Wat veroorzaakt glaciale-interglaciale cycli?
Variaties in de baan van de aarde hebben door de tijd heen de hoeveelheid zonnestraling die de aarde in elk seizoen ontvangt, veranderd. Interglaciale perioden doen zich meestal voor in perioden van intensievere zomerstraling op het noordelijk halfrond. Deze cycli van glaciale en interglaciale perioden zijn in de loop van het Kwartair (de afgelopen 2,6 miljoen jaar) afwisselend geweest en afgenomen. Sinds het midden van het Kwartair hebben de glaciale-interglaciale cycli een frequentie van ongeveer 100.000 jaar (Lisiecki en Raymo 2005). In de tijdreeks van de zonnestraling komen cycli van deze lengte (bekend als “excentriciteit”) voor, maar ze zijn zwakker dan de cycli die ongeveer 23.000 jaar duren (en die “precessie van de equinoxen” worden genoemd).
Een ander interessant feit is dat temperatuurvariaties op Antarctica in fase zijn met veranderingen in de zonnestraling op hoge noordelijke breedtegraden. De veranderingen in zonnestraling op de hoge zuidelijke breedtegraden bij Antarctica verlopen juist uit fase met de temperatuurveranderingen, zodat de koudste periode tijdens de meest recente ijstijd zich ongeveer voordeed op het moment dat de regio een piek in de plaatselijke zonneschijn beleefde. Dit betekent dat de groei van ijskappen op het noordelijk halfrond een belangrijke invloed heeft op het klimaat wereldwijd.
Waarom eindigen ijstijden abrupt?
Let op de asymmetrische vorm van het Antarctische temperatuurbestand (zwarte lijn), waarbij abrupte opwarmingen in geel zijn aangegeven en geleidelijke afkoelingen voorafgaan (Kawamura et al. 2007; Jouzel et al. 2007). De opwarming aan het einde van glaciale perioden gebeurt meestal abrupter dan de toename van de zonne-insolatie. Verschillende positieve terugkoppelingen zijn hiervoor verantwoordelijk. Een daarvan is de ijs-albedo terugkoppeling. Een tweede terugkoppeling heeft te maken met atmosferische CO2. Directe metingen van CO2 uit het verleden, opgesloten in ijskernbellen, laten zien dat de hoeveelheid atmosferische CO2 afnam tijdens glaciale perioden (Kawamura et al. 2007; Siegenthaler et al. 2005; Bereiter et al. 2015), deels omdat de diepe oceaan meer CO2 opsloeg als gevolg van veranderingen in ofwel oceaanmenging ofwel biologische activiteit. Lagere CO2-niveaus verzwakten het broeikaseffect van de atmosfeer en hielpen om lagere temperaturen te handhaven. Opwarming aan het einde van de ijstijden maakte CO2 vrij uit de oceaan, wat het broeikaseffect van de atmosfeer versterkte en bijdroeg aan verdere opwarming.
Enkele belangrijke datasets met betrekking tot glaciale/interglaciale cycli:
- Berger en Loutre (1991), berekende inkomende zonnestraling voor de laatste 5 miljoen jaar
- Peltier (1994), topografie van ijskappen sinds het laatste glaciale maximum
- Lisiecki en Raymo (2005), benthische δ18O-registraties gebruikt als een proxy voor het mondiale ijsvolume
- Siegenthaler et al. (2005), koolstofdioxide uit de ijskern EPICA Dome C in Antarctica
- Jouzel et al. (2007), stabiele isotopen uit de ijskern EPICA Dome C in Antarctica
- Kawamura et al. (2007), stabiele isotopen en sporengassen uit de Dome Fuji ijskern
- Bereiter et al. (2015), koolstofdioxide uit de EPICA Dome C ijskern in Antarctica