De toestand

Het Maunder Minimum (ongeveer 1645-1715) betrof een periode waarin er decennia lang opmerkelijk weinig zonnevlekken waargenomen werden, een zogeheten Grand Minimum. Het was een tijdvak in de veel langer durende Kleine IJstijd (16e tot 19e eeuw), waarin de temperaturen onder meer in Europa 1 à 2 graden lager waren dan in de 20e eeuw.

De afgelopen eeuw toonde de zon juist veel vlekken, met een hoogtepunt in 1957-1958. Deze periode wordt door astronomen dan ook wel aangeduid als een Grand Maximum. Als er nu in de 21e eeuw weer eens een nieuw Grand Minimum volgt, wat kunnen dan de gevolgen zijn voor het klimaat? Krijgen we dan een nieuwe Kleine IJstijd?

Allereerst moeten we opmerken dat de Kleine IJstijd geen eeuwenlange aaneengesloten periode van koude was. Er waren zeer koude jaren, maar ook zeer warme. En de ups en downs liepen ook wereldwijd niet bepaald synchroon. Het Maunder Minimum beslaat ook slechts een klein gedeelte van de Kleine IJstijd, en wel een periode toen de Kleine IJstijd al lang aan de gang was. De koudste periodes van de Kleine IJstijd worden vaak gesitueerd rond 1650, 1770 en 1850. Het eerste jaartal valt inderdaad aan het begin van het Maunder Minimum, maar de andere twee jaartallen lijken weinig met de zon te maken te hebben. Er was nog een ander (minder sterk) minimum, aangeduid met Dalton Minimum (1790-1830), maar ook die viel niet samen met de genoemde laatste echt koude periodes.

Hoewel de zon ongetwijfeld een bepaalde rol zal hebben gespeeld, hebben vulkanen waarschijnlijk een grotere rol vervuld. Het jaar 1816 volgend op de uitbarsting van de Tambora in 1815 wordt wel beschreven als het jaar zonder zomer. Enkele jaren eerder was er in 1809 een grote vulkaan actief; momenteel is nog onduidelijk welke vulkaan, maar de sporen ervan zijn duidelijk zichtbaar in ijsboringen, zowel op Groenland als Antarctica.

Terug naar de zon. Als er geen vlekken zijn, betekent dat dan dat de zon dood is? Nee. Elke ongeveer 11 jaar doorloopt de zon een cyclus van weinig vlekken naar veel vlekken. De laatste drie decennia zijn waarnemingen via satellieten gedaan over de totale zonnestraling in het verloop van zo’n cyclus. Binnen een cyclus blijkt het verschil tussen een maximum en een minimum slechts 1 procent aan totale straling te zijn. Ook is de hoeveelheid zonnestraling in de tweede helft van de 20e eeuw iets afgenomen, terwijl de temperatuur op Aarde juist toenam.

De invloed van de zon is heel groot als we periodes van tienduizend(en) jaren of langer bekijken. Veranderingen in de stand van de aardas en/of de baan van de aarde rond de zon (Milanković-parameters) hebben belangrijke gevolgen voor de hoeveelheid zonnestraling die de verschillende halfronden van onze planeet ontvangen. Zij zorgen voor de afwisseling tussen glacialen en interglacialen. Maar ook dan is de verandering van hoeveelheid straling onvoldoende als niet het effect van broeikasgassen als CO2 en methaan wordt meegerekend.

Terug naar de actualiteit. De afgelopen maanden zijn een aantal artikelen gepubliceerd, die inzicht geven over wat de zon de afgelopen eeuw heeft betekend voor het klimaat, en wat we verder kunnen verwachten voor de komende eeuw.

“Solar change and climate: an update in the light of the current exceptional solar minimum” (Lockwood, 2010; abstract hier, artikel hier) beschrijft welke veranderingen van de zon er waargenomen zijn sinds bestudering met satellieten. Hij weerlegt daarbij uitvoerig wat er niet klopt aan het idee dat de opwarming in de laatste decennia grotendeels door de zon zou zijn gekomen. Lockwood schetst de mogelijkheid van een nieuw Grand Minimum in de loop van deze eeuw, maar acht de kans groter op een langzamere vermindering van zonneactiviteit, waarbij een nieuw Maunder nog weleens een of twee eeuwen in de toekomst kan liggen.

“Cycles and trends in solar irradiance and climate” (Lean, 2009; abstract hier, artikel hier) beschrijft hoe de temperatuur van de laatste decennia grotendeels is beïnvloed door vier factoren: variaties in de zon, vulkaanuitbarstingen, ENSO (afwisseling El Niño / La Niña) en gestaag toenemende antropogene invloeden. Dit doortrekkend naar de komende decennia levert een verdere opwarming op, met tijdelijke pieken en dalen. Hoewel steeds meer klimaatmodellen ook andere aspecten aan de zon meenemen (bv. de invloed van UV op de stratosfeer), is op dat terrein nog veel werk te doen om een nauwkeuriger beeld te krijgen. Het vermelde artikel van Lean bespreekt grotendeels hetzelfde als eerder vorig jaar werd gepubliceerd in “How will Earth’s surface temperature change in future decades?” (Lean & Rind, 2009; abstract hier, artikel hier).

“On the effect of a new grand minimum of solar activity on the future climate on Earth” (Feulner & Rahmstorf, 2010; abstract hier, artikel hier) onderzoekt wat de mogelijke gevolgen kunnen zijn, indien de zonneactiviteit in de 21 eeuw op een zeer laag pitje zou komen te staan. Ze laten modelberekeningen los op enkele IPCC-scenario’s (A1B en A2) gecombineerd met drie scenario’s voor de zon: een waarbij de totale straling (TSI) vergelijkbaar is met de afgelopen eeuw, een waarbij de TSI vanaf 2010 tot het eind van de 21e eeuw 0,08% lager is dan in 1950 en een waarbij de TSI vanaf 2030 0,25% lager is dan in 1950. Het artikel komt tot de conclusie dat, afhankelijk van de gekozen scenario’s, een berekende opwarming van 3,7-4,5°C tegen het eind van de 21e eeuw 0,09-0,26°C lager zouden kunnen uitvallen bij een zon die langdurig inactief wordt.

Met name een astronoom als Svalgaard (zie hier voor een lijst van zijn publicaties en voordrachten) denkt dat o.a. het Maunder Minimum zwaar overschat wordt. Hij hanteert kort samengevat de opvatting dat ook bij een Grand Minimum de activiteit van de zon niet lager is (maar dan wel gedurende langere tijd) dan bij een minimum van een 11-jarige cyclus, een soort van ondergrens aan de activiteit van de zon. Dat er tijdens zo’n Grand Minimum geen tot weinig vlekken voorkomen, kan te maken hebben met een bepaalde opwarming van de (koude) zonnevlekken zodat die niet meer goed zichtbaar zijn (theorie van Livingstone & Penn, zie hier en hier), een en ander nog afgezien van in de loop der tijd veranderde methodieken in de telling van de vlekken.

Conclusie.
Kan de zon de komende decennia dusdanig veranderen dat er een nieuw Grand Minimum gaat optreden? Ja, dat is mogelijk, maar even goed kan dat nog heel lang duren. De kans dat de zon wat minder actief wordt dan rond het midden van de afgelopen eeuw wordt door veel astronomen hoog geschat.
Betekent dit dat we een nieuwe Kleine IJstijd tegemoet kunnen zien? Nee. Een verminderde activiteit van de zon kan bij lange na niet op tegen het versterkte broeikaseffect door toename van met name CO2 concentratie. Het zal de verwachte opwarming tegen het eind der 21e eeuw slechts iets kunnen verminderen, in sommige gebieden iets meer dan in andere.