De relatie tussen zonnevlekken, zonneactiviteit en temperatuur op aarde is al sinds de zeventiende eeuw bekend. In die tijd waren er nauwelijks vlekken te zien op de zon. De zonneactiviteit was laag en tegelijkertijd was het opmerkelijk koud. Schilderijen uit die tijd tonen ongekend strenge winters…

(Geschreven door Frank.)

Winterlandschap met ijsvermaak, Hendrick Avercamp. Wikipedia file over een kleine ijstijd, veroorzaakt door een langdurig minimum aan zonnevlekken.

In toenemende mate verschijnen er steeds meer berichten die gebaseerd zijn op twee opvallende aannames;
1) Er is een toename van kosmische straling die de Aarde raakt;
2) Er is een verband tussen de klimaatsverandering en deze toegenomen kosmische straling.
In dit stuk een voorverkenning en een inventarisatie van de stand van zaken over het fenomeen kosmische straling.

Wat is kosmische straling?

Kosmische straling is een verzamelnaam voor het verschijnsel dat de Aarde constant wordt getroffen door (sub)atomaire deeltjes en hoogenergetische) fotonen uit de ruimte. De meest bekende vorm is natuurlijk het licht van de zon en de sterren. Maar doorgaans worden hier allerlei andere vormen mee bedoeld. De ontdekker van kosmische straling was Victor Hess, die in 1911 aantoonde dat de stralingsintensiteit toenam in de hogere delen van de aardatmosfeer. Dat deed hij door op diverse hoogten metingen in een weerballon te verrichten. Ongeveer gelijktijdig werd de kosmische straling ook ontdekt door Theodor Wulf, die metingen op verschillende hoogten verrichtte op de Eiffeltoren.

Kleine deeltjes dus, die met een ongelofelijke snelheid onze atmosfeer binnendringen. Met name op het noordelijk halfrond is dit fenomeen waar te nemen als aurora of het zogenaamde noorderlicht, een fenomeen waarbij je de lucht letterlijk ziet oplichten. Wetenschappers noemen dit ook wel het effect van geomagnetische stormen. Om een idee te krijgen van de effecten van kosmische straling op mens en Aarde, zijn hieronder een tweetal krantenberichtjes opgenomen:

Activiteit Zonne cyclus: 11-jarig

Mensen die regelmatig vliegen, lopen een verhoogd risico op kanker, volgens een Amerikaans rapport. Een onderzoek onder stewardessen in Amerika laat zien dat het aantal borstkankergevallen 30% hoger lag, dan viel te verwachten. Men denkt dat kosmische straling, die vliegtuigen treft, de oorzaak hiervan is. Omdat vliegtuigen regelmatig boven de wolken vliegen is de bescherming tegen kosmische straling sterk gereduceerd. Zonneactiviteit is een factor die de hoeveelheid straling in in vliegtuigen sterk beïnvloedt. Vorig jaar was er een piek in zonneactiviteit, welke een 11-jarige cyclus vertoont. De zonnevlammen kunnen een dosis die je normaal in één jaar krijgt, in slechts één lange-afstandsvlucht over het poolgebied, overbrengen. Instanties zeggen, dat vliegtuigpersoneel in één jaar aan een hogere dosis blootgesteld kunnen worden, dan arbeiders in de nucleaire industrie.

Straling Supernova kan aarde bereiken

In 2002 heeft een Amerikaanse studente Karin Sandstrom een ster (HR 8210) ontdekt die op het punt staat om in een supernova te veranderen. Omdat de
ster dichtbij de aarde staat (150 lichtjaar) kan het al het leven op aarde bedreigen. De minimum afstand om een supernova te overleven wordt geschat op 160-200 lichtjaar. De hoge doseringen elektromagnetische en kosmische straling die vrij komen in de supernova kunnen de ozon laag binnen minuten vernietigen. Al het leven op de planeet kan binnen minuten uitgeroeid worden.

Astronauten die zich wat verder van Aarde verwijderen krijgen ook in toenemende mate te maken met kosmische straling. De deeltjes penetreren makkelijk hun ruimteschip en kleding. Dat sommige bijzondere waarnemingen van astronauten werd toegeschreven aan de effecten van kosmische straling werd in 2003 door professor Calino weerlegd.

Astronauten zien vreemde flitsen

Onderzoek uit 2003 door wetenschappers aan het Italian National Institute for Nuclear Physics heeft geen volledige verklaring kunnen vinden waarom astronauten vreemde lichten zien tijdens ruimtemissies. Al sinds de eerste Apollo-missies hebben astronauten lichtflitsen, bollen en lichtende wolken in de ruimte gerapporteerd. In eerste instantie dachten wetenschappers dat de waarnemingen hallucinaties waren die veroorzaakt werden door kosmische protonenstraling. Professor Calino en zijn team hebben de data geanalyseerd: Bijvoorbeeld hoe vaak en waar de lichtverschijnselen plaatsvonden. Hierbij bleek dat bij de Zuid Atlantische Anomalie -een uitzonderlijk gebied boven de Aarde, waar een minder sterk magnetisch veld van de Aarde heerst- niet meer verschijnselen werden gezien dan op andere plekken. Aangezien het aantal protondeeltjes beïnvloed wordt door het magnetisch veld van de Aarde, impliceert dit dat protondeeltjes niet de directe oorzaak van de eventuele hallucinaties zijn.

Zonneactiviteit en het klimaat

Geomagnetische stormen vinden hun oorsprong in supernova’s, maar ook in een verhoogde zonneactiviteit. De zon is de afgelopen zeventig jaar extreem actief geweest. Een nieuwe registratie van zonneactiviteit vanaf de laatste ijstijd laat zien dat we de actiefste periode beleven sinds achtduizend jaar. Met name vanaf de Tweede Wereldoorlog is de zon bijzonder in de weer geweest, blijkt uit nieuw onderzoek. De zonnevlammen, magnetische uitbarstingen en elektrische stormen vlogen ons om de oren, zoals we die sinds de laatste ijstijd niet meer hebben meegemaakt. Natuurkundige Dr. Sami Solanki van het Max Planck-instituut voor zonneonderzoek heeft een tijdreeks van zonneactiviteit opgesteld over een recordlengte van elfduizend jaar. Tot nu toe was de zonneactiviteit alleen bekend uit tellingen van zonnevlekken. Registraties daarvan zijn vanaf 1610 bijgehouden. Solanki en collega’s hebben nu gebruik gemaakt van de hoeveelheid koolstof-14 in de jaarringen van boom. Daarmee is de zonneactiviteit vanaf de laatste ijstijd te reconstrueren.

Uit hun overzicht blijkt ook dat de er laatste zeventig jaar sprake is van een extreem hoge zonneactiviteit. Niet alleen dat, maar ook de periode van verhoogde activiteit is ongewoon lang. Maar betekent dat nu ook dat de zon verantwoordelijk is voor de huidige klimaatverandering, zoals sommige broeikas-sceptici betogen? Volgens de onderzoekers niet. Vooral de laatste dertig jaar is er een extra temperatuursverhoging. En die is niet op zonneactiviteit terug te voeren, menen Solanki en collega’s.

De relatie tussen zonnevlekken, zonneactiviteit en temperatuur op aarde is al sinds de zeventiende eeuw bekend. In die tijd waren er nauwelijks vlekken te zien op de zon. De zonneactiviteit was laag en tegelijkertijd was het opmerkelijk koud.
Schilderijen uit die tijd tonen ongekend strenge winters. Andere onderzoekers denken dat een verandering in de Golfstroom daarvoor verantwoordelijk is.

Klimaatsverandering en kosmische straling

Op 22 december 2004 bracht het prestigieuze Russian Academy of Sciences het volgende opzienbarende bericht naar buiten: De onbekende schommelingen van energie blijven de Aarde raken en veroorzaken ontregeling van het mondiale klimaat.

Wat is er aan de hand? Volgens het bericht wordt met name het noordelijk halfrond regelmatig en vanuit een onbekende bron gebombardeerd met een toenemende hoeveelheid kosmische straling. Het bombardement veroorzaakt verstoringen in het weersysteem op mondiale schaal.

Deze verhoogde uitbarstingen van kosmische straling begon zo’n 5 jaar geleden en neemt sindsdien alleen maar toe. De over het algemeen donkere hemel boven het poolgebied is nu, dankzij deze straling, bijna continu in schemertoestand. Wayne Davidson, van het Canadian Government’s weather station in Resolute Bay, dat in de poolcirkel ligt, zegt het volgende over de het mysterieuze schemeren, “The entire horizon is raised like magic, like the hand of God is bringing it up.”

Op 1 december 2004 vond één van de grootse uitbarstingen plaats die niet alleen een schok teweegbracht in wetenschappelijke kringen maar ook door de noordelijke hemisfeer, wat resulteerde in de grootste weersverandering ooit vastgelegd. China werd bedekt met meer dan 130.000 vierkante kilometer mist. Deze mist was er verantwoordelijk voor dat bijna al het transport kwam stil te liggen. Aldus het artikel. Door de extreme weersomstandigheden (wekenlang onder de -85 graden Celsius!) breekt de ozonlaag boven het Noordpoolgebied snel af omdat bij temperaturen onder de -78 graden Celsius de chemische samenstelling van deze laag wijzigt. In een bericht afkomstig van de BBC (uit 2002) werd een duidelijke link gelegd tussen kosmische straling en klimaatsverandering. Duitse onderzoekers hadden toen in de lage atmosfeer ‘wolken’ van geladen deeltjes ontdekt. Men gaat er vanuit dat deze deeltjes afkomstig zijn van kosmische straling.

Deze Duitse wetenschappers van het Max Planck Instituut voor Kernfysica in Heidelberg zeggen “voor het eerst in hogere troposfeer grote positieve ionen met massagetallen tot 2500” te hebben ontdekt, en “onze observaties leveren sterk bewijs voor de ionen-geleide vorming en de groei van aërosoldeeltjes in hogere troposfeer.” Een ander BBC artikel over dit onderwerp bericht over Fangqun Yu, van de State University of New York-Albany. Yu meent dat de reden waarom het aardoppervlak warmer wordt terwijl in de lage atmosfeer de temperatuur gelijk blijft gezocht moet worden in kosmische straling, die veranderingen teweeg brengt in het wolkendek.

Het is nog veel te vroeg om een sluitende conclusie naar voren te brengen, maar steeds meer wetenschappers beginnen een astrofysische correlatie te zien tussen uitbarstingen van kosmische straling en en het steeds grilliger wordende weer op Aarde.

Een team van internationale wetenschappers onder leiding van Dr. Eun-Suk Seo van de  United States University van Maryland, is inmiddels op zoek naar de bron van de kosmische straling, die gericht is op onze polen en het klimaat beïnvloed. Het team heeft afgelopen 20 december in samenwerking met NASA een stratosferische ballon opgelaten vanaf de basis McMurdo op Antartica. De ballon zal de komende drie weken onder andere informatie verzamelen over wind of luchtcirculatie en metingen verrichten van geladen deeltjes van hoge energie afkomstig vanuit de ruimte.

Zonnedeeltjes botsen op het aardmagnetisch veld (het aardmagnetisch veld ketst een deel van de
straling af.) Illustratie Wikimedia; zonnedeeltjes

Kosmische straling en een poolkanteling

Met name bij extreme uitbarstingen op de Zon wordt de Aarde letterlijk gebombardeerd met kosmische straling. Maar omdat onze Aarde als een enorme magneet werkt ketst een groot deel van de deeltjes af en wordt een groot deel afgevoerd naarlangs de poolgebieden. Onderzoekers hebben echter geconstateerd dat het magneetveld dat de aarde beschermt de laatste 150 jaar met ongeveer 10 procent is afgenomen. Een verdere afname van het magneetveld kan een serieus risico opleveren voor alle elektrotechnische installaties en uiteindelijk ook voor al het leven op Aarde.

Het is de laatste 780.000 jaar weliswaar niet meer voorgekomen, maar iedere geo-wetenschapper weet dat de noord- en de zuidpool al meerdere malen van plaats zijn verwisseld. Grofweg vinden er elke miljoen jaar drie poolomkeringen plaats. In dit licht vindt professor Hermann Opgenoorth van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA in Noordwijk, het ‘op z’n minst frappant’ dat onze magnetische noordpool zich de laatste jaren met wel vijftig kilometer per jaar van Canada richting Rusland verplaatst. Dat is volgens hem ongekend snel. “Niemand weet precies wat de exacte gevolgen van een poolomkering zijn, maar er zal hoe dan ook meer kosmische straling tot de Aarde doordringen. Dat heeft gevolgen voor de luchtvaart (vliegzones met te hoge straling); walvissen, dolfijnen en tal van vogels kunnen gedesoriënteerd raken; satellieten kunnen worden vernietigd en onze elektriciteitsnetten kunnen te maken krijgen met forse stroomstoringen.”

Op de internetsite van het Amerikaanse National Geophysical Data Center (NGDC) wordt eveneens rekening gehouden met een omwenteling van de polen: ‘De laatste 50.000 jaar zijn de voortekenen voor een omwenteling zelden zo sterk geweest.’ En op Discovery Channel liet geofysicus Jeremey Bloxham van de Amerikaanse Harvard Universiteit onlangs soortgelijke geluiden horen. Zeker weten dat er een poolomkering op handen is, doet niemand. De polen zijn in het verleden al vaker op ‘excursie’ gegaan, maar dat leidde niet altijd tot een permanente omkering. Gaandeweg het proces ‘floepten’ de polen soms gewoon weer terug. Paleomagnetici kunnen aan de hand van sporen in lava en andere gesteenten bepalen wat de intensiteit van het magnetisch veld over de laatste drie miljard jaar is geweest. Vast staat dat tijdens zo’n pool-excursie de kracht van het magneetveld tot 0,5 (10²² Am²) kan afnemen. Dat is negentig procent zwakker dan het langjarige gemiddelde van 4 (10²² Am²).

Het aardmagnetisch veld is immens belangrijk. Het beschermt de aarde tegen de kosmische stralingsdeeltjes van de zonnewind. Door die wind (450 km/s) is de bolling van het magneetveld aan de voorzijde ietwat afgeplat en waaiert het aan de achterzijde uit als de staart van een komeet  Volgens geofysicus Bloxham is de kracht van het magneetveld de laatste 150 jaar met meer dan tien procent afgenomen. Dat is een behoorlijke afname in een zeer korte tijd. De laatste decennia zou de afname zelfs versneld zijn tot een half procent per jaar. Professor Opgenoorth: “Rekenkundig gezien zouden we dus over tweehonderd jaar geen magneetveld meer hebben en dus geen leven meer op aarde. Dat is natuurlijk veel te simpel geredeneerd, maar er is iets gaande dat we nog niet kunnen verklaren.”

Voor alarmbellen is het nog te vroeg, want de kracht van het magneetveld schommelt momenteel (2003) rond de 8 (10²² Am²), en dat is nog altijd ruim boven het historische gemiddelde van 4 (10²² Am²). Wat zorgen baart, is de snelheid waarmee het veld zijn kracht verliest. Opgenoorth: “De mensheid is de laatste tien- tot vijftienduizend jaar door een abnormaal sterk magneetveld enorm goed beschermd geweest tegen de invloed van space weather (ruimtestraling). Ik denk dat de komende generaties, zeker de komende vijfhonderd jaar, te maken krijgen met veel ‘stormachtiger’ space
weather.”

Stel, de kracht van het magneetveld blijft afnemen, wat zijn dan de gevolgen?
Opgenoorth: “Hoe zwakker het magneetveld wordt, hoe meer kosmische straling de Aarde kan bereiken. Al die elektronen en protonen in de hogere atmosfeer kunnen indirect via elektriciteitsdraden, metalen pijpleidingen en spoorrails op aarde inductiestromen opwekken, waardoor uiteindelijk transformatorhuisjes kapotslaan. Dat is in de VS en in Zweden al eens gebeurd. Het zogenaamde “space weather” heeft in 1989 het Canadese stroomnet al eens lamgelegd, waardoor zes miljoen huishoudens negen uur zonder stroom zaten.”

Als ons magneetschild zwakker wordt, zal de komeetachtige ‘staart’ platter worden. In die staart zit een plasmalaag, propvol met stralingsdeeltjes. Die plasmalaag zal worden samengedrukt en uitdijen in de richting van de aarde:
“Op 6,61 aardradius (42.168 km vanaf de aardkern gemeten) bevinden zich duizenden satellieten, omdat op die afstand de aantrekkingskracht van de aarde exact even groot is als de centrifugerende kracht naar buiten. In dit geostationair gebied draaien satellieten met dezelfde snelheid als de Aarde, waardoor ze als het ware stilhangen boven een bepaalde plek op aarde. Als de plasmalaag verder uitdijt, komt er een moment dat de kosmische deeltjes honderden satellieten zullen storen en wellicht zelfs zullen vernietigen. Het laat zich raden wat dat voor ons op aarde betekent. Al onze weersvoorspellingen, tv-uitzendingen, telefoonverbindingen, landbouw-, oceaan- en klimaatbewaking en ook militaire systemen zijn afhankelijk van satellieten.”

En als de Aarde zélf meer en meer geraakt wordt door kosmische deeltjes, heeft dat invloed op onze biosfeer? Zullen er gaandeweg genetische veranderingen optreden (mutaties) in planten, dieren en de mens?

“We zullen heus niet uitsterven”, zegt professor Cor Langereis, geofysicus aan de universiteit van Utrecht. “Dat allerlei elektronica op Aarde ge- of verstoord kan raken, sluit ik niet uit, maar voor mutaties in flora en fauna ben ik niet bang. De afgelopen drie miljoen jaar zijn de aardpolen al zeker tien keer omgedraaid. Afhankelijk van waar in de historie je het wezen ‘de mens’ laat beginnen, hebben onze verre voorouders dus al één of meer poolomkeringen meegemaakt. Er zijn geen aanwijzingen dat dit tot ingrijpende mutaties heeft geleid. Wat niet wegneemt dat de kracht van ons magnetische veld momenteel in relatief hoog tempo afneemt. Maar nogmaals, dat hoeft niet automatisch te betekenen dat we aan de vooravond van een poolomkering staan. De kracht van het magneetveld heeft door de eeuwen heen wel vaker flinke schommelingen vertoond. Kortom: er is iets gaande, maar nog niet in die mate dat het voortbestaan van de mens meteen in gevaar is.”

Tal van ruimtevaartorganisaties, waaronder ESA, werken sinds twee jaar aan het ruimteprogramma International Living with a Star. Door de wisselwerking tussen de zon en de Aarde te bestuderen hoopt men ook meer inzicht te krijgen in wat er momenteel met onze aarde gaande is. Mission-manager prof. Opgenoorth: “Het is pas een jaar of twintig geleden dat we ontdekten dat de polen van de zon elke elf jaar van plaats veranderen. Een mogelijke poolomwenteling op aarde en het zwakker wordende magneetveld, doen ons eens te meer beseffen dat ook de aarde geen constante factor is. De wisselwerking tussen de zon en de aarde wordt de laatste eeuwen steeds sterker en we willen tijdig ontdekken wat ons in dat verband allemaal te wachten staat.”
Aldus een artikel uit het Limburgs Dagblad van 2003.

Samenstelling en commentaar Frank

Aanverwant artikel:
2012- hoe kan de tijd veranderen (NL)

Bronnen:
Wat is kosmische straling? (NL)
Vliegen en kanker door kosmische straling (Eng)
Supernova bedreigt aarde (Ned: telegraaf)
Vreemde lichten gezien door astronauten (Be)
Verhoogde zonneactiviteit (NL)
Kosmische straling (ned)
Nasa over kosmische straling (Eng)
BBC kosmische straling en klimaatsverandering (Eng)
National Geophysical Data Center (Eng)
Pool kanteling (NL)