Pojutrze. Mit wiecznie żywy

„Naukowcy: Za 15 lat Słońce przestanie nas grzać” pisze Fakt. Onet zapytuje: „W ciągu 15 lat czeka nas mała epoka lodowcowa?„Będzie zimno. Nadchodzi globalne oziębienie” wieszczy Fronda. TVN Meteo Active donosi: „Naukowcy: przygotujmy się na kolejną małą epokę lodową”. Newsweek i TVP też straszą oziębieniem. Podobne doniesienia przewaliły się przez media brytyjskie i amerykańskie. Skąd te dramatyczne wieści w środku sezonu ogórkowego? Co nowego odkryli naukowcy, że znów napastują znękaną opinie publiczną? Skąd te diametralne zwroty w prognozach klimatu na najbliższe dziesięciolecia?

Prawdę powiedziawszy... trudno powiedzieć. To znaczy trudno powiedzieć, skąd te hiobowe wieści - stwierdzenia o tym ze Słońce za kilkanaście lat przestanie nas grzać, o nadchodzącej „Małej Epoce Lodowej”, o globalnym oziębieniu. Jedno jest pewne. Nie od naukowców zajmujących się klimatem czy wpływem aktywności Słońca na klimat. Ten mit pojawia się w mediach dosyć regularnie, pisaliśmy już na naszym portalu o poprzednich jego wcieleniach (Mit: Czeka nas nowa epoka lodowcowa, Mit: Nadchodzi globalne ochłodzenie).

Powierzchnia Słońca

Rysunek 1: Rozbryzgi plazmy na powierzchni Słońca pokazują układ linii pola magnetycznego gwiazdy. Zdjęcie wykonano z użyciem kosmicznego teleskopu na pokładzie japońsko -amerykańsko -brytyjskiego satelity Hinode. Zdjęcie zamieszczamy dzięki uprzejmości Hinode, JAXA/NASA (źródło).

Fakt: aktywność słoneczna spada

Tak to prawda że astrofizycy przewidują, że w najbliższych dziesięcioleciach osłabnie aktywność magnetyczna Słońca. Słabnie ona zresztą od kilkudziesięciu lat.

wykres przedstawiający dwie linie - czerwoną, unoszącą się, oznaczającą anomalie temperatury i niebieską, wznoszącą się do roku 1960 i dalej opadającą - linię aktywności słonecznej

Rysunek 2: Roczne zmiany globalnych temperatur (cienka jasnoczerwona linia) z 11-letnią średnią ruchomą (gruba linia ciemnoczerwona). Temperatura z NASA GISS. Roczne Całkowite Napromieniowanie Słoneczne (Total Soral Irradiance - TSI) (cienka jasnoniebieska linia) z 11-letnią średnią ruchomą (gruba ciemnoniebieska linia). Rekonstrukcja promieniowania na podstawie raportu IPCC (Krivova i in., 2010, Ball i in., 2012, Yeo i in., 2014), poprawione i uzupełnione o najnowsze pomiary z projektu SORCE/TIM przez G. Koppa (Kopp 2014).

Opublikowano na ten temat wiele artykułów naukowych. Np. Lockwood i współautorzy pisali o tym w roku 2011 (pełny tekst), są na ten temat starsze badania. Skąd więc nagłe, dosłownie mrożące krew w żyłach, odkrycie, które spowodowało lawinę doniesień w mediach, nie tylko polskich? Otóż w poważnym piśmie naukowym Astrophysical Journal w numerze z listopada ubiegłego, 2014 roku (!!!) ukazał się artykuł (pełny tekst) autorstwa Simona J. Shepherda, Sergeja I. Zharkova i Valentiny V. Zharkovej z nową, nieco inną od wcześniejszych, statystyczną predykcją aktywności słonecznej w najbliższych kilkudziesięciu latach. Wyniki, choć zgodne z wcześniejszymi przypuszczeniami o słabnięciu aktywności magnetycznej Słońca nie do końca zgadzają się z najnowszymi obserwacjami aktywności słonecznej przewidując jednak dalszy jej spadek w kolejnych cyklach. Nie jestem astrofizykiem, nie potrafię kompetentnie przeanalizować i skomentować prezentowanych wyników. Artykuł zwrócił moją uwagę, gdyż w przeciwieństwie do tego co donoszą media, nie mówi niczego o możliwym wpływie tego zjawiska na klimat. Każdy z Państwa, znający język angielski, może to samodzielnie sprawdzić. Skąd więc medialna panika?

Skąd wniosek o ochłodzeniu?

Otóż na stronie brytyjskiego Królewskiego Towarzystwa Astrofizycznego pojawiła się wypowiedź prof. Zharkovej, w której profesor porównała prognozowany przez siebie spadek aktywności magnetycznej Słońca w najbliższych kilkudziesięciu latach z tzw. minimum Maundera, które wystąpiło XVII wieku. Czy coś takiego może spowodować znaczące ochłodzenie, silniejsze niż przyrost temperatury spowodowany globalnym ociepleniem?

Plamy na Słońcu

Sprawdźmy co nauka mówi o plamach na Słońcu, aktywności magnetycznej Słońca i jej związku z klimatem. Pierwsze zapisy o obserwacji plam na Słońcu pochodzą z IV w. p.n.e. z Chin. Także starożytni Grecy obserwowali plamy na tarczy słonecznej, choć oczywiście ani jedni ani drudzy nie mieli pojęcia o ich związku z aktywnością magnetyczną naszej gwiazdy.

W czasach nowożytnych obserwujemy powierzchnię Słońca i zliczamy plamy słoneczne od 1610 roku.

Rysunek 3. Liczba plam słonecznych od początku XX wieku (Wikipedia).

Od połowy XIX wieku wiemy że ich liczba i położenie zmieniają się periodycznie w okresie ok. 11 lat. Od początku XX wieku wiemy, że plamy są związane z wirami magnetycznymi na powierzchni atmosfery słonecznej, a okres zmienności magnetycznej Słońca wynosi tak naprawdę 22 lata, bo w każdym kolejnym 11-letnim cyklu biegunowość pola magnetycznego Słońca jest odwrotna. Wiemy także z obserwacji historycznych, że ta cykliczność zmian jest nieco zmienna (zmienia się długość cykli) i przerywana tzw. minimami aktywności słonecznej, dwa największe z nich to minimum Maundera z lat 1645-1717 oraz późniejsze minimum Daltona z lat ok. 1790-1830. W powszechnej świadomości, dzięki rozpropagowanym kiedyś starym hipotezom, minima uważane są za przyczynę tzw. Małej Epoki Lodowej w Europie – okresem nieco chłodniejszym niż wcześniejsze średniowiecze lub koniec wieku XIX i lata późniejsze. Jednak dziś dobrze wiadomo, że względnie niskie temperatury w Europie w XVI-XIX wieku miały kilka przyczyn: prócz niższej aktywności Słońca istotną rolę odegrały bardzo silna aktywność wulkaniczna na Islandii (emisja aerozoli powodujących spadek dopływu promieniowania słonecznego nad Europą) oraz zmiany w cyrkulacji termohalinowej oceanów (patrz Mit: Ociepla się, bo wychodzimy z małej epoki lodowej).

Próba sił

Oczywiście, nikt nie podważa że Słońce jest głównym, w praktyce jedynym (inne są pomijalnie małe) źródłem energii naszego systemu klimatycznego. Zmiany w jego działaniu muszą wpływać na klimat. Pisaliśmy na ten temat (Czy i dlaczego klimat Ziemi się zmienia?, Globalne ocieplenie – wersja dla niewtajemniczonych). Ale... czy każda zmiana na Słońcu wpływa na klimat w sposób znaczący? Jak się mają zmiany aktywności słonecznej do obecnej zmiany klimatu? Jakie wymuszenia w systemie klimatycznym wywołują zmiany aktywności magnetycznej Słońca? Jak dopływ energii słonecznej do systemu klimatycznego zależy od aktywności magnetycznej Słońca? Odpowiedzi na te pytania znamy całkiem dobrze.

Popatrzmy najpierw na wymuszania związane z globalnym ociepleniem. Pokazywaliśmy je już wielokrotnie, pokażemy jeszcze raz.

Rysunek 4: Oszacowania wymuszeń radiacyjnych w 2011 roku względem roku 1750 (czarne romby) wraz z niepewnościami. Podane wartości pokazują średnie globalne wymuszanie radiacyjne (RF) w podziale na czynniki. Z prawej strony rysunku umieszczono wartości liczbowe wraz ze poziomem pewności. Wymuszanie powodowane przez zmianę albedo wskutek osadzania się sadzy na śniegu i lodzie jest uwzględnione w wierszu tabeli dotyczącym aerozoli (ciemnoszary fragment paska). Całkowite antropogeniczne wymuszanie radiacyjne jest pokazane dla trzech różnych lat względem 1750 roku. Źródło: V raport IPCC.

Rysunek 4 przedstawia wymuszenie radiacyjne, to znaczy zmiany w strumieniach energii (przepływie energii przez powierzchnię 1m2) na górnej granicy atmosfery - na granicy systemu klimatycznego w ostatnich 250 latach. Zmiany dodatnie są związane z przyrostem energii termicznej wewnątrz systemu klimatycznego (więcej energii „wpuszczanej” do systemu lub mniej „wypuszczanej” z systemu), zmiany ujemne – z ubytkiem tej energii.

Jeden z elementów na tym wykresie jest związany ze Słońcem - zmiany napromieniowania słonecznego czyli strumienia energii słonecznej. Jak widać, jest to najmniejszy słupek na całym wykresie. W okresie od wielkich minimów do początku XXI wieku miał on znacznie mniejszy wpływ na klimat niż czynniki antropogeniczne!

Czy to prawda? To da się łatwo sprawdzić. Najprostsze obliczenia, pokazujące jak zmiany w strumieniach energii wpływają na temperaturę globu omawialiśmy we wpisach: „Efekt cieplarniany jak to działa” oraz „Pilaster i zmolestowany model klimatu”. Wyniki tych obliczeń pokazują, że zmiany w stałej słonecznej o 1W/m2 – takie jakie przynoszą zmiany aktywności magnetycznej słońca w 11-letnich cyklach powodują zmiany średniej temperatury naszej planety o 0,05°C.

Jak dobre są te uproszczone obliczenia? Porównajmy je z wynikami znacznie bardziej skomplikowanych analiz dostępnych w publikacjach naukowych.

Na początek sprawdźmy jak zmieniała się stała słoneczna w okresie od początku XVII w. do dziś. Pamiętajmy, że bezpośrednie pomiary ilości energii słonecznej docierającej do górnej granicy atmosfery są możliwe (i prowadzone) od czasu, kiedy odpowiednie przyrządy umieszczamy na orbicie. Jednak mamy dwa dodatkowe źródła informacji o tym jak działa Słońce. Pierwsze to obserwacje astronomiczne milionów gwiazd podobnych do naszej, które pokazują że świecą one niezwykle stabilnie. Drugie źródło związane jest z kosmogenicznymi nietrwałymi izotopami węgla 14C oraz berylu 10Be produkowanymi przez korpuskularne promieniowanie Słońca ściśle związane z aktywnością słoneczną. Ich koncentracje w próbkach geologicznych pozwalają określić przeszłą aktywność Słońca, a znane związki między aktualną aktywnością i strumieniem energii słonecznej pozwalają rekonstruować historie tego, ile energii Ziemia dostawała od Słońca.

Popatrzmy na zebrane razem rekonstrukcje zmienności stałej słonecznej zaczerpnięte z nowego artykułu Grega Koppa „An assessment of the solar irradiance record for climate studies” z kwietnia 2014 opublikowanego w Journal of Space Weather and Space Climate.

Rysunek. 5. Porównanie najnowszych rekonstrukcji zmienności stałej słonecznej od 1600 roku (Kopp 2014),

Widać z nich jasno, że przyjęta przez nas zmienność stałej słonecznej o 1W/m2 w okresie 11-letniego cyklu niewiele różni się od zmiany w okresie od Minimum Maundera do ostatniego maksimum słonecznego w latach 60-tych XX wieku. Wziąwszy największą możliwą zmianę stałej słonecznej jako 3W/m2 uzyskamy wpływ na temperaturę powierzchni globu wynoszący 0,15°C w okresie 200 lat. Przypominam, że aktualne średnie tempo wzrostu temperatury globu to 0,116°C /10lat (Przerwa w ociepleniu klimatu? Bynajmniej).

Porównajmy teraz nasze szacunki z najnowszą wiedzą, podsumowaną w artykule przeglądowym „Solar Irradiance Variability and Climate” autorstwa trójki najwybitniejszych chyba badaczy tego zagadnienia, Samiego Solanki, Natalii Krivovej i Joanny. Haigh w roku 2013 (tekst tu). Zacytujmy kilka zdań z sekcji 3.2 tego artykułu.

Pierwsze oszacowania zmienności stałej słonecznej [w oryginale Total Solar Irradiance, TSI] w okresie od minimum Maundera, głównie na podstawie porównania Słońca z innymi gwiazdami, wahały się w zakresie 2-16W/m2..... Te pośrednie oszacowania wykorzystywały założenia których błędy wykazano później.... Różne empiryczne rekonstrukcje z lat 2000-2012 dają wartości (tej zmienności) w zakresie 1,6-2,1W/m2.

Dalej autorzy piszą, że jeszcze nowsze rekonstrukcje, wykorzystujące modele wiążące pole magnetyczne Słońca z liczbą plam wskazują na zmianę o 1,3 W/m2 (zakres błędu 0,9-1,5W/m2).

Podsumowując, wszystkie wiarygodne oszacowania zmiany stałej słonecznej (TSI) od minimum Maundera do ostatniego dostają zakres wartości od 0,8W/m2 do 3W/m2.

To jeśli idzie o dopływ energii od Słońca. A jak w odpowiedzi zmienia się temperatura powierzchni globu? Autorzy wspomnianego artykułu szacują najbardziej prawdopodobną wartość na 0,07°C (uśredniwszy fluktuacje w cyklu 11-letnim).

Co na to prof. Zharkova, matematyczka? Jak pisze „Washington Post”, uważa ona że Słońce ma większy wpływ na klimat niż jest to zapisane w udokumentowanej literaturze astrofizycznej, ale nigdy i nigdzie, jak sama przyznaje, nie napisała pracy o wpływie aktywności magnetycznej Słońca na klimat. Po prostu rozmawiając z prasą pomieszała wyniki swoich badań oraz nie popartych wynikami badań hipotez i opinii...

Morał? To już sprawa każdego z czytelników.

P.S. O całym tym zdarzeniu można poczytać w blogosferze naukowej, m.in. tu, i tu.

Prof. Szymon Malinowski

Opublikowano: 2015-07-20 14:30
Tagi

aktywność słoneczna epoka lodowa projekcje klimatu klimatyczne bzdury

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.