PALEOKLIMATOLOGIE

5 KLIMATEN VAN HET KAENOZOÏCUM EN DE TOEKOMST VAN DE ATMOSFEER

Dit is het vijfde hoofdstuk van de sectie paleoklimatologie. Heeft u de eerste hoofdstukken nog niet doorgenomen, dan adviseren wij u eerst de deze door te nemen. De hoofdstukken van de sectie paleoklimatologie zijn:

1 Inleiding,
2 Het ontstaan van de atmosfeer en de klimaten van het Precambrium,
3 Klimaten van het Paleozoïcum (Cambrium t/m Perm),
4 Klimaten van het Mesozoïcum (Trias t/m Krijt),
5 Klimaten van het Kaenozoïcum (Tertiair en Kwartair) en de toekomst van de atmosfeer, (dit hoofdstuk),
6 IJstijdtheorieën,
7 Excursiedoelen.

INLEIDING

Met het Kaenozoïcum begon het tijdperk van de zoogdieren. De aarde koelde, vooral vanaf het midden van het Tertiair gestaag af, resulterende in een aantal grote ijstijden. Voor het eerst ook op de continenten van het noordelijk halfrond.

TERTIAIR

In het Tertiar (67-2,5 miljoen jaar) kreeg het aanzien van de wereld steeds meer zijn huidige vorm. Door het uiteendrijven van Amerika en Europa/Afrika werd de Atlantische Oceaan steeds groter. Door de zeestromingen werd het water ook steeds beter verdeeld over de aarde en trad er een betere menging op van koude polaire zeestromingen en warme tropische zeestromingen. Dit leidde ertoe dat ook de luchttemperatuur een dalende trend bleef behouden. Omdat ook de continenten steeds meer verspreid over de aarde kwamen te liggen werden de binnenlanden van de continenten ook steeds beter bewoonbaar voor allerlei levensvormen.
 Maar aanvankelijk was het warm en hoewel Groenland al op zijn noordelijke breedte was beland, groeiden ook hier palmbomen. Ook Antarctica lag al op zijn zuidelijke positie, maar deze kusten kenden ook nog een warm, met de Middellandse zee vergelijkbaar, klimaat. Slechts het uiterste noorden op aarde en de binnenlanden van Antarctica kenden een gematigd koud klimaat. Hier op Antarctica begon geleidelijk de vergletsjering toe te nemen. Toen zich periodiek ook zeeijs ging vormen zette dit een verdere afkoeling van het oceaanwater in. Smeltwater van gletsjers en ijsbergen koelden het water in de diepzee geleidelijk verder af. Aanvankelijk aarzelend met wereldwijde periodieke temperatuursdalingen en stijgingen werd dan toch 2,5 miljoen jaar geleden een nieuwe ijstijd ingezet. Hier begint het Kwartair.

Nederland in het Tertiair, een palmenstrand.
(Foto van Bulgaars Zwarte zeestrand)

Benelux/West Europa
 Door transgressie (stijging van zeewaterniveau) en regressie (daling van zeewaterniveau), vooral ten gevolge van tektonische activiteit liep het Noordzee bekken regelmatig onder water of viel het droog. Pas later in het Midden Pleistoceen kwam de Noordzee geheel droog te liggen door periodieke daling en stijging van de wereldtemperatuur.
 Op de aarde nam onze omgeving de positie in van het huidige Zuid-Frankrijk en we kenden dan ook een overwegend warm en meest subtropisch klimaat. In tijden dan ons land overstroomd was lag hier een zwoele binnenzee met een rijk zeeleven. De kusten waren omzoomd met palmwouden. Doorgaans vonden we onze kust in de omgeving van de huidige landsgrenzen. Daarom vinden we ook op verschillende locaties in bijvoorbeeld Zeeland, Brabant en Overijssel veel fossielen, zoals haaientanden, krokodillenresten, fossiele schelpen en koralen, zeehonden- en walvis/potvistanden, dekplaten schildpadden en andere zeebewoners aan. Vooral het voorkomen van krokodillen getuigen van warm weer waarin de gemiddelde maandtemperatuur van de koudste maand niet onder de 10°C gelegen mag hebben. Het voorkomen van koralen duidt op een zeewatertemperatuur van 18°-25°C.

KWARTAIR

De laatste 2,5 miljoen jaar staan in het teken van de ijstijd. Maar toch zou het nog 700.000 jaar geleden duren voordat het landijs ook in Europa zijn intrede doet. Ruim 1 miljoen jaar geleden deden op het Noordelijk halfrond de eerste gletsjers zijn intrede, waarvan sporen gevonden zijn in IJsland. In Scandinavië reikten de gletsjers tot over het continentale deel van Noordzee en in ons eigen land vinden we sporen terug in de afzettingen van Hattem. I. Overveen en S.B. Kroonenberg publiceerden in 2002 een artikel over de herkomst van afzettingen van Hattem. De Oostzee en zijn baaien in inhammen zou van oorsprong een dal geweest van machtige rivier welke in Lapland ontsprong en een grote delta had in het Noordzee gebied. In het Pleistoceen, 1 miljoen jaar geleden, zou de rivier 2.700 km lang zijn met een afvoer capaciteit die niet onder gedaan heeft voor de Amazone of de Mississippi. Met de eerste ijstijd werd het stroomdal door tot 4 km dikke ijspakketten uitgesleten en het zand en sediment werd door het ijs als een bulldozer voor zich uitgeduwd. Door stromend smeltwater is een deel van dit zand in Nederland terecht gekomen waar het bekend staat als bijvoorbeeld afzettingen van Hattem en afzettingen van Enschede.
Daarna volgden er in Europa nog een aantal koudere perioden afgewisseld door warmere perioden, maar er trad nog geen vergletsjering op. Tussen 700.000 jaar geleden en 75.000 duizend jaar geleden vinden we een tweetal grote perioden van vergletsjering. De eerste ijstijd wordt ons land ook wel Elsterien genoemd, maar staat ook bekend als Mindel. Na een interglaciaal met hogere temperaturen wordt het opnieuw kouder met de Saale ijstijd (Saalien of Riss-ijstijd). Opnieuw volgt een interglaciaal, het Eemien, waarna de laatste grote ijstijd 75.000 jaar geleden begint. Sommige wetenschappers duiden de laatste 10.000 jaar ook aan als interglaciaal, maar zolang Antarctica verijst is en zich zeeijs in de Noordelijke IJszee bevindt is deze ijstijd nog niet geheel afgelopen. En dat is ook meer in lijn met de ijstijden uit het verdere verleden.
Wanneer u de bijgaande kaartjes bekijkt dan ziet u de vorderingen van het landijs voor twee laatste ijstijden. In het Saalien werden zwerfstenen vanuit Scandinavië naar Nederland getransporteerd, maar in het Weischelien kwam het landijs niet verder Denemarken en Noord Duitsland.

Benelux/West Europa
Veldonderzoek naar zandduinen en door wind gezandstraalde en afgesleten stenen (windkanters) kunnen ons ook gegevens verschaffen over de overheersende windrichtingen. Als we die eenmaal kennen, dan is het niet moeilijk meer om de posities aan te geven van de belangrijkste weersystemen. Zoals we ook boven het Groenlandse landijs doorgaans hoge druk gebieden aantreffen, zal dat ook boven het landijs van Scandinavië het geval geweest zijn. Onderstaande weerkaart is een samenvoeging van windgegevens uit sedimenten en bekende weerkundige kenmerken toegepast voor het eind van de laatste ijstijd. Het ijs van de Scandinavische ijskap treedt terug. De zuidelijke blauwe lijn geeft de positie aan tijdens de maximale uitbreiding. De noordelijke blauwe lijn geldt voor omstreeks 12.000 jaar geleden.

Reconstructie van een weerkaart aan het einde van het Weischelien.

Op basis van deze kenmerken zouden we er het volgende zomerse weerbericht bij kunnen plaatsen:
Op de weerkaart van heden middag zien we boven Scandinavië en Midden Europa een krachtig hoge druk gebied met een uitloper in de richting van het Iberisch schiereiland. Boven Engeland bevindt zich een depressie welke daar voor neerslag zorgt. In de Kanaal regio is dat meest als regen, maar boven het landijs sneeuwt het stevig bij temperaturen welke enkele graden onder het vriespunt liggen. Een andere depressie treffen we aan rond het Middellandse Zeegebied en diens regenfronten reiken over Italië.
Aan de oostzijde van het hoog wordt met een meest noordelijke luchtstroming koude droge lucht naar het zuiden getransporteerd.
Voor ons land is de Britse depressie geen bedreiging. Het Centraal Europees hoge druk gebied neemt de komende dagen in wel kracht af door het opdringen van de Middellandse zee depressie welke in de richting van Polen trekt. Daardoor ontstaat bij ons later een oostelijke luchtstroming waarbij de kans op natte sneeuw toeneemt.
De verwachting tot morgenavond luidt: Aanvankelijk nog droog en zonnig bij een meest matige wind uit zuidwest tot westelijke richtingen. Morgennacht draait de wind via het noorden naar het oosten en neemt daarbij in kracht toe tot stormachtig. Vannacht liggen de minima dicht bij het vriespunt, maar in de loop van morgen stijgt de temperatuur tot omstreeks 15°C.
De vooruitzichten voor de komende dagen: Overmorgen toenemende bewolking en kans op regen of natte sneeuw. De middagtemperaturen bereiken geen hogere waarden dan 3°C bij een stormachtige wind uit oostelijke richting. De dagen daarna is er een overgang naar een rustig weertype met kans op een enkele natte sneeuw- of hagelbui. Maar er is ook ruimte voor zon en met een afnemende wind noordwestelijke wind wordt het geleidelijk toch weer wat minder koud.

TOEKOMST VAN DE ATMOSFEER

Wat de toekomst ons brengt is moeilijk te zeggen, we kunnen alleen proberen om datgene wat we vanuit het verleden kennen door te rekenen. Het door de mens versterkte broeikas effect zal mogelijk bijdragen in een warmer klimaat. Maar is dat zo? Er zijn aanwijzingen dat het juist kouder kan worden in West Europa doordat de Groenlandse ijskap smelt en het oceaanwater daardoor afkoelt. Dit zou tot gevolg kunnen hebben dat de depressie fabriek bij IJsland stil komt te liggen en oceaanstromingen wijzingen.
 Hoe we het ook wenden of keren, we zullen in de verre toekomst waarschijnlijk toch weer een ijstijd tegemoet gaan. Maar dan spreken we nog maar over een toekomstig klimaat tot enkele tienduizenden jaren vooruit. IJstijden en perioden van ijstijden zijn op aarde een betrekkelijk zeldzaam gebeuren en op wat langere termijn wordt het gewoon weer warm op aarde. Moermansk kan een glorieuze toekomst krijgen als badplaats, zoals we al gezien hebben ook zonder dat wij onze atmosfeer onnodig vervuilen met broeikasgassen.
 De eerst komende 500 miljoen jaar zal er nog niet zo heel veel veranderen. Wel gaat onze zon gaat steeds feller schijnen en heter worden en zullen daarom de kansen voor ijstijden op aarde steeds kleiner worden.
 De grootste veranderingen treden op na 0,5 tot 1 miljard jaar. Ondanks fluctuaties in het CO2-gehalte van de atmosfeer is de tendens op geologische tijdschaal dalend. Dit komt omdat de vulkanische activiteit gemiddeld steeds minder zal worden. Over ongeveer 500 miljoen jaar kan de kritische grens bereikt worden dat er daardoor te weinig kooldioxide in de atmosfeer aanwezig is voor fotosynthese. We hebben eerder bij de Permo-Carbonische ijstijden gezien waartoe dat kan leiden. Uit deze lessen kunnen we afleiden dat spoedig daarna ook het zuurstofgehalte gaat dalen. Het lagere kooldioxidegehalte zal nu niet leiden tot een ijstijd, omdat de zon veel meer energie uitstraalt de temperatuur op aarde op peil houdt. Niet veel later, als de zuurstof is geoxideerd, verdwijnt ook de beschermende ozonlaag. Al enkele tientallen miljoenen jaren eerder is het gedaan met aërobe ademhaling.
 Ook daarna neemt de kracht van de zonnestraling alleen nog maar toe. Dat zal leiden tot het verdampen van de oceanen. Zodra de atmosfeer daardoor uit ten minste 20% water bestaat zal een op hol geslagen natte broeikas zijn intrede doen. Vooral ook in de hogere luchtlagen zal de temperatuur flink stijgen, waardoor de koudeval verdwijnt. Door warmteconvectie worden grote hoeveelheden water naar de hogere luchtlagen getransporteerd waar deze onder invloed van Ultra Violette straling ontleed wordt in zuurstof en water. Op deze wijze treedt alsnog het effect in werking waardoor bijvoorbeeld Venus ook van haar water beroofd is.
Wat uiteindelijk overblijft is een droge dorre planeet met een stikstof atmosfeer die geleidelijk verdampt. Door doorgaande verhitting zet de atmosfeer alleen maar uit. De buitenste lagen van de aardse atmosfeer ontsnappen daarbij aan de zwaartekracht en zo zal onze atmosfeer geleidelijk geheel verdwijnen.

Toekomstbeeld volgens astronoom C. Flammarion in "De wonderen des Hemels" uit 1898.
 Een eeuw geleden vergeleek men de zon met een grote kolencentrale. Zodra haar energie
 opraakte zou de zon doven. De zonnevlekken werden daarbij beschouwd als afkoelende sintels
  drijvende op de vloeibare zon. Door de stollende zon zouden de planeten als ijswerelden ten
 onder gaan. Het bijschrift bij deze graveure: Het laatste menschenpaar, door den vinger des
  doods aangeraakt, bedolven onder het lijkkleed van het eeuwige ijs.

Berooft van zijn eens zo rijke biosfeer en waar gehuild, gelachen en gezongen is, lief en leed met elkaar gedeeld, gevechten gevoerd zijn om leven en dood, oorlog en vrede, rijkdommen vergaard en armoe geleden zal de aarde de laatste 4 miljard jaar op verlopen als droge dorre sintel en lijkt dan meer op de maan.
In de laatste episode, als de zon zichzelf opblaast en ontploft (over 5 miljard jaar), wordt onze planeet nog eens gezandstraald door extreme zonnewind en dan gaat hier definitief en letterlijk het licht uit. Voor de rest van haar bestaan is de aarde slechts donker spook in de wereldruimte, braaf haar rondjes volgend om de restanten van een uitgedoofde zon.

OM OVER NA TE DENKEN

Begrippen

Vragen

1 Verklaar waarom de binnenlanden van een groot continent een meer uitgesproken landklimaat kent dan een kleiner continent. Bijvoorbeeld: waarom kent Europa een relatief mild zeeklimaat, terwijl Siberië een koud landklimaat bezit?

2 Op de animatie van het terugtredende ijs zien we in beginsel Zweden en Finland als een groot meren gebied of zelfs onder de zeespiegel liggen (blauw). Geef een motiverende verklaring voor het feit dat de zee zich hier terugtrekt, met andere woorden dat het land droog valt. Merk op dat de Noordzee ook onder water komt te staan omdat de zeespiegel rijst bij het smelten van grote hoeveelheden landijs. (Klik op de afbeelding om de animatie te starten, U heeft hiervoor QuickTime van Apple nodig. Klik hier om QuickTime te downloaden).
(Tip: Wat gebeurt er met een beladen vrachtboot tijdens het lossen?)

3 Beschrijf hoe de zuurstof uit de aardse atmosfeer verdwijnt bij het droogkoken van de oceanen.

4 Als het zuurstofgehalte in de atmosfeer daalt tot onder een bepaalde kritische waarde verdwijnt in hogere atmosfeer de ozonlaag. Waarom? Motiveer het antwoord.

5 Wat wordt met de "koudeval" bedoeld? (lees eventueel hoofdstuk 2 er nogmaals op na).