Klimaat
Veelgestelde vragen
Oorzaken
Kosmische
straling bestaat uit elektrisch geladen deeltjes, die de atmosfeer binnenkomen.
Deze deeltjes zorgen ervoor dat er aërosolen gevormd worden, die volgens
sommigen invloed hebben op wolkenvorming en op ons klimaat. Het is niet waarschijnlijk
dat deze stelling klopt. Er zijn geen metingen die bevestigen dat kosmische straling
een effect van betekenis heeft op wolkenvorming. Bovendien is de hoeveelheid kosmische
straling die op aarde gemeten is, de afgelopen 35 jaar niet structureel toe- of
afgenomen. Veranderingen in de hoeveelheid kosmische straling kunnen dus geen
oorzaak zijn van de waargenomen opwarming in die periode. De aarde wordt
continu gebombardeerd met kosmische straling. Deze straling bestaat uit zeer hoogenergetische
(snelle) geladen deeltjes, voornamelijk protonen (90%), heliumkernen (9%) en elektronen
(1%). Supernovae resten, neutronensterren en mogelijk zwarte gaten worden beschouwd
als de meest waarschijnlijke bron van kosmische straling. De zon zendt zelf ook
deeltjes (zonnevlammen) uit, maar met een beduidend lagere energie dan de kosmische
straling van buiten het zonnestelsel. Het bombardement van kosmische
straling neemt toe als de zon minder actief wordt en het neemt af als de zon actiever
wordt. Een relatief actieve zon heeft niet alleen een sterkere lichtkracht, maar
ook een sterker magneetveld. Naarmate het magneetveld sterker wordt, dringt er
minder kosmische straling de atmosfeer binnen. Bij een rustige zon is de afschermende
werking van het magneetveld klein en het bombardement van kosmische straling maximaal.
Volgens sommigen veroorzaakt een actieve zon een extra stijging van de
temperatuur op aarde, bovenop de temperatuurstijging die het gevolg is van de
grotere lichtkracht van de zon. En andersom zou een toename van de hoeveelheid
kosmische straling die de aarde bereikt zorgen voor een extra afkoeling. De straling
die de atmosfeer binnenkomt, reageert namelijk met moleculen, waardoor aërosolen
(deeltjes) gevormd worden. Deze aërosolen zouden na voldoende samenklontering
kunnen dienen als zogenoemde condensatiekernen, waarop waterdamp condenseert,
zodat er extra wolken gevormd worden. Svensmark en Friis-Christensen (1997)
stellen dat variaties in kosmische straling op deze manier zorgen voor veranderingen
in de lage bewolking. Als de lichtkracht van de zon laag is, zou de afkoeling
worden versterkt door deze toename in bewolking. Als de lichtkracht toeneemt,
zou de hoeveelheid bewolking afnemen, waardoor het extra opwarmt. Op die manier
zou kosmische straling de invloed van de zon op ons klimaat versterken. Volgens
Svensmark en Friis-Christensen zou dit bijdragen aan de huidige opwarming, want
de zon is de afgelopen zeventig jaar actiever geweest dan in de achtduizend jaar
daarvoor (Solanski, 2006). Problemen bij het mechanisme ‘Kosmische
straling - Wolkenvorming’ Hieronder bespreken we de diverse stappen in
de keten van processen van kosmische straling tot wolkenvorming. 1.
Trend in gemeten kosmische straling
Als kosmische straling (mede) de
oorzaak is van de huidige opwarming, zou de hoeveelheid van deze straling die
de atmosfeer binnenkomt een trend moeten laten zien. Zoals uit figuur 1 blijkt,
is dit niet het geval. Figuur
1: Ontwikkeling wereldgemiddelde temperatuur (CRU) en waargenomen kosmische straling
vanaf 1953.2. Aërosolen
De aërosolen
die gevormd worden door kosmische straling, zijn vele malen te klein om te dienen
als condensatiekernen. Dit betekent dat waterdamp niet condenseert als het in
aanraking komt met deze kleine aërosolen.
Het is nog onduidelijk
of de aërosolen die gevormd worden door kosmische straling snel genoeg kunnen
samenklonteren tot deeltjes die groot genoeg zijn om te dienen als condensatiekernen.
Uit een recent experiment van het Europese Centrum voor Nucleair Onderzoek (CERN)
blijkt dat er nog veel vragen zijn rond de processen, die een rol spelen bij de
formatie condensatiekernen. Wel wordt als resultaat gegeven dat kosmische straling
het aantal gevormde kleine aërosolen significant doet toenemen. Dit gebeurt
vooral op grotere hoogte in de atmosfeer. In de onderste lagen van de atmosfeer
kan slechts een klein deel van de waargenomen aantallen aërosolen, zelfs
na toename door kosmische straling, worden toegeschreven aan het bij het CERN
onderzochte proces. Er zijn doorgaans al genoeg aërosolen in de atmosfeer
die kunnen dienen als condensatiekernen, dus eventueel toegevoegde aërosolen
leiden dan nauwelijks tot extra wolkvorming. Zelfs boven de relatief schone delen
van oceanen (bijvoorbeeld op het zuidelijk halfrond) is de concentratie van aërosolen
voldoende hoog om wolken te vormen. Dit verklaart waarschijnlijk waarom een duidelijk
effect van kosmische straling op wolkenvorming niet is waargenomen. De publicatie
'News in Climate Science Since IPCC 2007' gaat hier dieper op in. 3.
Wolken
Als er wel extra wolken gevormd zouden worden in de situatie
met verhoogde kosmische straling, zou dit niet automatisch betekenen dat het opwarmt.
De relatie tussen de hoeveelheid bewolking en temperatuur is namelijk complex
en sterk afhankelijk van de hoogte van de wolk. Gemiddeld over de dag betekent
een toename van lage bewolking een afkoeling, terwijl een toename in de hoge bewolking
(vanaf circa 7 kilometer hoogte) juist opwarming veroorzaakt. Voor het onderzoeken
van de stelling of een toename van kosmische straling leidt tot afkoeling, moet
dus gekeken worden naar de vorming van lage bewolking.
In publicaties
van Marsh en Svensmark uit 2000 en 2003 zou blijken dat de hoeveelheid zonnevlekken
en dus kosmische straling invloed heeft op de totale hoeveelheid wolken (zie figuur
2). Voor het vaststellen van deze samenhang maakten zij gebruik van de ISCCP dataset.
Deze dataset bevat gegevens over wolken, die verzameld zijn met behulp van satellieten.
 |
Figuur
2: Kosmische straling in % afname t.o.v. zonnevlekkenminima (rood) en verandering
van bedekkingsgraad van lage bewolking (blauw) in %. De getoonde sterke correlatie
is twijfelachtig (zie figuur 6). Bron: Marsh en Svensmark, 2003. De
auteurs Sun en Bradley (2004) vinden op basis van dezelfde dataset echter nauwelijks
samenhang tussen kosmische straling en lage bewolking (zie figuur 3). Figuur
3: Kosmische straling (GCR) en lage bewolking: boven Stratus (St) Stratocumulus
(Sc), onder Cumulus (Cu). De correlatie van lage bewolking en kosmische straling
is aanzienlijk kleiner dan weergegeven door Svensmark en Marsh (2003).
Bron:
Sun en Bradley, 2004.Daarnaast zitten er grote onzekerheden in de gegevens
van de ISCCP dataset die betrekking hebben op lage bewolking. De gegevens zijn
namelijk verzameld door satellieten, waarbij de hoge bewolking de lage bewolking
kan maskeren. Bovendien kan de overgang naar nieuwe instrumenten aan boord van
satellieten hebben gezorgd voor problemen bij het gelijkschakelen van gegevens
die door de verschillende instrumenten zijn verzameld waardoor trends moeilijk
detecteerbaar zijn.
Testen verband tussen zonne-activiteit
en mondiale temperatuurverandering
In plaats van het vaststellen hoe
of kosmische straling via fysische processen invloed heeft op wolkenvorming, kunnen
we ook bepalen hoe het temperatuurverloop in de laatste eeuw eruit zou zien als
de zonne-activiteit een groot effect op bewolking zou hebben. Volgens Svenmark
en Friis Christensen (1997) is in de periode 1987 tot 1990, met respektievelijk
een zonnevlekkenminimum en -maximum, een verandering van 3% bedekkingsgraad (in
lage bewolking) opgetreden. Een dergelijke grote verandering leidt tot een wereldgemiddeld
temperatuureffect van ongeveer 0,2 graden.
Bovenstaande hypothese, 3%
verandering in bewolking tussen 1987 en 1990, is door Van Dorland (1999) toegepast
op een reeks met zonnevlekkenaantallen sinds 1880. Het aantal zonnevlekken dient
hierbij als maat voor de hoeveelheid kosmische straling en daarmee voor de hoeveelheid
bewolking. Met behulp van een klimaatmodel zijn vervolgens de temperatuurschommelingen
berekend (doorgetrokken lijn in figuur 4).  |
Figuur
4: Waargenomen temperatuur (stippellijn) en berekende temperatuurtrend als kosmische
straling de oorzaak zou zijn van temperatuurveranderingen. Bron: Van Dorland,
1999. De berekende temperatuurschommelingen sinds 1950 vertonen qua
timing een redelijke samenhang met de schommelingen in de gemeten temperatuur.
In de eerste helft van de 20ste eeuw is echter sprake van een anticorrelatie.
Bovendien is er sprake van een stijging van de temperatuur, die absoluut niet
verklaard kan worden door veranderingen in kosmische straling.
De temperatuurstijging
én schommelingen van de afgelopen 50 jaar kunnen wel verklaard worden door
een combinatie van andere factoren: vulkaanuitbarstingen, El Niño en menselijke
invloeden (zie ook vraag “Wat is de rol van de zon in de waargenomen opwarming?”).
Deze factoren hebben samen met veranderingen in de lichtkracht van de zon ook
effecten op bewolking. Veranderingen in bedekkingsgraad van wolken, waargenomen
door satellieten, zijn dus nog allerminst het bewijs van veranderingen in kosmische
straling. Onwaarschijnlijk
Het
is dus onwaarschijnlijk dat kosmische straling (mede) de oorzaak is van de stijging
van de wereldgemiddelde temperatuur. De aërosolen die als gevolg van kosmische
straling gevormd worden, zijn te klein om condensatie te veroorzaken. Daarnaast
is de relatie tussen wolkenvorming en temperatuur complex, zodat er geen sprake
is van een causaal verband.
Laatste update: 23 september 2011
Referenties:
Marsh,
N. D., and H. Svensmark, Galactic cosmic ray and El Niño – Southern
Oscillation trends in International Satellite Cloud Climatology Project D2 Low
Cloud Properties, J. Geophys. Res., 108, D6, 4195, doi:10.1029/2001JD001264, 2003. Marsh,
N. D., and H. Svensmark, Low cloud properties influenced by cosmic rays, Phys.
Rev. Lett., 85, pp. 5004-5007, 2000. Sun,
B., and R.S. Bradley, Reply to comment by N.D. Marsh and H. Svensmark on “solar
influences on cosmic rays and cloud formation: a reassessment”, J. Geophys.
Res., 109, D14206, doi:10.1029/2003JD004479, 2004. Svensmark,
H., J.O. Pepke Pedersen N. Marsh, M. Enghoff and U. Uggerhøj, Experimental
Evidence for the role of Ions in Particle Nucleation under Atmospheric Conditions,
Proceedings of the Royal Society A, 2006 (Early Online Publishing). Van
Dorland, R., C. de Jager and G.J.M Versteegh, Scientific Assessment of Solar Induced
Climate Change, Report 500102001 Climate Change: Scientific assessment and policy
analysis (WAB), 2006. Van
Dorland, R., C. de Jager and G.J.M Versteegh, Zongedreven klimaatverandereringen:
een wetenschappelijke verkenning, Samenvatting WAB rapport: Scientific Assessment
of Solar Induced Climate Change, 2006. Van Dorland, R., Radiation and
Climate: from radiative transfer modelling to global temperature response, Ph.D.
Thesis, ISBN 90-646-4032-7, 1999.(deel
1), (deel
2), (deel
3), (deel
4), (deel
5), (deel
6). | 
