Sinds het eind van de negentiende eeuw wordt algemeen aangenomen
dat in het verleden sprake is geweest van ijstijden met grootschalige
landijsbedekkingen tot gevolg. Ook Noordwest-Europa kreeg ermee te maken. Met zekerheid zijn voor ons land twee glaciaties met bijbehorende landijskappen aangetoond.
Voor die tijd dacht men dat zwerfkeien en bodemlagen
waar deze in voorkomen door smeltende ijsbergen waren
afgezet.
Tijdens een congres met geologen in Berlijn in 1875 veroorzaakte de
Zweedse geoloog Otto Torell grote opschudding onder de deelnemers.
Tijdens een voordracht vertelde hij zijn gehoor dat Noord-Duitsland
ooit bedekt moet zijn geweest door gletsjerijs. Hij ontdekte tijdens
een excursie in een kalksteengroeve vlak ten zuiden van Berlijn
gletsjerkrassen. Gletsjerkrassen duiden op de aanwezigheid ooit van gletsjers
of van landijs. Dit veroorzaakte een revolutie in de ijstijdgeologie. Veel geologen hebben zich sindsdien beziggehouden met
onderzoek aan ijstijdafzettingen en zwerfstenen, alsmede met de
vraag hoeveel ijstijden er zijn geweest en..... naar de
oorzaken ervan.
De Zweedse geoloog Otto Torell (1828-1900) ontdekte in 1875, tijdens een geologisch congres in Berlijn, gletsjerkrassen op blootgelegde Muschelkalkafzettingen bij Rüdersdorf, in de buurt van Berlijn. Deze ontdekking zorgde voor een revolutie in de ijstijdgeologie. |
Door landijs gladgeslepen en bekraste Muschelkalk in een kalksteengroeve bij Rüdersdorf, zuidoostelijk van Berlijn. |
Het kenmerk van ijstijden (glacialen) is dat er op de geografische
polen en op hooggebergten over de hele wereld ijskappen ontstaan,
die zich vervolgens uitbreiden over grote delen van continenten. De
ijsmassa’s smelten voor een deel weer weg na het begin van een
zgn. interglaciaal. Dit is een warmere tijd tussen twee glacialen in.
Gedurende het Kwartair, de laatste 2,58 miljoen jaar, hebben
zich vooral in Noord-Amerika en Noord-Europa telkenmale grote
landijskappen gevormd, die tienduizenden jaren later weer wegsmolten.
Merkwaardig is dat glacialen en interglacialen elkaar afwisselen, en
dat tijdens de relatief warme interglacialen Noord- en Zuidpool met
ijs bedekt bleven. Dat is ook nu het geval.
Dit kan de aanblik zijn geweest van de landijskap zoals die in de voorlaatste ijstijd (Saalien), zo'n 150.000 jaar geleden, een tijdlang de noordelijke helft van ons land bedekte. |
Groenland en Antarctica zijn nog steeds voor het grootste deel
bedekt door ijskappen. Die op Groenland is meer dan 2,5 kilometer dik,
de ijskap op Antarctica zelfs bijna 4 kilometer. In deze gebieden is het
dus nog steeds ijstijd. Het ijsvolume op deze plaatsen op aarde is feitelijk te
groot om in een interglaciaal helemaal te laten verdwijnen. Of de
temperatuurstijging door het veronderstelde broeikaseffect wel bij
machte is al het ijs op de polen te laten smelten is nog maar zeer de
vraag.
|
Ook Nederlands eerste geoloog W.C.H.Staringh was een aanhanger van de drifttheorie. Onzezwerfstenen en bijbehorende aardlagen zouden hier gebracht zijn door smeltende ijsbergen. |
In de ontwikkelingsgeschiedenis van de aarde zijn er meer langdurige
episoden met ijstijden geweest. Ook is bekend dat er miljoenen
jaren achtereen op Noord- en Zuidpool helemaal geen ijs lag.
Zo was in de Krijt-periode de gemiddelde temperatuur tot op hoge
breedte (Alaska, Spitsbergen) hoog te noemen. In Alaska groeiden
destijds zelfs palmbomen en in Siberië leefden krokodillen.
In de laatste miljard jaar is het enkele malen voorgekomen dat
grote delen van het aardoppervlak door ijskappen bedekt waren.
De grootste, wellicht wereldomvattende ijstijd trad op in het Laat-
Precambrium, zo'n 700 miljoen jaren geleden. De ijsuitbreiding tijdens
het glaciaal dat bekend staat als de Varanger-ijstijd moet van een
omvang zijn geweest die daarna nooit meer is bereikt. Vrijwel de gehele aarde moet in het Laat-Precambrium een of meer keren
achtereen met ijs en sneeuw bedekt zijn geweest, met tot op de
evenaar ijsbergen. De periode met deze wellicht wereldomspannende
ijsbedekkingen noemt men het Cryogenium. De populaire uitdrukking hiervoor is 'snowball earth'.
Verdieping
De Varanger-ijstijd wordt in publicaties gepresenteerd als synoniem voor het Cryogenium.
Daarbinnen onderscheidt men drie koude tijden of cycli: de Kaigas-glaciatie (ca. 750 Ma),
de langdurige Sturtische ijstijd (720-660 Ma) en de kortere Marinoische ijstijd (650-635 Ma). Omdat het
begrip ijstijd betrekking heeft op een koude tijd tussen twee interglacialen, is de aanduiding
Varanger-ijstijd niet juist. Er is immers sprake van drie koudeperioden. Gezien de lange duur
van de Kaigas, Sturtische en Marinoische glaciaties is de vraag of ze elk een ijstijd vertegenwoordigen
of dat er sprake is van een drietal cycli met afwisselend koude en warme episoden.
Vermoedelijk is dit laatste het geval. Het Cryogenium zou daarom voorlopig beter aangeduid
kunnen worden als een ijs-era, die uit een cyclus van drie afzonderlijke ijstijdvakken van
enkele miljoenen jaren bestaat en langdurige warmere episoden daartussen. De uitdrukking
‘Snowball Earth’ heeft binnen het Cryogenium alleen betrekking op de Sturtische ijstijd.
Na het Cryogenium werd het klimaat snel warmer, waarbij er in de
zeeën sprake was van een explosie van meercellige dieren. Deze fauna
bestond voornamelijk uit diersoorten die nog grotendeels onbegrepen
zijn. Ze bezaten geen harde skeletdelen, waardoor ze alleen in
uitzonderlijke gevallen als afdruk bewaard zijn gebleven. Deze bijzondere
fauna uit het Laat-Precambrium staat bekend als de Ediacara-fauna,
genoemd naar de Ediacara Mountains in Zuid-Australië. De periode waarin
deze bijzondere meercellige dieren leefden noemt men het Ediacarium.
Vergelijkbare fossiele afdrukken als van Ediacara heeft men de laatste
jaren op steeds meer plaatsen op aarde ontdekt.
Reconstructie van het zeeleven tijdens het Ediacarium. Sommige dieren leken op primitieve zeeveren |
Deze oudst bekende fossielenwerden voor het eerst gevonden in de Ediacara bergen in Zuid-Australië. |
Mawsonites, afdruk van een kwal-achtig organisme. De Ediacara-fauna bestaat in zijn geheel uit vage afdrukken in zandsteen. |
Ook na het Precambrium is er sprake geweest van ijstijdperioden.
Bekend zijn de fossiele keilemen en bekraste rotsbodems in de Sahara.
Over een afstand van meer dan 5000 km van Algerije tot ver in de
Soedan zijn deze ijstijdafzettingen en oude rotsoppervlakken met
gletsjerkrassen te vervolgen. Ze dateren uit het Ordovicium.
Ook in de Perm-periode zijn bewijzen gevonden van een uitgebreide
vergletsjering. Op alle zuidelijke continenten zijn fossiele afzettingen
gevonden die op een langdurige ijsbedekking wijzen. Als we rekening
houden met de beweging van de continenten sinds het Perm en we
extrapoleren deze terug in de tijd, dan komen India, Zuid-Afrika,
Antarctica, Australië en Zuid-Amerika bij elkaar te liggen. Ze vormen
dan één grote landmassa, die zich destijds over de Zuidpool uitstrekte.
De situatie lijkt daarmee vergelijkbaar met de huidige toestand,
waarbij het grote continent Antarctica ook al miljoenen jaren op de
Zuidpool ligt en bedekt is met een immense, bijna vier kilometer dikke
landijskap.
Episoden waarin delen van continenten en gebergten onder grote
landijs-kappen en gletsjers bedolven zijn, noemt men ijstijdvakken.
Het laatste ijstijdvak, die van het pleistoceen dus, begon zo’n
2,58 miljoen jaar geleden en is nog niet ten einde. Sterker nog, er zijn
sterke aanwijzingen dat zich over enkele tientallen eeuwen, maar niemand
weet precies wanneer, een nieuwe ijstijd aan zal dienen.
|
Grijze zandsteen met gletsjerkrassen - Zwerfsteen van Winschoten (Gr.). |
De verdeling van land en zee
Continenten, zeeen en oceanen zijn niet gelijkmatig over het
aardoppervlak verdeeld. De verdeling van land en zee en de
aanwezigheid van hoge gebergtegordels zijn bepalende factoren
voor de klimaatverdeling op aarde. De verdeling heeft namelijk
een grote invloed op de watercirculatie in de oceanen en de
beweging van de luchtmassa’s daarboven. Het oceaanwater werkt
door zijn enorme massa als warmteregelaar voor de aarde.
Water heeft een bijzonder grote warmtecapaciteit. Dit houdt in
dat er veel energie nodig is om zeewater te verwarmen, maar ook
dat het lang duurt voordat het is afgekoeld.
Noordwest-Europa profiteert van een dergelijke situatie. Zeewater
dat in de tropische Atlantische Oceaan en in de Caraïbische Zee
wordt opgewarmd, stroomt langs de oostkust van Noord-Amerika
richting West-Europa. Op het grensvlak met het koudere oceaanwater
ontstaan tal van depressies. Zij veroorzaken het koele vochtige
zeeklimaat in onze streken.
De invloed van de Golfstroom – want daar hebben we het over - strekt
zich helemaal uit tot aan Spitsbergen. Zonder de Golfstroom zouden
wij een continentaal klimaat hebben met hete zomers en steenkoude
winters, vergelijkbaar met die in Rusland.
Omgekeerd heeft zeewater dat van de polen afkomstig is, in de tropen
en de subtropen een verkoelende werking. Het koudere water verdampt
weinig waardoor er vrijwel geen wolkenvorming plaats vindt. Regenval
blijft daardoor uit. Het gevolg is dat in zuidelijk Afrika aan de Namibische
kust een woestijn aanwezig is. Een vergelijkbare situatie vinden we in
Zuid-Amerika, in het noorden van Chili (Atacama woestijn).
|
Atacamawoestijn in Noord-Chili. Het koude zeewater verhindert wolkenvorming waardoor regen uit blijft. |
Zolang er tussen de tropen en de polen voldoende wateruitwisseling
bestaat, kunnen er geen ijstijden ontstaan. De langzame verplaatsing
van continentale landmassa’s als gevolg van de platentektoniek is de
oorzaak van de huidige ongelukkige verdeling van land en zee op de
Noord- en Zuidpool. Hierdoor verscherpen de klimaatzones zich.
Momenteel is in beide poolgebieden sprake van thermische isolatie.
De grote noordelijke Arctische Oceaan wordt omringd door de
landmassa’s van Siberië en Canada. Via de smalle Beringstraat en de
doorgangen tussen Groenland, IJsland en Noorwegen vindt er weinig
uitwisseling plaats van zeewater. Hierdoor blijft een enorme bak met
steenkoud water als het ware opgesloten in de Arctische Oceaan.
Op de Zuidpool is de situatie weliswaar anders, maar is het effect
hetzelfde. Ook daar is sprake van thermische isolatie. Antarctica is
een groot continent dat bedekt is met een enorm dik pakket landijs.
Circumpolaire zeestromingen en winden rondom Antarctica zorgen ervoor
dat er geen uitwisseling plaatsvindt met warmer water van lagere
breedten. De immense ijskap op Antarctica, de massa koud water
eromheen en de steenkoude laag lucht erboven vormen samen de motor
van het huidige klimaat op aarde.
Hoewel de verdeling van land en zee een belangrijke factor is in de
sturing van het klimaat op aarde, is deze factor niet de directe
oorzaak van het optreden van ijstijden. De echte oorzaken van klimaat-
variaties moeten we buiten de aarde zoeken, met andere woorden: het
verschijnsel ijstijden heeft voor een belangrijk deel een astronomische oorzaak.
In het Zuidpoolgebied is sprake van thermische isolatie. De kou op het grote door landijs bedekte continent blijft door circumpolaire zeestromingen gevangen. Uitwisseling met warmer water van lagere breedten vindt nagenoeg niet plaats. |
Ook in het Noordpoolgebied is sprake van thermische isolatie. Uitwisseling van koud water kan alleen via de nauwe Beringstraat en de doorgangen tussen Groenland, IJsland en Noorwegen. |
Milankovitch
In het Pleistoceen ontwikkelden zich zowel in Noord-Amerika
als in Noord-Europa verschillende malen grote landijskappen. Als
landijskappen ontstaan zijn, worden ze gevoelig voor kleine
variaties in de hoeveelheid zonnestraling. Volgens de theorie
van de Joegoslavische ingenieur en geofysicus Milutin Milankovitch
(1879-1958) zorgen deze variaties ervoor dat de ijskappen op de
polen zich tijdens een glaciaal (een ijstijd) uitbreiden om in het
daarop volgende interglaciaal (een relatief warme tussenperiode)
weer voor een groot deel weg te smelten.
De wisselende intensiteit waarmee zonnestraling plaatsen op aarde
bereikt, wordt door drie factoren beïnvloed:
1) de afstand van de aarde tot de zon (excentriciteit)
2) de tolbeweging van de aarde (precessie)
3) de stand van de aardas ten opzichte van het vlak van de aardbaan (obliquiteit).
De variaties van de aardbaan, de tolbeweging en de scheve stand van
de aardas zijn cyclisch, m.a.w. ze komen periodiek terug. Voor zover
bekend zijn deze variaties niet van invloed op de jaarlijkse hoeveelheid
straling die de aarde als geheel ontvangt. Wel fluctueert de hoeveelheid
straling in bepaalde gebieden, waarbij met name op het noordelijk en
zuidelijk halfrond een cyclische versterking of verzwakking van het
winter-zomercontrast optreedt. De jaarlijkse seizoenen vertonen als
gevolg hiervan grotere tegenstellingen.
|
De baanvariaties van de aarde om de zon, de scheefstand van de aardas en de tolbeweging zijn belangrijke parameters waardoor ijstijden ontstaan. Door de huidige verdeling van land en zee is op de Noord- als op de Zuidpool sprake van thermische isolatie. In combinatie met de astronomische baanvariaties van de aarde zou dit de reden kunnen zijn waarom de klimaatzones zich sinds het Tertiair periodiek verscherpen waardoor ijstijden optreden. |
Hoe werken de periodieke variaties in de beweging van de aarde?
1) De baan waarin de aarde rond de zon beweegt verandert in de
loop van ongeveer 100.000 jaar van bijna cirkelvormig tot meer
elliptisch en weer terug. Hierdoor is de afstand van de aarde tot de
zon niet constant. In het ene geval bevindt de aarde zich in de
zomer verder van de zon af dan in de winter en in het andere is dit
omgekeerd. Als de aarde in de zomer op het noordelijk halfrond minder
zonlicht ontvangt, zal er minder van het in de winter gevormde
ijs wegsmelten. Dit kan een uitbreiding van de hoeveelheid ijs op de
Noordpool veroorzaken.
2) De helling van de aardas ten opzichte van het vlak van de aardbaan
is evenmin constant. De hoek van de aardas schommelt in ongeveer
41.000 jaar tussen de 21,5 en 24,5 graden. Momenteel bedraagt hij 23,5
graad . Bij een schuinere stand van de aardas t.o.v. de aardbaan wordt
een kleiner deel van het noordelijk halfrond in de zomer door de zon
beschenen. Doordat dit deel van de aarde in de zomer minder zonlicht
ontvangt, zal er minder van het in de winter gevormde ijs wegsmelten Dit
leidt tot uitbreiding van het zee-ijs in die gebieden.
3) De draaiingsas van de aarde gaat door het middelpunt van de aarde.
De baan die de aardas in een tijdsbestek van ongeveer 19.000-23.000 jaar
beschrijft, heeft de vorm van een kegel. Deze beweging is goed te vergelijken
met de laatste fase van het draaien van een tol. Als de snelheid van de tol
vermindert, gaat zijn verticale as een steeds sterker uitslaande beweging
maken, waardoor zijn draaiende voetpunt steeds ruimere cirkels beschrijft.
De aarde maakt een vergelijkbare beweging. Als gevolg hiervan verschuiven
ook de punten op de aardbaan waar de lengte van dag en nacht aan elkaar
gelijk zijn. Het is even nadenken, maar het klopt.
Bovengenoemde baanvariaties van de aarde en de stand van de aardas
lijken op het eerste gezicht gering. Maar hoe klein ze ook mogen lijken,
de hoeveelheid zonnewarmte die het noordelijk halfrond tijdens het
minimum van de zonne-instraling bereikt, leidt tot ingrijpende veranderingen.
Door een daling van de zomertemperatuur in gebieden rond de polen smelt
de wintersneeuw ’s zomers niet meer volledig weg. Als deze trend zich
voortzet, dan vindt er een opstapeling plaats van neerslag in de vorm
van sneeuw. Hoger gelegen gebieden in Canada en Scandinavië
verdwijnen geleidelijk onder eeuwige sneeuw, waardoor ijskappen ontstaan.
Deze hebben de neiging om zich steeds verder over het landschap uit te
breiden.
Als een landijskap in grootte toeneemt, ontstaat een zelfversterkend effect.
De witte kleur van het ijs kaatst een groot deel van het invallende zonlicht
terug het heelal in. In reactie hierop neemt het aardoppervlak minder warmte
op, met afkoeling als gevolg. Als de drempel voor het begin van een ijstijd
eenmaal is overschreden, dan heeft dit zgn. albedo-effect tot gevolg dat de
landijsmassa verder in omvang en dikte toeneemt.
|
Veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer kunnen de
hoeveelheid straling die de aarde verwarmt ook beïnvloeden. Met
name gassen als H2O en CO2 in de atmosfeer absorberen een
deel van de warmte-uitstraling van het aardoppervlak. Dit heet het
broeikaseffect. Hoewel CO2 als hét broeikasgas wordt aangemerkt, is
dit niet juist. Het is vooral de waterdamp in de atmosfeer die er
voor zorgt dat er op aarde een klimaat heerst dat leven zoals we dat
kennen mogelijk maakt. Zonder het broeikaseffect van waterdamp
zou de gemiddelde temperatuur vele graden onder nul liggen. Een
beetje meer of minder CO2 doet er niet zoveel toe.
De lucht boven grote landijskappen bevat weinig waterdamp door de
lage temperatuur die er heerst. Ook hierdoor wordt de warmtestraling
van de aarde slecht vastgehouden. Het albedo-effect en de enorme
hoeveelheid koude lucht maken het mede mogelijk dat de landijskap
zichzelf lange tijd in stand houdt.
Zwevend stof in de atmosfeer kan de hoeveelheid zonne-instraling ook
verkleinen. Stof hoog in de atmosfeer wordt vooral veroorzaakt door
vulkaanuitbarstingen. De stofdeeltjes houden een klein deel van het
zonlicht tegen. Bij hevige vulkaanuitbarstingen vormt zich een aspluim
van vele tientallen kilometers hoog. Hierbij overschrijdt het vulkaanstof
de grens tussen troposfeer en stratosfeer. In de ijle stratosfeer blijft het
vulkaanstof veel langer hangen.
Een complicerende factor bij een vulkaanuitbarsting is de hoeveelheid
uitgestoten zwavel. Hoog in de atmosfeer vinden allerlei chemische
processen plaats, waarbij zwavel wordt omgezet in zwavelzuur. De
uiterst kleine druppeltjes zwavelzuur onderscheppen het zonlicht op
een effectieve manier, met als gevolg een vermindering van de hoeveelheid
zonnewarmte die het aardoppervlak bereikt.
Dit laatste is vooral te merken geweest bij de enorme uitbarsting van
de Tambora-vulkaan op het eiland Sumbawa in Indonesië in 1815. Door
het vele vulkaanstof koelde de atmosfeer in de jaren daarna zo ver af
dat er op het noordelijk halfrond sprake was van misoogsten op grote
schaal. Het verhaal wil dat er zelfs in juni in New York nog sneeuw viel…
Uitbarsting van de vulkaan Pinatubo op de Filippijnen. |
Conclusie
Door onderzoekers in verschillende disciplines is veel bedacht om
het fenomeen ijstijd te verklaren. Inslagen van asteroïden, langdurige
en hevige vulkaanuitbarstingen, ontploffende sterren (supernova’s),
maar ook het passeren van grote gas- en stofwolken in het melkwegstelsel
zijn genoemd.
Tegenwoordig is men er van overtuigd dat vooral de huidige verdeling
van continenten en oceanen over het aardoppervlak gunstig is voor het
ontstaan van ijstijden. Samen met de baanvariaties van de aarde lijkt
deze verantwoordelijk te zijn voor een periodieke afkoeling van de aarde.
Het lijkt erop dat vooral een bepaalde combinatie van astronomische
effecten als trekker van een revolver fungeert, die er voor zorgt dat
het schot afgaat. Volgens deze ‘dienstregeling’ komt er een nieuwe ijstijd
aan. Tijd dus voor een ruime voorraad lange onderbroeken, borstrokken
en warme truien. Niet voor ons zelf, maar ons nageslacht zou ze nodig
kunnen hebben.
De inslag van een grote meteoriet zoals die op Yucatan in Mexico leidde tot hetuitsterven van talloze dieren en planten. |