Het staat bekend als de paradox van de jonge zwakke zon. In 1972 opperde de beroemde astronoom Carl Sagan, samen met zijn collega George Mullen, dat er iets niet klopte aan onze ideeën over de ontstaansgeschiedenis van de aarde. In zijn jonge jaren was de zon een bol van hoofdzakelijk waterstof. Daardoor straalde hij minder krachtig; zo’n 70 procent van zijn huidige waarde. Als we het vandaag de dag met zo’n zwakke zon moesten doen, was het hier 20 tot 25 graden kouder en was de aarde één grote ijsklomp. Een dooie boel.

 

Maar toch is er al bijna vier miljard jaar leven op aarde. Dus ook in de periode dat het er volgens Sagan veel te koud voor was geweest. Hijzelf dacht de paradox te kunnen verklaren met een gigantisch broeikaseffect. Het luchtruim moest volgens hem in die beginjaren zijn gevuld met ammonia en methaan; dat hield de aarde warm.

 

De suggestie werd al snel afgeschoten. Die gassen zijn chemisch instabiel en houden het niet lang genoeg vol in de atmosfeer. Kooldioxide nam hun plaats in. De Amerikaanse atmosfeerwetenschapper  Jim Kasting berekende in 1993 dat het bekendste broeikasgas de benodigde opwarming kon verzorgen. Maar dan moest de atmosfeer destijds wel voor 30 procent uit kooldioxide hebben bestaan; dat is bijna duizend keer zoveel als nu.

 

Deense wetenschappers halen deze hypothese nu in Nature onderuit. Het bewijs van de groep van geoloog Minik Rosing uit Kopenhagen zit in oude ijzergesteentes, de zogeheten banded iron formations. Het ijzer zit in verschillende verbindingen in dit gesteente, onder andere als oxide en als carbonaat. De verhouding tussen de twee mineralen weerspiegelt de balans destijds in de atmosfeer tussen waterstof en kooldioxide. Conclusie: er zat in die jaren wellicht drie keer zo veel kooldioxide in de lucht als nu, maar bij lange na niet de hoeveelheid die Kasting voor zijn hypothese nodig had.

 

Exit broeikastheorie dus, maar daarmee is ook de paradox terug. De Denen hebben echter een eigen hypothese bedacht om het vraagstuk op te lossen. De continenten, stellen zij, zijn pas in de loop der jaren komen opzetten. Een aarde die geheel bedekt is met water, absorbeert de energie van de zonnestralen beter dan een droge aarde. Bovendien kende de jonge aarde nog nauwelijks biologische activiteit en die zorgt in onze wereld voor het meeste fijnstof en dientengevolge voor de meeste wolkvorming.

 

Kortom, de zon had het die eerste miljarden jaren makkelijker. Er waren nauwelijks wolken die het licht weerkaatsten, en het vele water hield de binnengekomen energie beter vast.

 

“Deense onderzoeker lost een van de grote mysteries uit de wetenschap op”, juicht de Universiteit van Kopenhagen in een persbericht. Maar Kasting, die door Nature is gevraagd het onderzoek te becommentariëren, is niet helemaal overtuigd. Hij erkent dat de Denen zijn hypothese om zeep hebben geholpen – ‘ik beschikte niet over hun meetgegevens’, werpt hij tegen. En hun verhaal over de wolkvorming vindt hij heel plausibel.

 

Maar met dit eendimensionale verhaal verklaar je het ingewikkelde proces van de klimaathuishouding op aarde niet, vervolgt Kasting. Het moet in die eerste miljarden jaren warmer zijn geweest op aarde dan nu – de wereld was toen ijsvrij – en hij kan zich niet voorstellen dat dat mogelijk was, gegeven de zwakke zon, zonder een grote concentratie broeikasgassen. Anders acht hij de kans groot, dat in een ruimtelijk, driedimensionaal model de polen gaan bevriezen en de ijskappen zich over de wereld uitbreiden.

 

Helemaal overtuigd dat de hoeveelheid kooldioxide zo laag was als de Denen beweren, is hij daarom niet. Of zullen we het methaan van Carl Sagan weer van stal halen, stelt hij voor. Dat is niet de definitieve oplossing, weet hij, want van veel methaan wordt de atmosfeer troebel en dat draagt ook niet bij aan de opwarming.

 

Het methaan kan weer wel verklaren waarom de aarde 750 miljoen jaar geleden in korte tijd afkoelde en in een sneeuwbal veranderde. In die tijd steeg de concentratie zuurstof en dat brak het methaan af. De aarde verloor zijn warme methaandeken en bevroor.

 

Maar ook de Deense hypothese heeft een verklaring voor de sneeuwbal-aarde. Meer zuurstof betekent meer biologische activiteit, dus meer fijnstof en meer wolkvorming. En ook dat koelt af.

 

Wat het geweest is, besluit Kasting, weten we nog niet. Waarna hij de bekende open deur intrapt: we hebben meer gegevens nodig om te begrijpen waarom de vroege aarde al een leefbare planeet was.

 

Joep Engels

 

Minik Rosing e.a., ‘No climate paradox under the faint early Sun´ in Nature online van 1 april 2010.