden terug te vinden is… Tom van Loon 06 mei 2004 Kennislink

El Niño

De El Niño van 1997-’98 wordt beschouwd als één van de krachtigste ENSO-gebeurtenissen uit de geschiedenis, wat resulteerde in wijdverspreide droogtes, overstromingen en andere natuurrampen over de hele wereld.
ENSO staat voor El Niño – Southern Oscillation.

El Niño betreft een klimaatcyclus in de Pacifische Oceaan dat zich eens in de 3 tot 7 jaar herhaalt. Deze cyclus wordt bepaald door de oostelijke passaatwinden, die van de Zuid-Amerikaanse westkust langs de evenaar in de richting van Indonesië waaien. De passaatwinden stuwen in cycli opgewarmd water op, waardoor de zeespiegel aan de westkant van de oceaan enkele decimeters hoger is dan in het oosten.

Passaatwinden aan de evenaar

Normaal gesproken wordt het water voor de westkust van Zuid-Amerika aangevoerd door de zuidelijke stroming van de Humboldtstroom die koud water uit het Antarctisch gebied brengt. Een El Niño begint met het opstuwen van warm oceaanwater door passaatwinden in de richting van Indonesië. Langs de westkust van Zuid-Amerika verschijnt koeler water aan de oppervlakte ter vervanging van het weggewaaide water.

Wanneer door natuurlijke factoren op gezette tijden, in de westelijke Pacifische Oceaan westerstormen zich gaan ontwikkelen die het warme water terugduwen naar Zuid-Amerika, en op deze manier de oostelijke passaatwinden verstoren, is El Niño begonnen. In een El Niño-jaar wordt er dus een stroming in gang gezet, die tropisch oceaanwater uit de omgeving van Indonesië en de Filipijnen westwaarts voert richting West-Amerikaanse kust. Dat warme water bevat veel minder voedingsstoffen en dus ook veel minder vis. Voor de Zuid-Amerikaanse vissers betekent dat een economische ramp.

Bovendien verdampt het opgewarmde oceaanwater sneller dan normaal, waardoor het normaal gesproken uitzonderlijk droge gebied in een jaar van El Niño wordt geteisterd door zware regenval. Aanvankelijk komt de regen goed van pas voor de landbouw, maar overvloedige regen leidt in de Andes vaak tot aardverschuivingen en modderlawines die in bewoonde gebieden rampzalige gevolgen kunnen hebben. Aan de andere kant van de Pacifische Oceaan, van Australië tot Indonesië, leidt El Niño juist tot een periode van uitzonderlijke droogte, met aldaar grote gevolgen voor de landbouw.

Maar in wezen is het een atmosferisch en oceanisch fenomeen, dat voor een natuurlijk evenwicht zorgt, links en rechts van de oceaan. El Niño’s zijn er niet op uit om mensen te treiteren en te ruïneren, zoals veel mensen dat wél doen….

El Niño behoort tot de grootste natuurlijke klimaatschommelingen op de aarde. Het is de benaming voor een buitengewone opwarming van het zeewater in de Pacifische Oceaan en de gevolgen daarvan. Normaal koelt warm zeewater relatief snel af. Bij ’n El Niño echter kan een afwijking van een paar graden, enkele maanden achtereen blijven bestaan omdat de opwarming ook de wind beïnvloedt. Tijdens El Niño wordt daardoor warm water aangevoerd naar de westkust van Zuid-Amerika en wordt verhinderd dat koud water uit de diepe oceaan omhoog komt. Ook het feit dat boven het warme water van een El Niño meer stormen voorkomen bleek een grote rol te spelen. Het is de sleutel voor maand- en seizoensverwachtingen en biedt mogelijkheden om ook de gevolgen van  weersomstandigheden, zoals aanhoudende droogte of overvloedige regen te voorspellen. Overigens met de opwarming van de Aarde is het maar de vraag, of er een verandering optreedt in de frequentie van ’n El Niño. El Nino in een veranderend klimaat (Kennislinkartikel van KNMI)

Het ontstaan van een El Niño is gekoppeld aan twee voorwaarden:

  • In de eerste plaats moet er in het westen van de Pacifische Oceaan meer warm water zijn dan normaal. De passaatwinden stuwen continu het door de zon opgewarmde oppervlaktewater richting Indonesië. Daar ontstaat een dikke laag warm water, terwijl langs de kust van Peru juist koel water bovenkomt.
  • Ten tweede moet het warmere water naar Zuid-Amerika teruggeduwd worden. In sommige jaren woeden in dit gebied gedurende de regentijd (oktober tot en met april), westerstormen die tegen de richting van de passaat in het water terugduwen naar Zuid-Amerika.

La Niña

Bij La Niña, de tegenhanger van El Niño, zijn de zeewatertemperaturen in een deel van de Stille Oceaan nabij de evenaar uitzonderlijk lager dan normaal. De oostelijke passaatwind is dan juist sterker. Door deze sterkere passaatwind komt meer koud water uit de diepe oceaan aan de oppervlakte. La Niña leidt in het voorjaar vaak tot kouder weer in het noorden van Zuid-Amerika terwijl Mexico een warmere lente mag verwachten. In de tropische en noordelijke Atlantische Oceaan, met uitzondering van de grote Antillen, wordt het voorjaar warmer dan normaal. Op de Filippijnen veroorzaakt La Niña vrijwel altijd meer regen dan normaal in de droge tijd die daar inmiddels is begonnen. Het noordoosten van Brazilië heeft meer kans op natter weer dan normaal.

ENSO

In plaats van El Niño is het beter te spreken over ENSO. (El Niño Southern Oscillation). Dit is een samenvoeging van El Niño, La Niña en de Zuidelijke Oscillatie in de atmosfeer. Drie verschijnselen die samen een onderling verband hebben. In de Stille Oceaan is altijd een van de drie situaties aanwezig. Om te weten in welke situatie we nu zitten, kijken we naar de NINO3-index. ENSO (El Niño / La Niña) – Vereniging voor Weerkunde en Klimatologie

Zuidelijke Oscillatie (NINO3=0)
Thermocline is de overgang tussen twee lagen water (of lucht) met verschillende temperatuur en dichtheid.


Aan de westkust van Zuid-Amerika komt koud zeewater omhoog. Oostelijke winden brengen dit water naar het westen. Tegen de tijd dat Azië wordt bereikt, is het zeewater vijf graden warmer. Boven dit warme zeewater stijgt lucht op en regent het vaker, dan bij het koude zeewater van Amerika. Door de opstijgende lucht wordt de luchtdruk lager en wordt de oostelijke passaatwind versterkt. Het patroon houdt zichzelf in stand.

El Niño (NINO3=hoog)

Tijdens deze situatie is de westkust van Zuid-Amerika opgewarmd. Hierdoor verandert de druk en wordt de oostpassaat minder sterk. Het zeewater stroomt niet zo snel meer weg en het warme water wordt nog warmer. De passaatwind wordt hierdoor nóg zwakker. Het regengebied dat normaal boven Indonesië ligt, is nu naar het midden van de Pacifische Oceaan verschoven. Uitlopers van deze regengebieden bereiken in de eerste maanden van een El Niño-jaar de kust van Zuid Amerika en ook landinwaarts. Deze regen kan veel schade aanrichten in de bergen van de Andes.

La Niña (NINO3=laag)
Tijdens deze situatie is de westkust van Zuid-Amerika koeler dan normaal. Hierdoor versterkt de oostpassaat en valt veel regen in Azië en Australië. De sterke oostpassaat stuwt veel warm water weg van de kust van Zuid-Amerika.

Invloed El Niño en La Niña op het weer in de wereld
Omdat El Niño een sterker verschijnsel is dan La Niña, is het verband met het wereldweer bij El Niño altijd sterker gebleken. Tijdens een El Niño blijkt vooral rond de evenaar veel invloed te zijn. Droogte komt voor in Indonesië, Noord-Australië en de Filippijnen. Aan de kust van Zuid Amerika en midden op de Pacifische Oceaan regen. Droogte komt ook voor in de Amazone en in zuidelijk Afrika. Oost Afrika heeft weer hevige regenval. Ook Noord-Amerika ondervindt invloed tot in Alaska aan toe. Ook heeft El Niño invloed op de orkaanactiviteit in verschillende delen van de wereld. 

Europa ligt buiten de belangrijkste banen met invloeden van El Niño. De effecten zijn hier dan ook zeer klein. In Spanje en Portugal valt in de herfst bij El Niño iets meer regen. In het voorjaar na een sterke El Niño krijgen we in Nederland en verder naar het oosten vaak een nat voorjaar, terwijl Oost-Spanje dan iets droger en warmer is. In delen van Scandinavië is de winter bij El Niño gemiddeld wat strenger dan normaal, maar op het winterweer in Nederland heeft El Niño geen aantoonbare invloed.

3. Indische Zuidequatoriale stroom aangeduid met South Equatorial Current

De rol van oceaanstromen en de Indische Oceaan:

  • Het oceaanstromingssysteem van de Indische Oceaan wordt grotendeels gecontroleerd en aangepast door landmassa’s en moessonwinden. De stromingen in de noordelijke Indische Oceaan veranderen hun stroomrichting twee keer per jaar als gevolg van noordoostelijke en zuidwestelijke moessonwinden.
  • Een moesson is een wind die waait in de tropen. De wind waait de ene helft van jaar de ene kant op en de andere helft van het jaar de andere kant op. Doordat de wind draait verandert het weer. Je hebt droge moessons en natte moessons. De bekendste moesson waait in het noorden van India. Van januari t/m maart waait hier een droge moesson vanuit het noordoosten. Van juni t/m september waait er een natte zuidwestelijke moesson. Deze wind brengt vanuit het zuidwesten hevige regenval mee. De moessonregens kunnen voor overstromingen zorgen, maar als ze uitblijven ontstaat er juist droogte. In zo’n moesson kan er soms net zoveel regen vallen als in een heel jaar in West-Europese landen valt.
  • Video uitleg moessons.

North-East Monsoon Current (Warm):

  • Noordoostelijke moessonwinden waaien vanaf het land naar de oceaan tijdens het winterseizoen op het noordelijk halfrond. Aldus worden in het westen noordoostelijke moessonstromen geproduceerd in de Indische Oceaan.

South-West Monsoon Current (Warm):

  • Omkering van de richting van de moessonwinden keert ook de richting van de oceaanstromingen van de Indische Oceaan tijdens het zomerseizoen om. Noordoostelijke moesson oceaanstromen verdwijnen en zuidwest moesson oceaanstromen worden ontwikkeld.
  • De algemene richting van de moessonstromen is van zuidwest naar noordoost, maar verschillende kleine takken komen uit de hoofdtak en verplaatsen zich in de Golf van Bengalen (rechts van India) en de Arabische Zee (links van India).
Het Himalaya-gebergte speelt hier een cruciale rol

Rol van de koude Somalische stroom:

  • De Somalische stroming verandert om de zes maanden van stroomrichting. Tijdens de noordoostelijke moesson stroomt de Somalische stroom naar het zuidwesten, terwijl het tijdens de zuidwestelijke moesson een belangrijke westelijke grensstroom is. Er komt een lagedrukgebied langs de oostkust van Somalië.
  • Na elke zes of zeven jaar, wordt het lagedrukgebied in de westelijke Arabische Zee een hogedrukgebied. Zo’n omkering resulteert in een zwakkere moesson in India.

Regensystemen en regenval

  • Er zijn twee regensystemen in India. De eerste is afkomstig uit de Golf van Bengalen en veroorzaakt regenval over de vlakten van Noord-India. De tweede is de stroom van de Arabische Zee van de zuidwest moesson die regen brengt naar de westkust van India.
  • De frequentie van tropische depressies die uit de Golf van Bengalen komen, varieert van jaar tot jaar. Het pad van deze depressies blijkt ook te veranderen met de positie van de ITCZ (Intertropische convergentie zone, waarover later meer). De hoeveelheid neerslag in Noord-India varieert met de frequentie van de tropische depressies. Gemiddeld worden elke maand één tot drie depressies waargenomen en de levensduur van één depressie is ongeveer een week.
  • Er kan echter een vertraging optreden in het moessonsysteem boven India. De belangrijkste reden voor deze vertraging is gelegen in de circulatie van de bovenlucht. Het blijkt dat het thermisch effect van de Himalaya’s op een hoogte van 5 km. net zo belangrijk is voor de ontwikkeling van de zomermoesson als de temperatuurverschillen tussen het Aziatische continent en de Indische Oceaan. Door de ligging van het hoge Himalaya-gebergte wordt vanaf het voorjaar veel warmte getransporteerd naar de bovenste lagen van de troposfeer (de onderste laag van de atmosfeer tot 18 km hoogte). Door dit warmtetransport ontwikkelt er zich een hogedrukgebied in de bovenlucht: Het Tibetan High. Hierdoor verschuift de westelijke straalstroom in de bovenlucht vrij plotseling naar het gebied ten noorden van de Himalaya’s en maakt plaats voor de Tropical Easterly Jet.
Afbeeldingsresultaat voor tropical easterly jet

De vorming van Tropical Easterly Jets resulteert in de omkering van bovenste luchtcirculatiepatronen: Hoge druk schakelt naar lage druk, en leidt tot het snel begin van moessons.

Waarnemingen hebben aangetoond dat de intensiteit en duur van de verwarming van het Tibetaanse plateau: Plateau-of-Tibet, een directe invloed heeft op de hoeveelheid regenval in India door de moessons.
Wanneer de zomertemperatuur van de lucht boven Tibet voldoende lang hoog blijft, helpt dit bij het versterken van de oostelijke jet en resulteert in zware regenval in India.
De oostelijke straalstroom zal niet ontstaan als de sneeuw op het Tibet-plateau niet smelt, en zal de regenval in India belemmeren.
Daarom zal elk jaar wanneer er veel en wijdverspreide sneeuw ligt op het Tibet-plateau worden gevolgd door een jaar van ’n zwakke moesson en weinig regenval.

Door de verandering van windrichting wordt er ook een andere luchtsoort aangevoerd, waardoor het weerbeeld sterk verandert. Daarom wordt ook wel gesproken van de natte moesson en de droge moesson. Tot begin juni is het noorden van India droog, maar in juni, juli en augustus valt er net zoveel regen als tijdens een volledig jaar in West-Europese landen. Daarna blijft het weer droog tot in juni de volgende moesson aanbreekt. Het klimaat wordt, vooral benoorden de evenaar, beheerst door het Aziatische vasteland. Voor Zuid-Azië splitst het zeegebied benoorden de 8 graden noorderbreedte in twee delen: de Arabische Zee en de Golf van Bengalen.

Arabische Zee
Golf van Bengalen

Door de ligging van het vaste land is het permanente hogedrukgebied op 30° Noorderbreedte (=Paardenbreedte tussen 25° en 45°) dat we op oceanen aantreffen, niet aanwezig.

Afbeeldingsresultaat voor paardenbreedten

Gedurende de noordelijke zomer ontwikkelt zich boven het vasteland van Azië een lagedrukgebied, waardoor de Intertropische Convergentiezone (ITCZ) van lage druk zich tot 30° noorderbreedte kan verplaatsen.

Afbeeldingsresultaat voor tropical easterly jet
Afbeeldingsresultaat voor itcz
De Intertropische convergentiezone (ITCZ) is de zone met stijgende luchtbewegingen in de buurt van de evenaar. De wind kan er soms dagen of weken zeer zwakjes waaien, of zelfs helemaal gaan liggen.
Uitleg-van-de-intertropische-convergentiezone-itcz.

De Agulhasstroom

Dit is een Live-beeld van de Agulhasstroom 25-8-2019 onder de punt van Zuid-Afrika.
Deze warme stroming varieert in ’n oppervlaktetemperatuur van 14 ° tot 26 °C.
Sea-surface-temperature-and-the-Agulhas-current.

Bij de Kaap de Goede Hoop,vroeger de Stormkaap genoemd, ontmoet deze stroming uit de Indische Oceaan, een veel koudere en snellere oceaanstroming afkomstig van de koude streken van de zuidpool, de Westendrift. Op het punt waar de golfstromen elkaar ontmoeten ontstaan immense krachten op schepen door de hoge opzwiepende golven en draaikolken. Voortgang onder gunstige wind kunnen door een plotseling zeestroomwijziging, zomaar weer ongedaan gemaakt worden. De Agulhas-stroom is met een breedte van 100 kilometer een smalle zeestroming, maar wel één van de krachtigste ter wereld met een geschatte stroomsnelheid van 9,3 km per uur.

Afbeeldingsresultaat voor meteo maarssen de vliegende hollander
De Vliegende Hollander, sage Bron: Meteo Maarssen

De Agulhasstroom lekt regelmatig om de paar maanden warm water, al héél lang……al tijdens de IJstijden! Mogelijk zetten deze lekkages aan tot het einde van ijstijden. En deze kunnen, zeker nu met de wereldwijde opwarming, ook direct de moessons in Azië gaan beïnvloeden en de koude Westenwinddrift rond Antarctica……

Westenwinddrift of Circumpolaire stroming

De Antarctische oostelijke kuststroming (3 dikke blauwe pijlen) is een tegenstroming van de westenwindstroom en wordt voornamelijk aangedreven door oostenwinden ten zuiden van 66 ° ZB: Polar Easterly’s.

Afbeeldingsresultaat voor polar easterlies

De stroming is Barotroop (dit is een aanduiding voor een gelaagdheid van de atmosfeer of hydrosfeer, waarbij de vlakken van gelijke druk, in dit geval hogedruk Polar High, samenvallen met de vlakken van gelijke dichtheid). Thermohaline-effecten (door dichtheid van het koude en zoute water) kunnen hierbij dus ook belangrijk zijn.

094.jpg (122794 bytes)

Zo’n 90 miljoen jaar geleden lag Australië en Zuid-Amerika nog tegen Antarctica aan wat er voor zorgde dat de oceaanstromingen heel anders waren.
Tegenwoordig stroomt de sterkste oceaanstroming van de aarde in de zuidelijke oceaan om Antarctica heen. Dit is de Antarctische Circumpolaire Stroming. Hier wordt het zeewater met de klok mee rond het continent gepompt. Deze stroming verplaatst wel 52 duizend zwembaden met water en dat iedere seconde!

De Antarctische circumpolaire stroming stroomt vrij snel rond Antarctica en daarmee wordt voorkomen dat warme stromingen vanuit tropische gebieden Antarctica kunnen bereiken en daardoor blijft Antarctica ijskoud, voorlopig althans!
Zo zie je dat de oceaanstroming in de zuidelijke oceaan bepaalt hoe Antarctica er nu uit ziet. Een wit en ijzig continent, maar dat is niet altijd zo geweest.
Zo’n 50 miljoen jaar geleden, toen Australië en Zuid-Amerika heel dicht tegen Antarctica aan lagen bestond de Antarctische Circumpolaire Stroming nog niet.
Het zeewater moet dus heel anders hebben gestroomd in die tijd. En als de snelle Antarctische Circumpolaire Stroming er toen niet was, was er dan ook geen sprake van een ijskoud Antarctisch continent?

Om al die vragen te beantwoorden wordt er onderzoek gedaan aan oceaanbodem-sedimenten uit de zuidelijke Oceaan. Die opgeboorde sedimenten bestaan uit zand, klei, maar ook kleine fossielen. Die zijn eigenlijk neer gedwarreld op de oceaanbodem in vele miljoenen jaren tijd. Nu is te zien dat sommige fossielen stekeltjes hebben, andere zijn rond en weer andere hebben geen stekels. En het blijkt dat fossielen met stekels karakteristiek zijn voor warme oceaanstromingen, terwijl die zonder stekels juist karakteristiek zijn voor koude oceaanstromingen. Dus kunnen kan er aan de hand van de samenstelling van die fossielen in die sedimenten gekeken worden hoe die oceaanstromingen destijds gelopen hebben. Bron: schooltv

4. Atlantische Zuidequatoriale stroom aangeduid met South Equatorial Current.

De Benguelastroom is gedeeltelijk afkomstig uit de koude zeestroom rond Antarctica, en gaat gepaard met hevige winden. Bij Kaap Hoorn ontmoet deze stroming de warme Agulhasstroom, die daar een draai maakt. Op de bovenstaande kaart is duidelijk de onstuimigheid die deze 3 stromingen veroorzaken te zien onder de punt van Zuid-Afrika. Aan de andere kant van de Oceaan sluit de warme Zuidequatoriale zeestroom aan bij de eveneens warme Braziliëstroom. De koude noordwaarts stromende Falklandstroom kan ijsbergen meevoeren vanuit de Weddellzee nabij het Antarctisch schiereiland.

Door de ligging van de continenten is er een voortdurende cirkelende stroming (’n gyre) op de zuidelijke Atlantische Oceaan. De Cape Horn Current is een koude zeestroom die van west naar oost rond de punt van Zuid-Amerika stroomt. Deze stroom wordt veroorzaakt door de intensivering van de Westenwinddrift (Antarctic Circle) omdat deze de kaap snel rondgaat (door draaiing Aarde).

5. Atlantische Noordequatoriale stroom aangeduid met North Equatorial Current.

Afbeeldingsresultaat voor rennell current
GS = Golfstroom / NAD = North Atlantic Drift / RC = de warme Rennell Current.


De Warme Golfstroom

De Warme Golfstroom bevat verschillende stromingen: de stroming in Florida , de Golfstroom zelf en een oostelijke uitbreiding, de Noord-Atlantische Drift .

De stroming in Florida is snel, diep en smal, maar na het passeren van Cape Hatteras (boven Florida) wordt de Golfstroom minder diepgaand en ontwikkelt een reeks grote meanders die zich op een gecompliceerde manier vormen, losmaken en opnieuw vormen. Na het passeren van Newfoundland (schiereiland N.O. Canada) vormt de stroming de diffuse, ondiepe, brede, langzaam bewegende Noord-Atlantische Drift.

Voor de Britse eilanden splitst de stroming zich in twee takken, de ene naar het zuiden (de Canarische stroom) en de andere naar het noorden langs de kust van W en N Europa, waar het een aanzienlijke invloed heeft op het klimaat tot in Noordwest-Europa. De Drift is bijvoorbeeld bijzonder belangrijk omdat hij veel Noorse havens het hele jaar door ijsvrij houdt.

Zonder de warme Noord-Atlantische Drift zouden West-Europa net zo koud zijn als Canada, op dezelfde breedtegraad d.w.z. enkele graden kouder.

Een live-beeld van de Warme Golfstroom 29-8-2019, die ontspringt in de Golf Van Mexico. Vandaar de naam ‘Golf’
De warme Golfstroom is een onderdeel van de Thermohaline Circulatie.
Wat-gebeurt-er-als-de-atlantische-oceaan-anders-gaat-stromen-einde-der-tijden.

De twee belangrijkste drijvende krachten zijn de heersende zuidwestelijke passaatwinden en de circulatie van het water ver onder het oceaanoppervlak, de Noord-Atlantische Deep Water circulatie oftewel de Thermohaliene circulatie. Water in de Noord-Atlantische Oceaan zinkt omdat het een grote dichtheid heeft. Deze wordt verhoogd door zowel het zoutgehalte als de temperatuur – hoe kouder en zouter het water, hoe dichter het is. Dit diepe zoute water stroomt vanaf het Zuidpoolgebied naar de Golf van Mexico. Daar warmt het weer op om vervolgens verder te stromen als Warme Golfstroom naar de Noorse Zee. Het warme water levert warmte aan de atmosfeer op de koude noordelijke breedtegraden. De afname in temperatuur, samen met het hoge zoutgehalte van het water van tropische origine, zorgt ervoor dat de dichtheid toeneemt. In de tropen is door hoge temperaturen veel verdamping en zorgt daar voor een hoog zoutgehalte van het oppervlaktewater.

Het complexe geheel aan watertransport op de Atlantische Oceaan wordt ook wel aangeduid met de term Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Het is een noordwaartse oppervlaktetestroming van warm water (op de kaart rood), met als tegenhanger een zuidwaartse stroming op diepte van koud water (blauw). De AMOC is het Atlantische deel van de Thermohaliene circulatie.

De Stromingen in de noordelijke Atlantische Oceaan zijn aan het vertragen

Ongeveer 11.000 jaar geleden viel de Thermohaliene circulatie vrij plotseling stil als reactie op subtiele verschuivingen in het wereldwijde klimaat. De circulatie vertraagde en leidde de loop van de Golfstroom zodanig af dat het regionale klimaat van de Noordoost-Atlantische Oceaan aanzienlijk koeler werd. Als gevolg hiervan zakte Noordwest-Europa binnen tientallen jaren terug naar de ijstijd.

Men vermoedt nu dat de opwarming van de aarde kan leiden tot een opnieuw stilvallen van deze circulatie en een vertraging of afleiding van de Golfstroom, wat ironisch genoeg zou leiden tot koudere klimaten in Noordwest-Europa. Bron: NRC Wetenschap

Het koude en vooral ook zoete smeltwater heeft een mindere dichtheid dan die van het warme zoute oceaanwater en vormt hierdoor een koude laag bovenop het zeeoppervlak. Die koude laag kan verhinderen dat het warme, zoute oceaanwater warmte naar de atmosfeer transporteert. Als het warme water geen warmte kan afgeven, kan het niet afkoelen en naar de bodem van de oceaan zinken. Het effect zou een afkoeling van de atmosfeer in de hogere breedtegraden betekenen. En misschien zelfs een opwarming van het Antarctisch gebied net als 15 miljoen jaar geleden: Warme oceaanstroming liet ijs Antarctica smelten

De ijskap van Groenland is op sommige plaatsen drie kilometer dik en bevat genoeg ijs om de zeespiegel wereldwijd met zeven meter te doen stijgen. Gedurende de twintigste eeuw is Groenland in totaal circa negen biljoen ton ijs kwijtgeraakt, wat heeft gezorgd voor een kwart van de wereldwijde zeespiegelstijging.

Er zou ongeveer 360 miljard ton ijs moeten smelten om de wereldzeeën met één millimeter te doen stijgen.

Wat veroorzaakt het smelten?

De opwarming van de aarde met slechts één graad Celsius is de grote boosdoener achter de versnelde afsmelting van de ijskappen. Op Groenland ontdekten onderzoekers dat de ijskap gedurende de zomers aan de oppervlakte afsmolt, als gevolg van een combinatie van hogere temperaturen en een negatieve fase in de Noord-Atlantische Oscillatie – een natuurlijke luchtdrukfluctuatie die tijdens zijn negatieve fase warm en zonnig weer naar het westen van Groenland brengt. Vóór 2000 leidde dit fenomeen niet tot een duidelijke afsmelting, maar sindsdien is de afsmelting tijdens de negatieve fase van de NAO enorm geweest.

Weliswaar de NAO-index in de winter, maar de warme invloed op West-Groenland is duidelijk.

En nu?

Als er niet snel maatregelen worden genomen om het verbruik van fossiele brandstoffen terug te dringen en daarmee de opwarming van de aarde tot staan te brengen, dan zou het ijs op Groenland voor een groot deel of geheel kunnen afsmelten en tot een zeespiegelstijging van zeven meter kunnen leiden. Dat zou plaatsvinden op een tijdschaal van eeuwen. Maar binnen tientallen jaren kan een opwarmingsdrempel worden bereikt, waardoor de afsmelting van het Groenlandse ijs onomkeerbaar zou worden als dat hoge niveau lang genoeg zou aanhouden,

Maar het ijs op Groenland valt in het niet bij de ijskap op de Zuidpool, die de wereldzeeën met 57 meter zou doen stijgen als hij geheel zou afsmelten. Alarmerend is dat ook op de Zuidpool meer ijs per jaar verdwijnt dan veertig jaar geleden.

In de afgelopen tien jaar bedroeg de gemiddelde afsmelting op de Zuidpool 252 miljard ton ijs per jaar.

De klimaatverandering doet zich voelen. De luchttemperatuur in de winter is sinds jaren vijftig met vijf graden gestegen. Onder invloed van de wind veranderen zeestromingen, waardoor warmer water uit de diepte naar boven komt, en dat heeft gevolgen voor het zee-ijs. Dat ontstaat nu later en dooit eerder weg. Het ijsvrije seizoen aan de westkust van het schiereiland duurt drie maanden langer dan in 1979.

De tegengestelde polen

De Noordpool warmt sneller op dan de Zuidpool

Het grote verschil, en dat is meteen het cruciale, is dat de Noordpool in een oceaan ligt, terwijl de Zuidpool op een diep bevroren continent te vinden is omgeven door oceanen. De basis van het warmtetransport begint in de tropen. Om tot een thermisch evenwicht te komen, zoekt de warmte een weg om koudere oorden warmte af te geven: door convectie via atmosfeer en oceanen richting het noorden en het zuiden. De beide polen zijn hierin de eindpunten van dat convectieve transport. Het Noordpoolgebied ontvangt warmte via atmosferische convectie én rechtstreeks van de Zon. Er wordt dus een dubbele versnelling in gang gezet.

  • Het terugkaatsende effect van de Zon op het witte (zee)-ijs, het Albedo-effect, verdwijnt omdat het zee-ijs wegsmelt door atmosferische opwarming
  • Zonnewarmte wordt geabsorbeerd door het steeds groter wordende wateroppervlak, dat voor meer afsmelting zorgt aan de randen van het zee-ijs.

Op en rond Antarctica is de situatie ingewikkelder. De stijging van de temperatuur en het verdwijnen van de albedo zijn hier niet de enige factoren die bepalend zijn. Ook veranderen er patronen van atmosferische en oceanische stromingen, waardoor ook de luchtdrukverschillen kunnen veranderen. Waar de dikte van het zeeijs in het noordpoolgebied in meters wordt uitgedrukt, loopt die van de Antarctische ijskappen op tot kilometers. Als zo’n ijskap begint te smelten, duurt het wel even voor het onderliggende landoppervlak bloot komt te liggen. Het effect op de albedo is er dus (nog) niet merkbaar.

Antarctica kent wel een bepalend windpatroon, die de afgelopen tijd wel degelijk is veranderd. De circulatie is zuidelijker opgeschoven in de richting van de pool en de windsnelheid is toegenomen. Dat heeft invloed op de beweging van het ijs dat op het oceaanoppervlak drijft. Het ijs drijft weg van het continent waardoor plekken met open water ontstaan, die opnieuw kunnen bevriezen. Het onvermijdelijke smeltwater aan de randen van het continent speelt ook een belangrijke rol m.b.t. het ontstaan van zee-ijs:

Smeltwater heeft invloed op de oceaan: het is kouder, maar door het lage zoutgehalte, lichter dan het water in diepere oceaanlagen. Daardoor komt er minder van dat diepere koude water aan het oppervlak, waardoor het lichtere “warmere” oppervlakte-water gemakkelijk kan bevriezen. Dat is dus de reden bij de toename van het Antarctisch zeeijs.

Er is nog een andere factor die van groot belang is bij een veranderend klimaat: Oceanen bevatten het overgrote deel van de warmte die in het klimaatsysteem zit. Oceaanstromingen bepalen in belangrijke mate waar die warmte terecht komt.

Afbeeldingsresultaat voor straalstroom
Voor de actuele straalstroom Earth Nullschool.
Klik op EARTH en bij MODE op AIR en vervolgens op 250 hPa

De straalstroom is een krachtige wind die met snelheden van 100 tot soms wel 400 kilometer per uur waait op grote hoogte. Deze straal stroomt van west naar oost op ongeveer 10 kilometer hoogte, in de troposfeer. Meteorologen onderscheiden een polaire straalstroom en een subtropische straalstroom. De ligging van de polaire straalstroom is van invloed op het weer in Nederland: ligt die ten noorden van ons dan is het warm, en ligt hij in het zuiden dan is het koud.

  • Een straalstroom brengt in de regel de ene depressie na de andere met veel regen en wind.

Het is van belang om te weten dat de straalstroom wordt aangedreven door het temperatuurverschil tussen de tropen en de polen, dus tussen de warmte en de kou. Die verschillen zijn de afgelopen jaren kleiner geworden gezien de opwarming van de beide poolgebieden.

De kracht van de straalstroom zit nu juist in de temperatuurverschillen tussen het noorden en het zuiden. In de zomer zijn/waren de verschillen tussen noord en zuid kleiner dan in de winter. Je zou dus zeggen dat de straalstroom in het winterhalfjaar sterker is.

Meridionale stroming (van noord naar zuid / van zuid naar noord)

  • De straalstroom is zwak en loopt als een kronkelende rivier met verschillende bochten. Die kronkels vormen een meanderend patroon. Bij zo’n patroon is het weer vaak grillig en wisselvallig.

Zonale stroming (van west naar oost)

  • De straalstroom is dan sterker en loopt in een relatief rechte lijn. Kronkels en bochten komen dan niet of nauwelijks voor. Deze situatie doet zich vaker in de winter dan in de zomer voor en staat voor een stabieler weertype: dat kan dus ook dagenlang stabiel slecht of nat weer betekenen.

Het gaat hierbij om de slingeringen van de straalstroom, die Rossby-golven of planetaire golven worden genoemd. Het zijn atmosferische golven, die makkelijk te herkennen is als grootschalige slingeringen van de straalstroom. Bij het ontbreken van Rossby-golven hebben we een strakke straalstroom: zonaal in een strakke lijn van west naar oost. Depressies komen dan snel op ons af. Maar bij flinke Rossby-golven ontstaan grote slingers dat de snelheid eruit gaat: meridionale stroming van noord naar zuid en dan kunnen er blokkades ontstaan. Wanneer blokkades lang stand houden ontstaat stabiel weer. In de winter hebben we dan veel koud weer en in de zomer veel warmte. Er zijn aanwijzingen dat er iets verandert in het gedrag van die Rossby-waves en dat dit invloed heeft op het weer. Als deze golvingen heftiger worden, zorgen ze voor het scheiden van koude en warme luchtmassa’s, waaruit luchtstromingen om hoge- en lagedrukgebieden ontstaan (cyclonen en anticyclonen).

Een Anticycloon is een Hogedrukgebied…een Cycloon een Lagedrukgebied

Het zijn dus juist weerpatronen hoog in de atmosfeer die sturend zijn voor de ontwikkelingen aan de grond. De straalstroom, die de koers van lagedrukgebieden en (bijbehorende) storingen bepaalt, wordt op grote hoogte aangestuurd door de Polar Vortex. Dit is een belangrijk onderdeel van het omvangrijke complexe systeem in onze atmosfeer dat resulteert in ons weerbeeld aan de grond.

De ‘Polar Vortex’ wordt gevormd door koude lucht rondom de polen,  vanaf 5 kilometer boven het aardoppervlak. Deze aanwezigheid van kou levert lagedrukwerking op in de bovenlucht.

Afbeeldingsresultaat voor polar vortex zuidpool

Dit is de poolwerveling op het noordelijk halfrond met een uitgesproken lagedruk, maar vanzelfsprekend gelden dezelfde basisprocessen op het zuidelijk halfrond, dus ook een lagedruk. Alleen wat ‘ingewikkelder’ omdat Antarctica een met ijs bedekt continent is.

Voor het nu volgende wil ik verwijzen naar de bron: scriptiesonline.uba.uva.nl

Antarctica heeft een oppervlakte van 20.000.000 km2 en is omsloten door 3 oceanen. 70% van het zoete water op de wereld is opgeslagen in gletsjers, waarvan 90% zich op Antarctica bevindt. Smelten van al het ijs op Antarctica kan een zeespiegelstijging van 70 meter tot gevolg hebben. De temperatuur komt nauwelijks boven nul, slechts het noordelijke deel van het Antarctic Peninsula (westelijke schiereiland) kan net boven het vriespunt komen. De hoger gelegen delen van Antarctica kunnen in de wintermaanden een temperatuur van -90 °C bereiken.

West-Antarctica kenmerkt zich door de ijsplaten die over het water reiken , maar nog vastzitten aan het landijs. Het Peninsula is een bergachtig gebied, heeft een milder klimaat en er is begroeiing als korstmossen mogelijk, ook doordat er ijsvrije rotsen zijn. Oost-Antarctica is het grotere gebied van Antarctica en is permanent bedekt met ijs. Het is er extreem koud en droog.

Verandering in de Polaire Vortex.

Ondanks de opwarming van de Aarde, blijken sommige gebieden van Antarctica juist langzaam af te koelen. Een normale vortex volgt een meanderend patroon, deze meanders worden de al eerder besproken Rossby golven genoemd. Deze golven nemen warme lucht uit het noorden mee naar het continent. Een sterkere vortex die evenwijdig loopt met de breedtegraden, neemt minder warme lucht uit het noorden mee en zorgt zo voor afkoeling. De vortex is sterker geworden door afkoeling van de atmosfeer, wat op zijn beurt het gevolg is van het gat in de ozonlaag boven Antarctica.

Polar Vortex volgt, zonder golven de breedtegraden. Temperatuur in Kelvin:
210K = – 63oC
180K = -93oC

De vliesdunne ozonlaag bevindt zich in de stratosfeer en ligt ze op een hoogte van 30 km boven het aardoppervlak. In principe is ozon niets anders dan zuurstof (O2) waaraan zich door elektrische hoogspanning een extra zuurstofatoom heeft gekoppeld waardoor ozon (O3) ontstaat. In de natuur wordt ozon geproduceerd bij bepaalde chemische reacties. Het bekendste voorbeeld is natuurlijk de ozonlaag, waar ozon wordt geproduceerd door de ultraviolet stralen (UV-stalen) van de zon. Maar ozon wordt ook aangemaakt bij bijvoorbeeld onweersbuien en watervallen. Bij onweersbuien ontstaat de ozon door de extreem hoge voltages die daarmee gepaard gaan. De speciale frisse geur die men ruikt na een onweersbui is ozon. Het woord ozon is afgeleid van het Griekse woord ozein en betekent ruiken.

De dikte van de ozonlaag heeft effect op de lokale temperatuur en dus het afsmelten van landijs op Antarctica. Dit heeft te maken met een proces dat in de winter plaatsvindt. ‘s Winters daalt de temperatuur onder -78 °C waardoor polaire stratosferische wolken kunnen ontstaan.

Gerelateerde afbeelding

Parelmoerwolken kunnen ontstaan in gebieden waar het op grote hoogte in de atmosfeer extreem koud is. Dus ook boven de zuidpool is het ’s winters hoog in de atmosfeer koud genoeg om wolken te vormen. Hier worden ze Polaire Stratosfeer Wolken genoemd en zijn ze groter dan de parelmoerwolken. Deze wolken bestaan niet alleen uit ijskristallen van water, maar bevatten ook verbindingen van salpeterzuur en water. De massale vorming van deze wolken leidt uiteindelijk tot afbraak van ozon en de vorming van het “ozongat” boven de Zuidpool.

Dikte van de ozonlaag door het jaar heen (seizoen dynamiek). Hierbij wordt weergeven dat de hoeveelheid in het begin van de lente extreem afneemt.

De polaire vortex boven de Zuidpool heeft invloed op het landijs van Antarctica. Het zorgt door föhnwinden voor een verwarmd klimaat op het peninsula en zorgt voor een pool-waardse stroom van warm zeewater op West-Antarctica, wat leidt tot meer afkalving onder de ijsplaten. Door het afkalvingsproces worden deze ijsplaten instabiel, wat zorgt voor afbraak van ijs. De versterking van de polaire vortex wordt beïnvloed door de atmosfeer. Het gat in de ozonlaag zorgt ervoor dat een deel van Antarctica – Oost-Antarctica – afkoelt, doordat warmte van de zon dat wordt teruggekaatst door het albedo effect, niet meer wordt vastgehouden. Dit afkoelen zorgt ervoor dat er eerder en langer polaire stratosferische wolken worden gevormd, dat weer leidt tot meer ozon afbraak. Het versterken van de polaire vortex, zorgt ook voor minder toevoer van warme windstromen vanuit het noorden, dat opnieuw leidt tot afkoeling van Oost-Antarctica, wat het proces hierboven benoemd weer versterkt. Hoewel kwantitatief onderzoek nodig is, laat dit literatuuronderzoek zien dat er een correlatie is tussen de polaire vortex en het afnemen van de totale ijsmassa van Antarctica, en dat dit mogelijk desastreuze gevolgen kan hebben op de rest van de wereld.

We zien momenteel (begin september 2019) rond het zuidpoolgebied plotseling een zeer sterke Stratosferische Opwarming (SSW) optreden. Dit veroorzaakt hoge temperaturen in de stratosfeer boven Antarctica.

Afbeeldingsresultaat voor (SSW) boven antarctica 2019
SSW op het zuidelijk halfrond: zeldzaam | NoodweerBenelux

Een gevolg van de SSW is het veel kleinere ozongat dan normaal. De ozonafbraak wordt normaal gesproken in gang gezet door zeer lage temperaturen in de stratosfeer van het zuidelijk halfrond. Die lage temperaturen zijn er op dit moment niet, waardoor er veel ozon overblijft. De ozonlaag is daardoor veel dikker dan gebruikelijk.

De lagen in de atmosfeer

De atmosfeer boven ons heeft veel verschillende lagen. Alle wolken en het weer dat we voelen, gebeurt in het laagste deel van de atmosfeer, de troposfeer genoemd. Het reikt tot 8 km hoogte over de polen en tot 14-16 km hoogte boven de evenaar. Daarboven is een veel diepere laag die de stratosfeer wordt genoemd. Deze laag is ongeveer 30 km diep en is erg droog. De druk op de top van de stratosfeer is 1000 keer lager dan op de grond. Anders dan in de troposfeer stijgt de temperatuur in de stratosfeer met de hoogte. Op ongeveer 50 km waar de temperatuur weer met de hoogte begint te dalen, eindigt de stratosfeer en begint de mesosfeer langzaam na de stratopauze. Stratosfeer is vooral bekend door de ozonlaag die het bevat, die ons beschermt tegen schadelijke effecten van UV-zonnestraling. Boven de zuidpool vinden we het beruchte “ozongat”, dat elk jaar in juli verschijnt en tot december duurt.

Uitleg over het fenomeen SSW (Sudden Stratospheric Warming)

Een SSW ten zuiden van de evenaar is behoorlijk zeldzaam. Sinds het begin van de metingen zijn er maar twee geweest: één in september 2002 en één in september 2010. Daarbij moet aangehaald worden dat de stratosferische metingen boven het zuidelijk halfrond pas sedert de eeuwwisseling plaatsvinden. We hebben dus een relatief kleine steekproef als basis waarmee we kunnen meten.

  • Maar een gemiddelde van één keer per 7 à 8 jaar in deze eeuw zegt eigenlijk alles over de zeldzaamheid van dit fenomeen. Ter vergelijking: op het noordelijk halfrond vindt er bijna elk jaar wel een SSW plaats.

In de stratosfeer kan het onvoorstelbaar koud zijn. Soms echter voltrekt zich een bijzonder sterke opwarming waarbij de temperatuur in enkele dagen met wel 50 graden kan stijgen! Dit fenomeen is doorgaans het gevolg van weersystemen in de troposfeer (vaak zijn het grootschalige hogedrukgebieden) die de ‘Polar Night Jet’, een van west naar oost waaiende straalstroom die de Noordpool omcirkelt, verstoren.

Afbeeldingsresultaat voor Polar Night Jet

De Polar Night Jet is een Jet Stream die zich tijdens de Poolnacht in de stratosfeer zo’n 30 km boven de Noordpool vormt. De stratosfeer boven dit poolgebied wordt erg koud tijdens deze periode. Er ontwikkelt zich een polaire vortex. Dat wil zeggen, er ontwikkelt zich een koud lagedruksysteem. Deze draaikolk heeft winden die rond het centrum draaien. Het midden van dit lagedruksysteem op het hoogste niveau bevindt zich precies boven de Noordpool. De winden van de draaikolk worden aangedreven door de drukverschillen tussen de koude lage druk over het poolgebied en de warmere hogedruksystemen naar lagere breedtegraden. De draaikolkende winden worden de “Polar Night Jets” genoemd. Niet te verwarren met de Polar Jet Stream die zich onderaan in de troposfeer ontwikkelt. De Polar Vortex strekt zich echter vaak uit tot in de troposfeer. Bepaalde processen kunnen ervoor zorgen dat de draaikolk afbreekt en de koude lucht naar het zuiden ontsnapt naar de middelste breedtegraden.

Vervolgens implodeert als het ware de aanwezige lucht in de stratosfeer boven de poolkap en door deze compressie voltrekt zich een sterke opwarming (SSW). Uiteindelijk kunnen de ‘Easterlies’ op grote hoogte ook het weer in de troposfeer beïnvloeden met als gevolg een verzwakking van ‘onze straalstroom’, subtropical jetstream. De Polar Jet Stream begint dan sterk te golven en net als op het strand worden deze gebroken met als gevolg een sterke verzwakking of zelfs een omslag van de heersende ‘Westerlies’ naar ‘Easterlies’ in de hoge atmosfeer. Let op! Op het zuidelijk halfrond is door het Coriolis-effect (door de draaiing van de Aarde) deze windrichting juist andersom! Dat resulteert dikwijls in een geblokkeerd stromingspatroon waardoor oostenwinden koude continentale vrieslucht naar het westen kunnen transporteren. Rondom Antarctica worden de koude westelijke winden in dat geval zwakker.
Een SSW hoeft per definitie niet altijd automatisch winterweer tot gevolg te hebben, maar een vorstperiode is in 2002 en 2010 voorgekomen.

The air above Antarctica is suddenly getting warmer

6-9-2019. De opwarming begon in de laatste week van augustus, toen de temperaturen in de stratosfeer hoog boven de Zuidpool snel begonnen te verwarmen in een fenomeen dat ‘plotselinge stratosferische opwarming’ werd genoemd. Verwacht wordt dat de opwarming in de komende weken zal toenemen, en de effecten ervan zullen zich naar beneden naar het aardoppervlak uitbreiden, wat de komende maanden veel van Oost-Australië vergt.
The Bureau of Meteorology voorspelt de sterkste opwarming op Antarctica ooit, waarschijnlijk hoger dan het vorige record van september 2002.

Wat is er aan de hand?
Elke winter ontwikkelen zich westelijke winden – vaak tot 200 km per uur – in de stratosfeer hoog boven de Zuidpool en omcirkelen de poolstreek. De wind ontwikkelt zich als gevolg van het temperatuurverschil over de pool (waar geen zonlicht is) en de Zuidelijke Oceaan (waar de zon nog schijnt).
Terwijl de zon in het voorjaar naar het zuiden verschuift, begint het poolgebied op te warmen. Deze opwarming zorgt ervoor dat de stratosferische draaikolk en bijbehorende westelijke winden geleidelijk afzwakken gedurende een periode van enkele maanden.
In sommige jaren kan deze verdeling echter sneller gebeuren dan normaal. Luchtgolven uit de lagere atmosfeer (van grote weersystemen of stroom over bergen) verwarmen de stratosfeer boven de Zuidpool en verzwakken of “mixen” de snelle westelijke winden.

  • Zeer zelden (in cycli van 7 tot 10 jaar), als de golven sterk genoeg zijn, kunnen ze de polaire vortex snel afbreken en de richting van de wind omkeren, zodat ze oostelijk worden. Dit is de technische definitie van “plotselinge stratosferische opwarming”.

Hoewel we de afgelopen 60 jaar veel zwakke of matige variaties in de poolwervel hebben gezien, was de enige andere echte plotselinge opwarming van de stratosfeer op het zuidelijk halfrond in september 2002.
In tegenstelling, hun noordelijke tegenhanger komt om de twee jaar of zo tijdens de late winter van het noordelijk halfrond vanwege sterkere en meer variabele troposferische golfactiviteit.

Effecten op het ozongat en Antarctisch zee-ijs

Een positieve noot van plotselinge stratosferische opwarming is de vermindering – of zelfs helemaal afwezigheid – van het ozongat in de lente van Antarctica. Dit is om twee redenen:

  • Ten eerste betekent de snelle stijging van de temperaturen in de bovenste atmosfeer dat de superkoude polaire stratosferische ijswolken, die van vitaal belang zijn voor het chemische proces dat ozon vernietigt, zich misschien niet eens vormen.
  • Ten tweede vervoeren de verstoorde winden meer ozonrijke lucht van de tropen naar het poolgebied, waardoor het ozongat wordt hersteld.

Er wordt echter ook een verhoogde achteruitgang van het Antarctische zee-ijs verwacht tussen oktober en januari, met name in de oostelijke Rosszee en de westelijke Amundsenzee, omdat meer warm water richting Antarctica stroomt vanwege de zwakkere westenwinden.

Dankzij verbeteringen in het modelleren en de nieuwe supercomputer van het Bureau kunnen dit soort evenementen beter dan ooit worden voorspeld. In vergelijking met 2002, toen we pas wisten over het evenement nadat het was gebeurd, hadden we deze keer bijna drie weken bericht dat er een zeer sterk opwarmend evenement op komst was. We weten ook veel meer over het proces dat in gang is gezet en dat ons weer in de komende één tot vier maanden zal beïnvloeden.

Ik heb me beperkt tot de Stratosfeer. Hieronder de overige luchtlagen:

Afbeeldingsresultaat voor luchtlagen

Mesosfeer
Boven de stratosfeer bevindt zich de mesosfeer. Hier neemt de temperatuur af tot –90 °C. De afname stopt op ongeveer 80 km hoogte. Het is in de mesosfeer dat meteorieten, die de atmosfeer binnendringen, beginnen op te warmen. Ze komen met een zeer grote snelheid de atmosfeer binnen, waarbij ze te verhitten door de wrijving met de luchtmoleculen in de mesosfeer. Meteorietenregens zijn bekent als ‘vallende sterren’ vallendesterren.info
Thermosfeer
In de thermosfeer (ook wel ionosfeer genoemd) neemt de temperatuur sterk toe tot zo’n 1500 °C. Omdat de lucht hier ijl is, merkt men bijna niets van deze hitte. De straling van de zon ontleedt er moleculen, in positieve ionen en negatieve elektronen. Deze ionen en elektronen weerkaatsen radiogolven van bepaalde golflengten terug en maken zo radiocommunicatie over lange afstanden mogelijk.

De Kármánlijn. Het is een denkbeeldige grens om een onderscheid te kunnen maken tussen luchtvaart en ruimtevaart. Het ISS bevindt zich in de Thermosfeer op een hoogte van ongeveer 355 km. De Kármánlijn wordt beschouwd als het “begin van de ruimte”, maar eigenlijk “begint die pas” na de Exosfeer (de atmosfeer kent overgangen en heeft geen grenzen, evenals de ruimte…. De lijn is overigens gedefinieerd op initiatief van de Hongaars-Amerikaanse natuurkundige Theodore von Kármán).

Overdag is de lucht blauw omdat de atmosfeer zonlicht verstrooit. Voorbij de Kármánlijn is de atmosfeer zó ijl dat de blauwe kleur verdwijnt. De donkere ruimte en de sterren zijn dan zelfs overdag zichtbaar.

Vanuit de Thermosfeer is ook het Poollicht zichtbaar, daarover later meer.

Afbeeldingsresultaat voor poollicht

Exosfeer De buitenste laag, de exosfeer, is zeer ijl. Dit komt door de extreem lage druk van de aanwezig gassen. De temperatuur bereikt hier waarden tot boven de 1600 °C.

Afbeeldingsresultaat voor exosfeer

In dit buitenste deel van de dampkring kunnen atmosferische gassen, atomen en moleculen ontsnappen aan de aardse zwaartekracht, de ruimte in. Het grootste deel van de gassen in de exosfeer zijn lichte gassen, voornamelijk helium, koolstofdioxide en, in het laagste deel van de exosfeer, atomair zuurstof. Er zijn zo weinig deeltjes in deze ijle laag aanwezig dat ze zonder met elkaar te botsen door de laag kunnen bewegen. Ze volgen een eigen bepaalde baan.

Ionosfeer

Dit is het deel van de atmosfeer dat ligt op een hoogte van ongeveer 70 – 400 km boven de aarde. Onder invloed van zonnestraling worden de daar aanwezige gassen, met name zuurstof en stikstof, geïoniseerd. Dat wil zeggen dat uit de gasmoleculen elektronen worden vrijgemaakt. Hierdoor is de ionosfeer in staat radiogolven van richting te veranderen of te reflecteren. Dit maakt het mogelijk om over zeer grote afstanden te communiceren.

Afbeeldingsresultaat voor ionosfeer

Magnetosfeer

Zonder deze “magnetische bel” zou de Aarde onleefbaar zijn door de invloed van de voortdurende zonnewind.

De zonnewind is een voortdurende stroom plasma van geladen deeltjes protonen en elektronen. Deze worden door de aan aanwezigheid van een ‘boeggolf’ (beige band op de afbeelding) om de Aarde heen geleid met een gemiddelde snelheid van wel 450 km/s. Een kleine hoeveelheid van die deeltjes kan echter wél de magnetosfeer binnendringen, en veroorzaakt het poollicht. Op momenten dat de Zon zeer actief is, is de zonnewind sterker: er woedt dan een magnetische storm. Deze stormen veroorzaken elektrische velden in de magnetosfeer, wat storingen kan opleveren voor satellieten. Ook het poollicht neemt dan in hevigheid toe en komt op lagere breedtegraden van de Aarde terecht.

Een verschijnsel dat gepaard gaat met de zonnewind, is een Bow Shock, een ‘booggolf’. Het is als een boeggolf vóór een snel varende boot. Een Bow Shock wordt gevormd door de botsing met zeer hoge snelheid van de stellaire wind met een ander medium. Dus in het geval van de Zon: wanneer de supersnelle zonnewind botst met de eveneens voortbewegende Aarde. Hierbij worden de zonnewinddeeltjes vertraagd en vervolgens gedwongen een omweg te volgen rond de Aarde via de magnetosfeer. Deze magnetische bel creëert aldus een beschermde zone rond de Aarde.

De Bow shock dwingt de zonnewind om de magnetosfeer heen te buigen.
Het is als een golf die vóór een varende boot verschijnt…..
Deze afbeelding heeft een leeg alt-atribuut; de bestandsnaam is bowshock_inpixio-deze.jpg
…..en is vergelijkbaar met de golf voor een rots in een stroom waar het water omheen moet stromen.

Ook de “lege ruimte” bevat protonen, elektronen, atomen, moleculen en andere materie. Wanneer planeten, sterren en ook plasmawolken uitgeworpen uit supernovae met hoge snelheid door de ruimte vliegen, worden in dit medium kosmische Bow Shocks gecreëerd.

Op momenten dat de Zon zeer actief is, is de zonnewind sterker. Wanneer is de Zon actief?

Allereerst: de Zon heeft dankzij haar enorm geleidend gasvormig inwendige, een zeer krachtig magneetveld.

Magnetische veldlijnen die diep in het inwendige van de Zon ontstaan door voortdurende bewegingen van gas met geladen deeltjes (protonen en elektronen). Vervolgens treden deze veldlijnen door het oppervlak naar buiten in de vorm van lussen.
Gerelateerde afbeelding
Wanneer krachtige zonnevlammen en zonneuitbarstingen zichtbaar zijn, spreken we van een actieve Zon.
Video: Surface-of-the-sun-as-youve-never-seen-it.

Het zonsoppervlak verkrijgt z’n hitte doordat hete gasbellen uit het binnenste opstijgen en hun warmte aan het oppervlak door convectie afgeven. Wanneer er storingen in het sterke magnetische veld van de Zon optreden, kan het gebeuren dat lokaal de hete gasbellen de fotosfeer niet kunnen bereiken, waardoor deze afkoelt. Op die manier ontstaat een koeler gebied op het zonsoppervlak, dat wij zien als een zonnevlek.

Afbeeldingsresultaat voor zonnevlekken
Op dit moment (2019) zijn er geen ‘storingen’ in het sterke magneetveld van de Zon zichtbaar als zonnevlekken!!
Zie daarom de actuele zonnebeelden op SOHO, Solar and Heliospheric Observatory van de NASA.
Zonnevlekken zijn niet zwart en niet koud. De temperatuur in een zonnevlek is lager dan die van de omgeving en daarom is een vlek donkerder dan het heldere zonsoppervlak. Umbra is het donkere en penumbra het lichtere deel van de schaduw.

Zonnevlekken worden dus veroorzaakt door magnetische storingen. Diezelfde storingen veroorzaken ook uitbarstingen op de Zon, waarbij vaak een stroom geladen deeltjes van het oppervlak van de Zon af wordt geschoten. Wanneer zo’n wolk deeltjes in de richting van de Aarde komt, en de magnetosfeer binnendringt, kunnen de deeltjes in de buurt van de Noord- en Zuidpool in botsing komen met deeltjes in de aardatmosfeer (zuurstof en stikstof), en het poollicht doen oplichten. De elfjarige cyclus van de zonnevlekken duidt op een cyclus in de activiteit van de Zon, en op een cyclus in het voorkomen van poollicht: wanneer er meer zonnevlekken zijn, is er een grotere kans op aurora.

Aurora

Afbeeldingsresultaat voor youtube poollicht
Video Poollicht
De kleuren van poollicht
Bron: Spacepage
Uitleg Kleuren in het noorderlicht en zuiderlicht.

In de periode 1650–1700, vlak nadat Galileï was begonnen met de eerste sporadische waarnemingen van de Zon, kwamen er relatief weinig zonnevlekken voor. Dit wordt het Maunder Minimum genoemd, en valt samen met een periode waarin er in West-Europa relatief strenge winters voorkwamen. Er waren toch wel grote verschillen tussen de seizoenen. Zo bleken in West-Europa vooral de winters kouder te zijn geweest en was dit in de zomers veel minder het geval. Lees verder →

Voor de schommelingen in het klimaat in die periode zijn meerdere factoren aan te wijzen: in dezelfde periode was er namelijk een hoge vulkanische activiteit!

Wat de zonneactiviteit betreft was er recentelijk in 2008 een minimum te zien in het aantal zonnevlekken. Rond 2014 was er een zonnemaximum, dat echter beduidend minder hoog was dan de afgelopen maxima. Op dit moment is er geen enkele zonnevlek te zien!!! Wat de oorzaak hiervan is, is nog onduidelijk……

Computersimulaties van het National Center for Atmospheric Research in Colorado voorspellen dat een ‘grand minimum’ in het midden van de 21ste eeuw de door de mens veroorzaakte opwarming van de aarde zou vertragen met enkele tienden van een graad. Maar op het einde van dat ‘minimum’ zou de opwarming van de aarde gewoon weer verdergaan. Prof. dr. Valentina Zharkova, hoogleraar Wiskunde aan de universiteit van Newcastle, doet een opmerkelijke voorspelling, dat er is een zonneminimum op komst is, die zal starten in 2020 en zal duren tot 2055!

Haar systeem van berekeningen bevestigt ook de zonneminima uit het verleden, zoals het Homer minimum (800-900BC), het Oort minimum (1000-150) en het Maunder minimum (1645-1715).

Het aantal zonnevlekken in de jaren 2020 en volgende zijn vergelijkbaar met het minimum aantal zonnevlekken in de Daltonperiode van 1790 – 1830. Ook NASA en NOA voorspellen een zeer lage zonneactiviteit voor de volgende zonnecyclus nr. 25, het laagste minimum in de afgelopen 200 jaar. In Juni 2010 hebben prof. dr. S. Duhau en prof. dr. C. de Jager in het Journal of Cosmology het artikel, ‘The Fortcoming Grand Minimum of Solar Activity’, gepubliceerd, waarin zij voorspelden dat er na cyclus 24 (de huidige cyclus) een langere periode van geringe zonneactiviteit op komst is. Over dit onderwerp worden nog vele discussies gevoerd. Sommige wetenschappers zijn ervan overtuigd, dat zonnevlekken kunnen zorgen voor een klimaatverandering op Aarde, maar anderen zijn het hier niet mee eens…..de tijd zal het leren. Bron: Climategate.nl


Kosmische straling
Het ‘grand minimum’ heeft nog een ander gevolg, meer bepaald voor de kosmische straling vanuit onze Melkweg. Normaal gesproken wordt onze planeet daarvan beschermd door het sterke magnetische veld van de Zon en z’n felle winden. Maar als de zonneactiviteit vermindert, krijgen we meer van die straling te verduren. Recent onderzoek toont aan dat kosmische straling de vorming van wolken op Aarde in de hand werkt. En die schermen ons af van de Zon en koelen de Aarde af.

Volgens sommige wetenschappers zou dat fenomeen alle andere klimaatfenomenen domineren de komende decennia.

Afbeeldingsresultaat voor kosmische straling veel bewolking


Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s

Deze site gebruikt Akismet om spam te bestrijden. Ontdek hoe de data van je reactie verwerkt wordt.