IJstijd

IJstijd
Een ijstijd of glaciatie is een geologisch tijdvak waarin ijskappen voorkomen. Tegenwoordig leven we
dus per definitie in een IJstijdvak: het Kwartair, want er zijn ijskappen aanwezig boven Groenland en
Antarctica.
Soms wordt ijstijd gebruikt als synoniem voor de term glaciaal, een periode binnen een ijstijd waarin
het klimaat aanzienlijk kouder was dan tegenwoordig. Glacialen worden afgewisseld met
interglacialen, warmere periodes zoals het huidige Holoceen.
Oorzaken:
Om de ijstijden te verklaren kan men 2 groepen factoren identificeren, namelijk de externe factoren,
zoals veranderingen in de hoeveelheid en verdeling van zonlicht dat op Aarde valt, en de interne
factoren, zoals oceaanstromingen, CO2 concentraties,…, die een deel uitmaken van het natuurlijke
klimaatsysteem. Vaak is er ook een interactie tussen de verschillende factoren, met positieve of
negatieve terugkoppelingen.
Milankovitch theorie
De Milankovitch theorie suggereert dat de cycli van glacialen en interglacialen verband houden met
veranderingen in de baan van de Aarde rond de Zon. Deze veranderingen zijn:
Variaties in de excentriciteit van de aardbaan: de baan van de Aarde rond de Zon is
een ellips. Hoe groter de excentriciteit hoe meer elliptisch de baan is en hoe verder
de Aarde rond de Zon draait.
Variatie in de obliquiteit: de hoek tussen de Aarde en het eclipticavlak varieert
tussen de 22,1° en 24,5°. Hoe groter de hoek, hoe groter het temperatuurverschil
tussen de seizoenen.
Precessie: variatie in de tolbeweging van de Aarde door de getijdenwerking tussen
Zon, Aarde en Maan.
Hoewel deze variaties slechts een kleine invloed hebben op de totale hoeveelheid zonnestraling die
de Aarde bereikt, hebben ze een grote invloed op de verdeling van de zonnestraling over de
verschillende delen van de wereld en op verschillende tijdstippen van het jaar. Lange termijn
klimaatveranderingen kunnen dus verklaard worden door een gecombineerd effect van deze drie
cyclische processen. De meest belangrijke prikkel voor de accumulatie van ijs en het begin van een
glaciatie is de verandering in precessie, waarbij een lange reeks koude zomers in het noordelijk
halfrond niet in staat is om de winterse sneeuwval voldoende te laten smelten.
Deze theorie verklaart voor 60% de temperatuurvariaties tijdens een ijstijd, en is niet voldoende om
gedetailleerde temperatuurvariaties te verklaren.
Platentektoniek en oceaancirculatie
Door platentektoniek en continentendrift verandert de verdeling van de continenten en de richting
van de belangrijkste zeestromingen.
Perioden in de geschiedenis met open zeeën ter hoogte van de polen, waren niet bevorderlijk voor
het ontstaan van ijstijd klimaten, want er was aanvoer van warmte via zeestromingen mogelijk.
Anderzijds, wanneer de continenten dichter bij de poolstreken liggen, kan de temperatuur voldoende
dalen om glaciatie mogelijk te maken. Maar er moet ook voldoende sneeuwval zijn om ijskappen te
doen ontstaan. Men veronderstelt dat het sluiten van de zee tussen Noord- en Zuid-Amerika, door
het ontstaan van de Landengte van Panama, zo’n 4,6-2,5 miljoen jaar geleden, heeft bijgedragen tot
het begin van de glaciatie op het Noordelijke halfrond. Zo kon het warme water namelijk niet meer
van de Atlantische naar de Grote Oceaan stromen, en ontstond de Warme Golfstroom. Hierdoor
bereikte meer vochtige lucht de koudere, hogere breedtes, met grotere neerslag en aangroeien van
de ijskap tot gevolg.
Gebergtevorming kan ook een rol spelen in klimaatverandering op lange termijn, op volgende
manieren;
-als een regio hoger komt te liggen dan de sneeuwgrens, kan er glaciatie starten
-door veranderingen in het luchtcirculatiepatroon
-door veranderingen in de samenstelling van de atmosfeer (CO2 concentratie)
Terugkoppelingsystemen
Bepaalde factoren in het klimaatsysteem versterken of verzwakken de effecten van veranderingen in
aardbaanparameters via positieve en negatieve terugkoppelingsystemen.
Ijs-albedo mechanisme
Deze hypothese veronderstelt een positief terugkoppelingsysteem tussen aangroeiende ijskappen,
toegenomen reflectie van zonnestralen, afkoeling en meer ijsaangroei.
De ijsaangroei stopt als er minder neerslag valt. Dit gebeurde op het moment van maximale glaciatie,
was de zeespiegel op zijn laagste niveau en was het klimaat op aarde zeer droog.
CO2 en glaciaal-interglaciaal cyclus
Tijdens de cyclus van glacialen-interglacialen is er ook een variatie in de atmosferische CO2
concentratie. Maar er bestaat nog onzekerheid over het precieze oorzaak en gevolg mechanisme.
Was er bijvoorbeeld eerst een temperatuurverandering, gevolgd door een veranderde CO2
concentratie, of was het omgekeerd?
Diffusie van CO2 uit de oceanen
CO2 is meer oplosbaar in koud water dan in warm water. Maar in glaciale periodes is het water ook
zouter en CO2 is ook minder oplosbaar in zout water dan in zoetwater. Dus, deze effecten kunnen
elkaar annuleren.
Een andere hypothese is dat het uitgebreide zee-ijs een kap vormden over de oceanen, die het
ontsnappen van CO2 uit het water verhinderde.
De biologische pomp
In de bovenste lagen van de oceaan bevinden zich heel kleine plantaardige organismen
(fytoplankton) die via het proces van fotosynthese CO2 opnemen. Dit fytoplankton wordt opgegeten
door plantenetend zoöplankton, dat dan op hun beurt opgegeten wordt door carnivoor zoöplankton
enzoverder. Afgestorven resten van planten en dieren komen op de bodem van de oceaan terecht.
Variatie in de groeisnelheid van het fytoplankton kan dus een belangrijke rol spelen in het
veranderen van de atmosferische CO2 concentratie tijdens de opeenvolging van glacialen en
interglacialen. We spreken van de biologische pomp. De belangrijkste limiterende factor die de
productiviteit van fytoplankton beïnvloedt is de beschikbaarheid van mineralen zoals Ca, NO3, PO4,
Fe en Mg in het oceaanwater. Deze beschikbaarheid is het grootst in Arctische en koude oceanen,
omdat daar meer nutriënten naar boven gebracht worden.
Er is een seizoensgebonden transport. In de winter zal het koude en zwaardere oppervlaktewater
naar beneden zinken, en de onderliggende waterlagen die rijker zijn aan nutriënten komen naar
boven. In de komende lente krijgt men een explosieve groei van fytoplankton. Op dezelfde manier
kon tijdens de koudere periodes van de IJstijd de afkoeling van de bovenste laag van de oceaan
leiden tot een verhoogde biologische activiteit, met tot gevolg een lagere atmosferische CO2
concentratie en aanhoudend lage temperaturen. Omgekeerd, tijdens de interglacialen bleef warm,
nutriëntenarm water aan het oppervlak, met tot gevolg weinig planktonproductie, diffusie van CO2 in
de atmosfeer en aanhoudend hogere temperaturen.
Er is ook een transport van water gebonden aan de oceaanstromingen. Bijvoorbeeld voor de kust van
Peru duwen sterke oostenwinden het relatief warmere zeewater westwaarts, dat vervangen wordt
door lager gelegen water. Tijdens de koude, glaciale periodes was het temperatuurverschil, en dus
ook de luchtdrukgradiënt, tussen de evenaar en de polen groter dan tijdens de warmere,
interglaciale periodes. Hierdoor konden grotere windkrachten het oppervlaktewater gemakkelijker
omdraaien en kon dit leiden tot een betere planktongroei.
Kortere termijn fluctuaties
Kortere termijn fluctuaties zijn waarschijnlijk gerelateerd aan schommelingen in de oceaancirculatie.
De oceanen zijn met elkaar verbonden via een systeem van stromingen, die men de thermohaliene
circulatie noemt. De circulatie in de Noord-Atlantische Oceaan speelt een belangrijke rol in het in
gang zetten of versterken van snelle klimaatveranderingen die men heeft vastgesteld in Groenlandse
ijsboringen. Tijdens warme, interglaciale periodes, heeft men een sterke Golfstroomwerking in dit
gebied. Hierdoor zal land- en zee-ijs verder afsmelten en terugtrekken, waardoor grote
hoeveelheden zoetwater in de noordelijke oceanen terecht komen. Hierdoor verlaagt de
zoutheidsgraad van het water en zal het water minder snel naar beneden zakken, waardoor de
Golfstroom afneemt en de Noord-Atlantische regio afkoelt, want er wordt minder warmte
getransporteerd. Daardoor zal de ijsmassa opnieuw beginnen aangroeien.
Dit proces kan vrij snel gaan (decennia), maar er kan een al even snelle omschakeling in de andere
richting optreden.