Stel je de skyline van Chicago voor. Stel je het nu voor onder bijna 3 kilometer ijs. Zo zag het landschap eruit op het hoogtepunt van de laatste ijstijd.
In het kader van de recente geologische geschiedenis van de aarde zou dit niet zo'n ongewoon gezicht zijn geweest. In de afgelopen 2,6 miljoen jaar (of wat bekend staat als de Kwartaire periode) heeft de planeet meer dan 50 ijstijden ondergaan, met daartussen warmere interglaciale periodes.
Maar wat zorgt ervoor dat ijskappen en gletsjers periodiek uitzetten? IJstijd wordt aangedreven door een complexe, onderling verbonden reeks factoren, waaronder de positie van de aarde in het zonnestelsel en meer lokale invloeden, zoals kooldioxidegehalte. Wetenschappers proberen nog steeds te begrijpen hoe dit systeem werkt, vooral omdat door de mens veroorzaakte klimaatverandering de cyclus mogelijk permanent heeft verbroken.
Pas een paar eeuwen geleden begonnen wetenschappers hints te herkennen van diepvries in het verleden. Halverwege de 19e eeuw documenteerde de Zwitsers-Amerikaanse natuuronderzoeker Louis Agassiz de sporen die gletsjers op de aarde hadden achtergelaten, zoals uit de plaats gelopen rotsen en gigantische puinhopen, bekend als morenen, waarvan hij vermoedde dat ze oude gletsjers hadden gedragen en geduwd over lange afstanden.
Tegen het einde van de 19e eeuw hadden wetenschappers vier ijstijden genoemd die plaatsvonden tijdens het Pleistoceen, dat duurde van ongeveer 2,6 miljoen jaar geleden tot ongeveer 11.700 jaar geleden. Pas decennia later beseften onderzoekers dat deze koude periodes met veel meer regelmaat kwamen.
Een grote doorbraak in het begrijpen van ijstijdcycli kwam in de jaren veertig, toen de Servische astrofysicus Milutin Milankovitch de zogenaamde Milankovitch-cycli voorstelde, inzichten in de bewegingen van de aarde die nog steeds worden gebruikt om de klimaatvariatie vandaag te verklaren.
Milankovitch schetste drie belangrijke manieren waarop de baan van de aarde varieert met betrekking tot de zon, vertelde Mark Maslin, een professor in paleoklimatologie aan het University College London, aan WordsSideKick.com. Deze factoren bepalen hoeveel zonnestraling (oftewel warmte) de planeet bereikt.
Ten eerste is er de excentrieke vorm van de baan van de aarde rond de zon, die varieert van bijna cirkelvormig tot elliptisch op een cyclus van 96.000 jaar. "De reden waarom het die uitstulping heeft, is omdat Jupiter, dat is 4% van de massa van ons zonnestelsel, een sterk zwaartekrachtseffect heeft, dat de baan van de aarde naar buiten en weer terug verplaatst", legde Maslin uit.
Ten tweede is er de helling van de aarde, daarom hebben we seizoenen. De gekantelde as van de rotatie van de aarde betekent dat het ene halfrond altijd van de zon af leunt (waardoor de winter ontstaat), terwijl het andere naar de zon leunt (wat de zomer veroorzaakt). De hoek van deze kanteling varieert tijdens een cyclus van ongeveer 41.000 jaar, wat verandert hoe extreem de seizoenen zijn, zei Maslin. 'Als het meer rechtop staat, dan worden de zomers natuurlijk minder warm en de winter een beetje minder koud.'
Ten derde is er de schommeling van de gekantelde as van de aarde, die beweegt alsof het een tol is. 'Wat er gebeurt, is dat het impulsmoment van de aarde, dat één keer per dag heel snel rond en rond gaat, de as ook doet slingeren', zei Maslin. Die schommeling vindt plaats in een cyclus van 20.000 jaar.
Milankovitch identificeerde dat de omringende omstandigheden voor koele zomers bijzonder belangrijke voorlopers waren van ijstijden. 'In de winter heb je altijd ijs,' zei Maslin. 'Om een ijstijd op te bouwen, moet je een deel van dat ijs de hele zomer laten overleven.'
Maar om over te gaan naar een ijstijd, zijn baanverschijnselen alleen niet genoeg. De werkelijke oorzaak van een ijstijd is de fundamentele feedback in het klimaatsysteem, zei Maslin. Wetenschappers plagen nog steeds uit elkaar hoe verschillende omgevingsfactoren glaciation en deglaciation beïnvloeden, maar recent onderzoek heeft gesuggereerd dat broeikasgasniveaus in de atmosfeer een belangrijke rol spelen.
Zo hebben wetenschappers van het Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK) in Duitsland aangetoond dat het begin van de ijstijden in het verleden voornamelijk werd veroorzaakt door afname van koolstofdioxide en dat de dramatische toename van kooldioxide in de atmosfeer, door menselijk veroorzaakte emissies, heeft waarschijnlijk het begin van de volgende ijstijd tot 100.000 jaar onderdrukt.
"Als geen andere kracht op aarde hebben ijstijden de mondiale omgeving gevormd en daardoor de ontwikkeling van de menselijke beschaving bepaald", zei Hans Joachim Schellnhuber, toenmalig directeur van PIK en co-auteur van een van die onderzoeken, in een verklaring in 2016. "Zo hebben we onze vruchtbare grond te danken aan de laatste ijstijd die ook de landschappen van vandaag uithakte, waardoor gletsjers en rivieren achterbleven, fjorden, meren en meren vormden. Tegenwoordig is het echter de mensheid met zijn uitstoot door verbranding van fossiele brandstoffen dat bepaalt de toekomstige ontwikkeling van de planeet. "
