Streven. Jaargang 10

[p. 412]

Het raadsel van de IJstijden
Henk Jans S.J.

DE grafsteen van von Hindenburg is - of was - een groot granietblok, uit Noorwegen afkomstig. Toch was het niet door mensen naar Duitsland vervoerd. Het gesteente lag, tussen vele andere, als een ‘zwerfsteen’ in de Baltische laagvlakte. Ingesloten in een geweldige ijsmassa waren deze gesteenten vaak honderden kilometer ver voortgestuwd. De moraines met hun overvloedig puinmateriaal vormen nu nog heuvels in Nederland, terwijl de zanden van de Kempen en de leem van Brabant en Noord-Frankrijk door de wind aan dit puin werden onttrokken en elders neergezet. Dergelijke onweerlegbare feiten waren het, die gaandeweg het inzicht van de wetenschap in het proces van de zgn. ijstijden hebben bevestigd. Zelfs de leek is thans al lang over zijn eerste verbazing heen; de ijstijden behoren definitief tot het vertrouwde wereldbeeld van de huidige mens.

Toch blijven deze verschijnselen uitermate verbazingwekkend. De vertrouwdheid met de feiten neemt niets weg van het uitzonderlijke van het hele proces. Uitzonderlijk is het inderdaad, wanneer wij bedenken dat vele miljoenen jaren lang het gemiddelde klimaat over heel de aarde warmer was, om dan binnen de - geologisch - zeer korte tijdspanne van één miljoen jaar vier drastische schommelingen te vertonen, die trouwens nog aan verdere fluctuaties onderhevig waren¹⁾. Om vóór deze ijstijden de sporen van verschijnselen van een dergelijke omvang terug te vinden, moeten wij opklimmen tot in het Perm, ongeveer 230 miljoen jaar geleden. De periodes van maximale ijsuitbreiding uit de laatste miljoen jaar moeten elk ongeveer vijftig tot zeventig duizend jaar hebben geduurd. De laatste ijstijd is natuurlijk het best gekend en bestudeerd, en uit die studie blijkt weer hoe ‘plotseling’ deze verschijnselen optraden. De laatste ijstijd nam immers ongeveer tien duizend jaar geleden vrij bruusk een einde: de geweldige ijsmassa's begonnen gewoon te

1) Zoals bekend, is de jongste geologische geschiedenis van de aarde, waarin de mens zelf voor het eerst optreedt, gekarakteriseerd door opeenvolgende, zeer belangrijke temperatuurschommelingen. Deze zg. ijstijden worden in Europa van de oudste naar de jongste de Günz-, Mindel-, Riss- en Würmijstijd geheten, namen ontleend aan die van verschillende lokaliteiten in de Alpen, waar de sporen van deze onderscheiden ijstijden duidelijk waarneembaar zijn. Ook in Amerika worden vier ijstijden onderscheiden, maar onder andere benamingen.

[p. 413]

smelten, vormden reusachtige meren en rivieren, en in enkele duizenden jaren, was o.a. het toendra-klimaat van onze streken weer in een gematigd klimaat veranderd. Het haast hopeloze probleem van de ijstijden ligt dus vooral in het contrast: tussen een periode van tientallen miljoenen jaren zonder sporen van één grote ijstijd en de snelle opeenvolging van meerdere ijstijden gedurende de laatste miljoen jaar.

Aan hypothesen ter verklaring heeft het niet ontbroken, de ene al spitsvondiger dan de andere. Het ware nutteloos ze alle binnen het bestek van dit artikel in detail te willen bespreken. We willen slechts in grote lijnen de verschillende richtingen schetsen, in welke naar een min of meer algemeen geldende oplossing werd gezocht. Alle pogingen kunnen al vast in drie grote kategorieën worden ondergebracht: de determinerende factor van het ontstaan van de ijstijden moet ofwel op de aarde, ofwel op de zon, ofwel in het gehele zonnestelsel worden gezocht. Deze onderverdeling sluit natuurlijk niet uit dat een verklaring in meerdere factoren te gelijk werd gezocht.

In de eerste categorie moeten we weer drie gevallen onderscheiden, naar gelang de ijstijden hoofdzakelijk zouden gedetermineerd zijn door het gedrag van de aarde als planeet, door de invloed van het topografisch reliëf van de aarde, door de invloed van de atmosfeer die de aarde omgeeft.

Beschouwen we de aarde hoofdzakelijk als een planeet in het zonnestelsel, dan zijn het haar rotatie-beweging om haar eigen as, en haar kringloop om de zon die voor een verklaring in aanmerking komen. Het lijdt geen twijfel dat de verdeling in klimaatgordels op de aarde in hoofdzaak wordt bepaald door de helling van de rotatie-as van de aarde op het vlak van haar baan rond de zon. Het lag dan ook nogal voor de hand het verschijnsel van de ijstijden te beschrijven als een successievelijk opschuiven van de klimaatgordels door gevoelige wijzigingen in de helling van de rotatie-as. Deze, op het eerste gezicht eenvoudige verklaring werd evenwel door de astronomie in het ongelijk gesteld: de bewegingen van onze planeet zijn veel te stabiel om binnen één miljoen jaar aan schommelingen van een dergelijke omvang onderhevig te kunnen zijn, en dan nog wel herhaaldelijk. Om aan deze moeilijkheid te ontsnappen zou men geneigd kunnen zijn om beroep te doen op de theorie van de verschuiving van de continenten: de aarde behoudt dan wel haar rotatie-as in dezelfde positie, maar door het verschuiven van de continenten zouden andere gebieden van het aardoppervlak op de polen komen liggen. In ons geval echter is men het er over eens dat, nog afgezien van andere bezwaren tegen deze theorie in het algemeen, ze onmogelijk de successievelijke ijstijden van de jongste geologische geschiede-

[p. 414]

nis kan verklaren: een dergelijke ‘drift’ van de continenten heeft deze laatste miljoen jaar zeker niet plaats gevonden. Trouwens het voornaamste gebrek dat beide hypothesen aankleeft, is dat zij in het gunstigste geval alleen een verklaring geven van een andere distributie van het ijs op de oppervlakte van de aarde, dan die welke wij thans aantreffen: m.a.w. het blijkt dat de aanwezigheid zelf van een ijskap aan beide polen, een uitzonderlijk verschijnsel is in de geschiedenis van onze aarde. De theorie van afdrijven van de continenten kan wellicht een verklaring geven voor de lokalisatie van grote ijsmassa's gedurende het Perm, de aanwezigheid zelf van het ijs blijft onopgelost.

Het werd dan ook duidelijk dat, wilde men de planetaire bewegingen van de aarde aansprakelijk stellen voor het ontstaan van de ijstijden, men slechts een beroep mocht doen op bewegingen die astronomisch aanvaardbaar en zelfs waarneembaar waren. De belangrijkste poging in deze richting werd door Milankovitch ondernomen. De planetarische bewegingen van de aarde zijn inderdaad aan bepaalde periodische schommelingen onderhevig: de helling van de aardas met de ecliptica (vlak van de aardbaan) ondergaat lichte wijzigingen, met een periode van ongeveer 40.000 jaar. De excentriciteit van de aardbaan om de zon, welke baan in feite ellipsvormig is, is evenmin constant en verandert met een periode van ongeveer 91.800 jaar; tenslotte is ook het perihelium (positie van kortste afstand tussen aarde en maan) aan schommelingen onderhevig, met een periode van iets meer dan 21.000 jaar. Milankovitch heeft dan het globale resultaat trachten te berekenen van deze drie periodische schommelingen, in zo verre zij voor een plaats met een bepaalde breedtegraad (b.v. in onze gematigde streken), met verloop van vele duizenden jaren, periodes van gemiddeld lagere of hogere temperatuur zouden verwekken. Op deze wijze kwam een treffende grafiek tot stand, waarin, volgens de laatste berekeningen in 1938, gedurende de laatste 600.000 jaar ettelijke periodes met lagere en hogere temperatuur voorkwamen, die, met een beetje goede wil, tot vier ijstijden konden samengebundeld worden. Sommige geleerden beschouwden deze grafiek aanvankelijk als een uiterst getrouwe tijdsindeling van het recente geologische verleden. Maar gaandeweg zijn de bezwaren tegen deze hypothese onoverkomelijk gebleken. Er bleef de grootste onzekerheid bestaan over het werkelijk bedrag van de temperatuurschommelingen, die door de geringe fluctuaties van de planetarische aardbewegingen in het leven geroepen worden: de meeste astronomen menen dat zij te gering zijn om ijstijden te verwekken. De theorie hield ook nog in dat de effecten in het noordelijk en zuidelijk halfrond van tegengestelde aard moeten zijn: het blijkt echter, hoe onvolledig ook de gegevens nog zijn, dat de ijstijden

[p. 415]

niet alterneerden tussen de beide halfronden maar nagenoeg gelijktijdig over de gehele aarde optraden. De periode van 600.000 jaar is waarschijnlijk ook te kort om met de geologische gegevens in overeenstemming gebracht te kunnen worden. Het meest afdoende, en blijkbaar definitieve argument tegen deze theorie is wel dat zij veel te veel bewijst: er is geen enkele reden om deze berekeningen te beperken tot de laatste miljoen jaar. Indien dus deze periodische schommelingen van de aardbewegingen de doorslaggevende factor waren voor het ontstaan van de ijstijden, dan zouden we de sporen moeten terug vinden van ten minste enkele der honderden ijstijden die eraan voorafgegaan zijn.

In welke mate beïnvloedt de topografie van de continenten een daling van de temperatuur en de vorming van ijsmassa's? Het is onloochenbaar dat het reliëf een grote invloed heeft: zelfs aan de evenaar kan men eeuwige sneeuw aantreffen, als het bergland maar hoog genoeg is. De nauwkeurige studie van de glaciatie in Europa en Amerika heeft aangetoond dat de ijskappen zich geleidelijk hebben gevormd, het eerst in het bergland, van waaruit zij dan, door een voortdurende toename van het ijs (uit vochtige winden gecondenseerd) ook geweldig grote gebieden van het laagland konden inpalmen. Juist deze geleidelijke groei verklaart het meevoeren van de zwerfstenen over grote afstanden. Het lijkt dan ook aantrekkelijk het verschijnsel zelf van de ijstijden te wijten aan een buitensporige ontwikkeling van het reliëf, dat dan, in de gevallen waarin vochtige winden met de gunstige richting overheersen, de opbouw van een ijskap zou determineren. Het feit dat het einde van het Tertiair en het begin van het Kwartair een periode van actieve gebergtevorming waren, scheen voor deze hypothese te pleiten. Bij nader toezien echter bleek ook deze verklaring ontoereikend: wellicht kon men deze gebergtevorming nog aansprakelijk stellen voor het optreden van glaciatie in het algemeen, maar het werd een hachelijke onderneming te veronderstellen dat de vier opeenvolgende ijstijden van de laatste miljoen jaar aan even zoveel opheffingen of dalingen van de vereiste omvang zouden moeten toegeschreven worden. En het voornaamste bezwaar is weer dat deze correlatie van glaciatie en intensieve gebergtevorming in verschillende gevallen uit het geologisch verleden volkomen achterwege blijft.

Er werd dan ook gezocht naar mogelijke wijzigingen in de toestand van de atmosfeer, die een gevoelige verlaging van de temperatuur zouden kunnen veroorzaken. Door sommigen werd gewezen op het feit dat het koolstofdioxide van de lucht een kleine fractie van de warmte die de aarde uitstraalt, opslorpt. Die warmte wordt dus vastgehouden, met het gevolg dat een vermeerdering van de proportie koolstofdioxide in de atmosfeer, een stijging van de temperatuur zou te weeg brengen. Een

[p. 416]

vermindering van het koolstofdioxidegehalte zou de temperatuur verlagen. Nog afgezien van het feit dat deze vermeerdering of vermindering ook nog moet verklaard worden, is men het er thans vrij algemeen over eens dat het hier besproken effect al te gering moet geacht worden. Anderen verkozen een beroep te doen op de aanwezigheid van kleine vulkanische stofdeeltjes in de atmosfeer: de gemiddelde doorsnede van die stofdeeltjes zou van die aard zijn, dat zij een gedeelte van de zonnestraling weerkaatsen en de aarduitstraling ongehinderd doorlaten. Ze zouden dus een verlaging van de temperatuur veroorzaken. Er waren zelfs waarnemingen om dit te bevestigen: na de grote uitbarsting van de Krakatau in 1883, werd een tijdelijke verlaging van de temperatuur geregistreerd. Maar ook deze hypothese is praktisch onhoudbaar gebleken, door de afwezigheid van enige correlatie tussen periodes van grote vulcanische activiteit (waarvan de sporen duidelijk zijn) en het optreden van glaciatieverschijnselen.

Het is niet te verwonderen dat men, wegens de ongenoegzaamheid van alle bovenvermelde hypothesen, de gegevens van het probleem totaal heeft omgekeerd. Waarom zou de warmteuitstraling van de zon niet aan periodische schommelingen onderhevig zijn? Daarmee ware het geval met één slag opgelost. Tot voor enkele jaren werd dan ook, bij gebrek aan wat beters, een dergelijke fluctuatie gepostuleerd: bewijzen kon men ze niet. Wel leek het zeer aannemelijk, toen men kon aantonen dat een zeer geringe vermindering van de uitgestraalde warmte van de zon, een zeer gevoelige daling van de temperatuur op de aarde zou te weeg brengen; ons huidig klimaat is op uiterst delicate en gevoelige wijze van deze uitstraling afhankelijk. Ondertussen zaten de astronomen niet stil. Een goede halve eeuw geleden werd in de Verenigde Staten van Amerika een commissie van het leger aangesteld om, onverdroten, de fluctuaties in de zonneconstante (bedrag van uitgestraalde warmte) na te gaan. Men hoopte een duidelijke invloed op het klimaat te ontdekken. Het bleek weliswaar onmogelijk goede waarnemingen op onze aarde zelf te verrichten, waar de precisie-apparaten een te grote lichtintensiteit te verwerken krijgen. Deze moeilijkheid werd omzeild door de waarnemingen op andere planeten van ons zonnestelsel, o.a. Uranus, uit te voeren. Het resultaat van deze observaties was zo negatief, dat deze commissie onlangs werd ontbonden, aangezien de zonneconstante inderdaad zo constant was, dat het nutteloos leek haar geringe variaties nog te willen betrekken in onze evaluaties van het klimaat. Deze observaties over een korte periode zijn wel geen strikt bewijs dat de zonneconstante niet zou variëren over grotere periodes, maar zij pleiten toch voor de

[p. 417]

stabiliteit van deze constante. Zo groeide bij de astronomen gaandeweg de overtuiging dat zelfs de fluctuaties over een langere periode en mét een gevoelige invloed op het klimaat van onze aarde, hoogst onwaarschijnlijk worden in het stabiele stelsel van onze zon, wanneer zij het tempo moeten volgen, dat voor een verklaring van de ijstijden vereist wordt. Het lijkt dus wel dat de verlegging van het probleem naar de zon, ons niet uit het slop heeft geholpen.

Er waren vroeger pogingen ondernomen om het verschijnsel van de ijstijden te verklaren door een wijziging van het gehele zonnestelsel in zijn verhouding tot het heelal. Deze veeleer intuïtieve visies strandden op een volkomen onmogelijke of foutieve interpretatie. Zo werd wel eens verondersteld dat het gehele zonnestelsel door ‘koudere’ ruimten van de kosmos zou passeren: maar wat kon dat betekenen? Of men veronderstelde een doortocht door kosmische nevels, die, naar analogie met de boven vermelde vulkanische hypothese, een gedeelte van de zonnewarmte zouden weerkaatsen. Volgens het recente werk van Fred Hoyle was deze laatste hypothese het dichtst bij de waarheid, maar zij faalde in haar interpretatie van de werkelijke invloed van een kosmische nevel, waarin de aarde zich zou bevinden. Deze nieuwe hypothese komt hierop neer: van overwegend belang voor de temperatuurregeling op de aarde is de aanwezigheid van waterdamp in de atmosfeer, vooral dan boven de 6000 meter. Deze lagen van waterdamp werken als het glas van een serre: ze laten de zonne-uitstraling ongehinderd door, maar houden de infra-rode uitstraling van de aarde tegen. Indien dus het gehalte aan waterdamp in de atmosfeer op gevoelige wijze wordt gereduceerd, zal de aarde veel meer uitgestraalde warmte verliezen, en.... een ijstijd begint. Veronderstellen we nu dat de aarde zich in een kosmische nevel bevindt: een onophoudelijke stroom van kleine stofdeeltjes (miniatuur-meteorieten) dringt in de atmosfeer binnen. Maar hun voornaamste effect is niet de geringe terugkaatsing van zonnewarmte, maar wel de condensatie van de waterdamp, die als regen begint neer te vallen, indien de condensatie ver genoeg gevorderd is. Een studie van E.G. Bowen schijnt deze hypothese te bevestigen: hij kon, over een periode van vijftig jaar, het verschijnsel constateren van zeer hevige regenneerslag, op bepaalde datums, over de gehele aarde. Hij verklaart dit door aan te nemen dat de aarde even te voren door een uitzonderlijk dichte meteorietenzwerm zou gepasseerd zijn.

Wat deze laatste hypothese bijzonder aantrekkelijk maakt is het feit dat de jongste astronomische bevindingen haar een grotere graad van waarschijnlijkheid geven. Door het bestuderen van ver afgelegen gala-

[p. 418]

xieën is de structuur van onze eigen melkweg duidelijk geworden. Elke galaxie heeft de vorm van een spiraalnevel, waarin verder verschillende ‘armen’ kunnen onderscheiden worden van materie-wolken met grotere dichtheid. Deze wolken zijn het waaruit de sterren ontstaan. Ook onze zon en het zonnestelsel moeten zo ontstaan zijn: thans weten wij dat het hele zonnestelsel zich op de rand van de Orion-arm bevindt in de galaxie waartoe wij behoren. Het is evenwel tot nog toe onmogelijk gebleken de geringe variaties aan dichtheid van deze materie-wolken te meten, nodig om de ijstijden te verklaren wanneer we er zelf door omringd zijn. Maar deze variatie kon des te duidelijker in de andere galaxieën worden aangetoond. Wordt het probleem van de ijstijden in functie van deze gegevens gedacht, dan zijn zowel hun plotseling als hun veelvuldig optreden binnen een korte tijdspanne, niet zo raadselachtig meer. Het hele proces zou dan verklaard worden door de onregelmatige en aanzienlijke variaties aan dichtheid van de nevelarm, waarin ons zonnestelsel zich bevindt. Mocht deze interpretatie de juiste blijken te zijn, dan bevatten de andere hypothesen slechts bijkomstige factoren. Sommige van deze, zoals b.v. de verdeling van hoog- en laagland blijven zeer belangrijk voor de verklaring van de feitelijke uitbreiding van het landijs op de oppervlakte van de aarde. En vergeten wij niet dat elke hypothese een blijvende waarde heeft, in zo verre zij de veeleisende speurgeest van de mens stimuleerde tot onverdroten onderzoek.