Van de vijftiende tot en met de negentiende eeuw kreeg onze planeet een bescheiden ijstijdje te verduren dat we (zeer verrassend) de Kleine IJstijd hebben gedoopt. Een gedeelte van die Kleine IJstijd viel samen met een periode van 70 jaar (1645-1715) waarin de zon opvallend weinig aktiviteit vertoonde, het zogenaamde Maunder-minimum (genoemd naar de astronoom Edward Maunder, die hier aan het eind van de 19e eeuw twee artikelen over publiceerde).

Algemeen wordt aangenomen dat een combinatie van weinig zonneaktiviteit en veel aktief vulkanisme de belangrijkste faktoren vormden (Free 1999, Crowley 2001) en dat door veranderingen in de oceaanstromingen tevens de temperatuur in Europa werd beïnvloed (Mann 2002).

Figuur 1: Totale zonneaktiviteit (TSI, Total Solar Irradiance). De gegevens van 1880 t/m 1978 zijn afkomstig van Solanki, die van 1979 t/m 2009 zijn van het Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos (PMOD).

Gaan we in de richting van een nieuw Maunder-minimum? Gemiddeld genomen is de zonneaktiviteit al 50 jaar niet meer gestegen en in 2009 brak de zon zelfs een diepterecord van meer dan een eeuw oud. Het voorspellen van de zonneaktiviteit is echter verre van eenvoudig. Overgangen van een langdurig maximum (zoals in de 20e eeuw) naar een langdurig minimum (zoals het Maunder-minimum) verlopen erg chaotisch en het is daardoor lastig om te voorspellen hoe zo'n overgang er precies uit gaat zien (Usoskin 2007).

Maar stel dat de zon in de 21e eeuw opnieuw in een Maunder-minimum terechtkomt? Wat voor gevolgen heeft dit voor het klimaat?

Uit computersimulaties blijkt dat zelfs tijdens een nieuw Maunder-minimum de temperatuurdaling als gevolg van een lagere zonneaktiviteit in het niet valt bij de opwarming door menselijke uitstoot van broeikasgassen (Feulner 2010). De afkoeling door minder zonneaktiviteit zal ongeveer 0,1°C bedragen (met een maximum-afkoeling van 0,3°C) terwijl de opwarming door broeikasgassen tussen de 3,7°C en 4,5°C zal komen te liggen, afhankelijk van hoeveel CO2 we in de 21e eeuw uitstoten. (Meer over dit onderzoek...)

Figuur 2: Gemiddelde temperatuurafwijkingen van 1900 tot 2100 ten opzichte van het gemiddelde van 1961 t/m 1990. Rood: simulatiemodel A1B, roze: simulatiemodel A2, ononderbroken lijn: de normale 11-jaarlijkse zonnecyclus, onderbroken lijn: bij een nieuw Maunder-minimum, stippellijn: bij lagere zonneaktiviteit. Blauw: daadwerkelijke temperatuur t/m 2009, gemeten door NASA-GISS (Feulner 2010).

Ons klimaat heeft echter meer en ingrijpendere veranderingen doorgemaakt dan alleen de Kleine IJstijd. In de laatste 400.000 jaar zijn er meerdere "grote" ijstijden geweest, die om de ±100.000 jaar werden onderbroken door relatief korte warmere perioden van ±10.000 jaar, de interglacialen. Het huidige interglaciaal begon ongeveer 11.000 jaar geleden. Betekent dit dat het huidige interglaciaal bijna voorbij is en we ons aan het begin van een nieuwe ijstijd bevinden?

Figuur 3: Temperatuurveranderingen in Vostok (Zuidpool) (Petit 2000). Interglacialen zijn aangegeven in groen.

Hoe begint een ijstijd? Veranderingen in de baan van de aarde (de Milankovitch-cyclus) zorgen ervoor dat het noordelijk halfrond op een gegeven moment steeds minder zonne-energie ontvangt. Hierdoor groeit het noordpoolijs gedurende een periode van duizenden jaren geleidelijk aan, waardoor de aarde een hoger albedo (lichtweerkaatsing) krijgt, de temperatuur daardoor nog verder daalt en het ijs zich verder uitbreidt. Dit proces duurt zo'n 10.000 à 20.000 jaar en uiteindelijk belanden we in een nieuwe ijstijd.

Wat voor effect heeft onze CO2-uitstoot op dit proces? Hiervoor moeten we kijken naar de beginfase van een ijstijd, namelijk het teruglopen van de hoeveelheid zomerse zonnewarmte op het noordelijk halfrond, wat nodig is om het noordpoolijs te laten aangroeien (zie Archer 2005). Hoe meer CO2 er in de atmosfeer zit, hoe kleiner de hoeveelheid ontvangen zonne-energie moet zijn voordat er een ijstijd kan inzetten.

In figuur 3 zien we hoe het klimaat reageert op verschillende hoeveelheden CO2-uitstoot:
- groen: natuurlijk verloop zonder extra CO2
- blauw: bij een menselijke uitstoot van 300 gigaton (gemeten als hoeveelheid koolstof in CO2); hier zijn we inmiddels ruim overheen
- lichtbruin: bij 1000 gigaton; dit zou voldoende zijn om 130.000 jaar geen ijstijd meer te krijgen
- bruin (bovenste lijn): bij 5000 gigaton; de eerstvolgende ijstijd is dan nog minstens een half miljoen jaar van ons verwijderd

Als we uitgaan van de huidige positie van de aarde volgens de Milankovitch-cyclus, de verwachte CO2-uitstoot en de tijd dat CO2 in de atmosfeer blijft, bevinden we ons waarschijnlijk in een langer interglaciaal dan er ooit in de laatste 2,6 miljoen jaar is voorgekomen.

Figuur 4. Gevolgen van CO2 uit fossiele brandstof voor het toekomstig verloop van de gemiddelde temperatuur. Groen: natuurlijk verloop, blauw: met 300 gigaton koolstof aan menselijke uitstoot, lichtbruin: 1000 gigaton, bruin (bovenste lijn): 5000 gigaton (Archer 2005).

We hoeven ons wat betreft wakker worden onder negen verdiepingen sneeuw voorlopig geen zorgen te maken: er ligt in de nabije toekomst geen ijstijd op de loer. Degenen die desondanks nog steeds twijfelen, kunnen het beste naar het noordpoolijs kijken. Groeit het ijs aan? Dan is het inderdaad mogelijk dat de 10.000 jaar van opkomend ijs is begonnen die aan een ijstijd vooraf gaat.

Echter, in werkelijkheid wordt het permanent bevroren gedeelte van het noordpoolgebied steeds kleiner, evenals de hoeveelheid zeeijs. Ook het ijs op Groenland smelt steeds sneller en dit zijn niet bepaald de juiste voorbodes die bij een naderende ijstijd horen.