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 hiermee te maken. Met zekerheid zijn voor ons land twee glaciaties aangetoond met een landijsbedekking. 

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 bedekt moest zijn geweest door gletsjerijs. Hij ontdekte tijdens een excursie in een kalksteengroeve vlak ten zuiden van Berlijn gletsjerkrassen op een afgeschuurd kalksteenoppervlak. Gletsjerkrassen duiden op de aanwezigheid van gletsjers of van landijs. Deze voordracht veroorzaakte een revolutie in de ijstijdgeologie. Veel geologen hielden zich sindsdien bezig met onderzoek aan ijstijdafzettingen en aan zwerfstenen, alsmede met de vraag hoeveel ijstijden er zijn geweest en naar de oorzaken ervan.

Wat is een ijstijd?

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 de laatste 2,58 miljoen jaar hebben zich in het Kwartair 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. Dit is ook nu het geval. 

Op de Groenlandse en Antarctische ijskap is niet alles ijs. Op die van Groenland ontstaan in de zomer enorme dooimeren die gevuld zijn met kubieke kilometers smeltwater. Over het ijsoppervlak lopen her en der smeltwaterrivieren.

Uit boringen is gebleken dat zich onder het ijs in de ijskap van Antarctica snelstromende rivieren en verschillende meren bevinden. Sommige van deze meren zijn kilometers groot. Heel bijzonder is het in 1996 ontdekte Vostokmeer, dat onder bijna vier kilometer ijs begraven ligt. Het meer is 250 km en 50 km breed. Het bestaat uit twee aparte bassins, gescheiden door een rug van gesteenten. Het noordelijke deel van het Vostokmeer is 400 meter diep, het zuidelijke zelfs 800 meter. In mei 2005 kwam aan het licht dat zich in het midden van het meer een eiland bevindt.

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 Groenland en Antarctica is feitelijk te groot om in een interglaciaal helemaal te doen verdwijnen. Of de temperatuurstijging door het veronderstelde broeikaseffect de komende jaren wel bij machte is al het ijs op de polen te laten smelten is nog maar zeer de vraag. 

Snowball Earth in het Laat-Precambrium

In de ontwikkelingsgeschiedenis van de aarde zijn er meer langdurige perioden met ijstijden geweest. Ook is bekend dat er miljoenen jaren achtereen op zowel Noord- als Zuidpool 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 naam hiervoor is 'Snowball Earth'. 

Verdieping

De Varanger-ijstijd wordt in verschillende publicaties gepresenteerd als synoniem voor het Cryogenium. Daarbinnen onderscheidt men drie afzonderlijke koude cycli: de Kaigas-glaciatie (ca. 750 Ma), de langdurige Sturtische ijstijd (720-660 Ma) en de kortere Marinoïsche 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 met 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 de dieren 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 in Australië heeft men de laatste jaren op steeds meer plaatsen op aarde ontdekt.

IJstijden in het Paleozoïcum

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, begon zo’n 2,58 miljoen jaar geleden en is nog niet ten einde. Sterker nog, er zijn aanwijzingen dat zich over enkele duizenden jaren, maar niemand weet precies hoeveel, een nieuwe ijstijd aan zal dienen.

In het Perm, ca. 260 miljoen jaar geleden,  waren alle continenten verenigd tot één groot supercontinent Pangea. Een deel van deze enorme landsmassa lag destijds op en in de buurt van de Zuidpool. Hierop ontstond een grote ijskap, te vergelijken met die op Antarctica.  Miljoenen jaren lang was daar sprake van een ijstijd. Sporen van deze ijsbedekking vinden we vandaag de dag in India, Australië, Madagaskar, Zuid-Afrika en in Zuid-Amerika.

De verdeling van land en zee 

Continenten, zeeën en oceanen zijn niet gelijkmatig over het aardoppervlak verdeeld. Dit was vroeger niet anders. Het aangezicht van de aarde verandert voortdurend. De verdeling van land en zee heeft een grote invloed op de watercirculatie in de oceanen en daardoor op de beweging van de luchtmassa’s. Het oceaanwater werkt door zijn enorme massa als warmteregelaar voor het aardse klimaat. Water heeft een bijzonder grote warmtecapaciteit. Er is heel veel energie nodig om zeewater te verwarmen, maar ook dat het lang duurt voordat water 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 ander, meer continentaal klimaat hebben met hete zomers en koude winters. 

Omgekeerd heeft koud zeewater dat in de tropen en de subtropen langs sommige kustgebieden opwelt 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). De opstelling van zoveel astronomische telescopen in het noorden van Chili komt omdat de lucht daar zo weinig vocht bevat. 

Thermische isolatie op Noord- en Zuidpool

Zolang er tussen de tropen en de polen uitwisseling van warm en koud water plaats vindt, kunnen er geen ijstijden ontstaan. Dat wij al een paar miljoen jaar met een afwisseling met ijstijden en warme intervallen te maken hebben, heeft hiermee te maken. De langzame verplaatsing van continentale landmassa’s als gevolg van platentektoniek is de oorzaak van de huidige verdeling van land en zee op de Noord- en Zuidpool. Hierdoor verscherpen de klimaatzones zich.

In beide poolgebieden is sprake van thermische isolatie. De grote noordelijke Arctische Oceaan is een enorme bak met steenkoud water die omringd wordt door de landmassa’s van Siberië en Canada. Alleen via de smalle Beringstraat en de doorgangen tussen Groenland, IJsland en Noorwegen vindt uitwisseling plaats van zeewater. Het steenkoude zeewater van de Arctische Oceaan blijft hierdoor grotendeels opgesloten.

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 plaats vindt met warmer water op 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 oorzaak waardoor ijstijden optreden moeten we buiten de aarde zoeken. Met andere woorden: het verschijnsel ijstijden heeft een astronomische oorzaak.

IJstijden en Milankovic

In het Pleistoceen ontwikkelden zich zowel in Noord-Amerika als in Noord-Europa telkenmale grote ijskappen. Als landijskappen eenmaal 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 landijskappen 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 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, 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 ten opzichte van de aardbaan wordt een kleiner deel van het noordelijk halfrond in de zomer door de zon beschenen. Het gevolg hiervan is dat er minder van het in de winter gevormde ijs wegsmelt. 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 zogenoemde albedo-effect tot gevolg dat de massa landijs verder in omvang en dikte toeneemt.

De atmosfeer

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 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 vulkaanstof en zwavel koelde de atmosfeer in de jaren daarna zo ver af dat op het noordelijk halfrond sprake was van misoogsten. Het verhaal wil dat er zelfs in juni in New York nog sneeuw viel… 

Temperatuurafwijking in 1819 een jaar na de uitbarsting van de Tambora in Indonesië

Bij de uitbarsting van de Tamora in 1815 was zo een grote hoeveelheid zwaveldioxide de lucht in gegaan dat al een maand na de uitbarsting overal veel heviger onweer werd geregistreerd. De gevolgen van de uitbarsting zouden zelfs later de veldslag in Waterloo beïnvloed hebben. De zware artillerie kon niet voldoende gebruikt worden door Napoleon en zijn troepen evenals versterkingen die vastzaten in de modder. Buiten de neerslagpatronen die zwaar verstoord werden, viel vooral de invloed op in het voorjaar van 1816 toen de lente maar niet wou komen. Sneeuw tot in juni in Gent en omgeving, extreem zware hagelbollen tot meerdere kilo's, ... .

1816 zou herinnerd worden als het jaar zonder zomer. Nog jaren na de uitbarsting kleurde de atmosfeer met heel karakteristieke kleuren. Deze  herinneren we ons nog van de Pinatubo-uitbarsting van 1991. 

Conclusie

Door onderzoekers in verschillende disciplines is veel gespeculeerd om het fenomeen ijstijd te verklaren. Talloze theorieën zijn hierover gepubliceerd. 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 lijken deze verantwoordelijk te zijn voor een periodieke afkoeling van de aarde. Het lijkt erop dat vooral een combinatie van astronomische effecten als trekker fungeert, wardoor het schot afgaat.

Volgens de huidige ‘dienstregeling’  komt er over enige tijd een nieuwe ijstijd. Niet dat de huidige generatie mensen hier mee te maken krijgt, maar geslachten na ons misschien wel. Er is namelijk geen enkele reden om aan te nemen dat een nieuwe ijstijd niet zal plaats vinden. 

Terug