Veel dingen kunnen de temperaturen op aarde veranderen: een vulkaan barst uit, overspoelt de aarde met een heldere nevel die het zonlicht tegenhoudt, en de temperaturen dalen; broeikasgassen houden warmte vast in de atmosfeer, en de temperaturen stijgen. Van 1650 tot 1710 daalde de temperatuur op een groot deel van het noordelijk halfrond toen de zon in een rustige fase kwam die nu het Maunder Minimum wordt genoemd. Tijdens deze periode verschenen er zeer weinig zonnevlekken op het oppervlak van de zon en nam de algemene helderheid van de zon licht af. Europa en Noord-Amerika, die zich al midden in een kouder dan gemiddelde periode bevonden die de Kleine IJstijd werd genoemd, gingen diepvriezen: alpengletsjers breidden zich uit over landbouwgrond in valleien; zee-ijs kroop vanuit het noordpoolgebied naar het zuiden; en de beroemde grachten in Nederland bevroren regelmatig – een gebeurtenis die tegenwoordig nog maar zelden voorkomt.
De invloed van het zonneminimum is duidelijk te zien in deze afbeelding, die het temperatuurverschil toont tussen 1680, een jaar in het midden van het Maunder Minimum, en 1780, een jaar met normale zonneactiviteit, zoals berekend door een algemeen circulatiemodel. Het diepblauwe blauw over het oosten en midden van Noord-Amerika en het noorden van Eurazië illustreert waar de temperatuurdaling het grootst was. Bijna alle andere landgebieden waren in 1680 ook koeler, zoals blijkt uit de verschillende tinten blauw. De weinige gebieden die in 1680 warmer leken te zijn, zijn Alaska en het oostelijk deel van de Stille Oceaan (links), de Noord-Atlantische Oceaan ten zuiden van Groenland (links van het midden), en ten noorden van IJsland (middenboven).
Als de energie van de zon slechts in geringe mate afnam, waarom daalden de temperaturen dan zo sterk op het noordelijk halfrond? Klimaatwetenschapper Drew Shindell en collega’s van het Goddard Institute for Space Studies van de NASA hebben die vraag onderzocht door temperatuurgegevens van boomringen, ijskernen, koralen en de weinige historische metingen te combineren met een geavanceerd computermodel van het klimaat op aarde. De groep berekende eerst de hoeveelheid energie die tijdens het Maunder Minimum van de zon kwam en voerde deze informatie in een algemeen circulatiemodel in. Het model is een wiskundige weergave van de wijze waarop verschillende aardsystemen – temperaturen aan het zeeoppervlak, verschillende lagen van de atmosfeer, door het land weerkaatste en geabsorbeerde energie, enzovoort – samenwerken om het klimaat te produceren.
Toen het model begon met de verminderde zonne-energie en temperaturen teruggaf die overeenkwamen met de paleoklimaatrecords, wisten Shindell en zijn collega’s dat het model liet zien hoe het Maunder Minimum de extreme temperatuurdaling kon hebben veroorzaakt. Het model toonde aan dat de temperatuurdaling verband hield met ozon in de stratosfeer, de laag van de atmosfeer die zich tussen 10 en 50 kilometer van het aardoppervlak bevindt. Ozon ontstaat wanneer hoogenergetisch ultraviolet licht van de zon in wisselwerking treedt met zuurstof. Tijdens het Maunder Minimum straalde de Zon minder sterk ultraviolet licht uit, en werd er dus minder ozon gevormd. De afname van ozon beïnvloedde de planetaire golven, de reusachtige wiebels in de straalstroom die we gewend zijn te zien op weerberichten op televisie.
De verandering in de planetaire golven bracht de Noord-Atlantische Oscillatie (NAO)-het evenwicht tussen een permanent lagedruksysteem bij Groenland en een permanent hogedruksysteem ten zuiden daarvan- in een negatieve fase. Wanneer de NAO negatief is, zijn beide druksystemen relatief zwak. Onder deze omstandigheden trekken winterstormen die de Atlantische Oceaan oversteken over het algemeen oostwaarts richting Europa, dat een strengere winter beleeft. (Wanneer de NAO positief is, trekken de winterstormen verder noordwaarts, waardoor de winters in Europa milder zijn). De modelresultaten, die hierboven zijn afgebeeld, laten zien dat de NAO tijdens het Maunder Minimum gemiddeld negatiever was, en dat Europa ongewoon koud bleef. Deze resultaten kwamen overeen met de paleoklimaatgegevens.
Door een model te maken dat de temperaturen uit de paleoklimaatgegevens kon reproduceren, kregen Shindell en collega’s een beter inzicht in hoe veranderingen in de stratosfeer weerpatronen beïnvloeden. Met een dergelijk begrip zijn wetenschappers beter in staat om te begrijpen welke factoren het klimaat op aarde in de toekomst zouden kunnen beïnvloeden. Om meer te lezen over hoe oude temperatuurmetingen worden gebruikt om klimaatmodellen te verbeteren, zie Paleoklimatologie: Understanding the Past to Predict the Future, het laatste deel van een reeks artikelen over paleoklimatologie op het Earth Observatory.
- Verder lezen:
- Gletsjers, oude meesters, en Galileo: The Puzzle of the Chilly 17th Century, door Drew Shindell van NASA Goddard Institute for Space Studies.
Kaart aangepast van Shindell et al., 2001, copyright AAAS 2001. Gebruiksvoorwaarden voor materiaal waarop AAAS copyright heeft: Lezers mogen materiaal uitsluitend bekijken, doorbladeren en/of downloaden voor tijdelijke kopieerdoeleinden, mits dit gebruik voor niet-commerciële persoonlijke doeleinden is. Behalve zoals bepaald door de wet, mag dit materiaal niet verder worden gereproduceerd, gedistribueerd, verzonden, gewijzigd, aangepast, uitgevoerd, weergegeven, gepubliceerd, of verkocht in zijn geheel of gedeeltelijk, zonder voorafgaande schriftelijke toestemming van de uitgever.