Erdklima und Globalstrahlung

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Sonnenflecken und umgebende Faculae
TSI-Werte von 1975 bis Oktober 2009 (Quelle:[1])

Die Sonne und ihre Strahlungsaktivität haben einen bekannten Einfluss auf die Temperaturen auf der Erdoberfläche, Erdatmosphäre und das Erdklima. Aufgrund komplexer Vorgänge innerhalb der Sonne ist die gesamte von der Sonne ausgehende Strahlung und auch die von der Sonne ausgehende Partikelstrahlung (Sonnenwind) periodischen Schwankungen unterworfen, denen wiederum übergeordnete (und teilweise nicht berechenbare) Aktivitätszyklen überlagert sind.

Die Aktivität der Sonne hat wiederum Auswirkungen auf das Erdmagnetfeld und steht in einem Zusammenhang mit den so genannten Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche. Die beobachtete Sonnenfleckenanzahl ist dabei in etwa proportional zur Sonnenaktivität. Die Sonnenfleckenrelativzahl drückt die jeweilige Anzahl der Sonnenflecken aus. Die Anzahl der Sonnenflecken unterliegt einem elfjährigem Zyklus, der jedoch selbst längerdauernden Schwankungen und Unregelmässigkeiten unterliegt.

Einer der bedeutesten beachteten Parameter der Sonne ist die Solarkonstante oder total solar irradiance (TSI), die pro Quadratmeter bestimmbare ungehindert die Erde erreichende Strahlungsleistung der Sonne. Über die letzten 30 Jahre sind die Werte durch direkte Satellitenmessungen recht genau quantifiziert worden. Für die Zeit vor Einführung der Satellitenmessungen liegen Beobachtungen zu Sonnenflecken vor. Der Wert der Solarkonstante liegt derzeit im Mittel bei 1366 W/m2, wobei die Unterschiede zwischen Maximum und Minimum während der Dauer des elfjährigen Sonnenfleckenzyklus bei 3 W/m2 liegen, diese Schwankungen durch die elfjährige Periodizität der Sonnenfleckenzahlen zwischen solarem Maximum und solarem Minimum liegen in der Grössenordnung von 0,1% der Solarkonstante. Auf Höhe des Oberrandes der Troposphäre ergeben sich durch die Sonnenfleckenperiodizität schwankende Energieflüsse von 0,1 bis 0,2 W/m2, was Grössenordnungen unter dem so genannten "Treibhausgas-Forcing"' liegt.
Je nach Erdentfernung und Sonnenaktivität können die Werte der Globalstrahlung allerdings zwischen den Extremwerten von 1325 W/m2 und 1420 W/m2 schwanken.

Zum Vergleich: die Erdwärme führt zu einer Abstrahlung von etwa 0,06 W/m2, und durch die Nutzung nicht regenerativer Energieträger kommt es zur Abstrahlung von etwa 0,026 W/m2 von der Erdoberfläche.[1]

Beobachtungen des Frequenzspektrums der Sonnenstrahlung zeigen jedoch, dass im UV-Bereich um den Faktor 10 stärkere Schwankungen der Intensität vorliegen als im sichtbaren Bereich. UV Strahlung wiederum ist Antrieb photochemischer Reaktionen in der Stratosphäre und führt zu höheren Ozonwerten. Schwankungen der Ozonkonzentration haben sodann einen entsprechenden Einfluss auf die Absorption der Sonnenstrahlung insbesondere in der hohen Stratosphäre und haben einen Einfluss von geschätzten maximal 0,1°K, die vom 11-Jahreszyklus der Sonnenflecken beeinflusst sind.

Skeptiker menschenabhängiger Einflüsse auf das Erdklima und Leugner eines globalen Klimawandels behaupten immer wieder, dass - falls es überhaupt eine globale Erderwärmung gebe - diese überwiegend oder ausschließlich durch die Aktivität der Sonne bedingt sei. Aus heutiger wissenschaftlicher Sicht geht circa ein Viertel der aktuellen Erderwärmung auf natürliche Ursachen insgesamt zurück.

Sonneneinflüsse sind insbesondere in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts zu beobachten gewesen. Die Sonneneinstrahlung nahm über die letzten hundert Jahre nur um 0,12 (maximal 0,3) W/m2 zu, seit etwa 1980 nahm die Sonnenaktivität ab, aber die Erderwärmung nahm global um 0,5 Grad zu. Die "Sonnenerwärmung", so die aktuellen Forschungsergebnisse, scheidet somit als relevante Ursache der gegenwärtigen Erderwärmung aus.

Im Vergleich: anthropogene Einflüsse durch den Anstieg des Treibhausgases CO2 werden auf 1,7 W/m2 geschätzt.

Maunder-Minimum und globales Erdklima

Zwischen den Jahren 1645 und 1715 wurde zumindest regional eine Abkühlung beobachtet, die auch als kleine Eiszeit bezeichnet wird und in Chroniken erwähnt ist. In diese Periode fällt das (fast) sonnenfleckenfreie Maunder-Minimum. Eine analoge Periode ist das so genannte "Dalton-Minimum" von 1790 bis 1830, die ebenso eine Periode geringer Sonnfleckenzahl war.

Der Zeitabschnitt des Maunder-Minimums korreliert in Europa, Nordamerika und China mit kalten Wintern. Ob dies jedoch auf die damalige gesamte Welt zutraf, ist nicht sicher bekannt. Für die gesamte Nordhalbkugel der Erde wird heute eine damalige Abkühlung von weniger als 1 °C angenomment.

In die Periode der "kleinen Eiszeit" fallen auch einige starke Vulkanausbrüche (Plinianische Eruptionen), die Staub und Asche sowie Gase, unter anderem Schwefeldioxid, in die Erdatmosphäre verbrachten und somit (ähnlich wie der Ausbruch des Mt. Pinatubo 1992) die Erdtemperatur beeinflussen konnten.

Kosmische Strahlung und Wolkenbedeckung

In der Vergangenheit wurde die Möglichkeit erörtert, ob kosmische Strahlung die Wolkenbildung beinflusst und somit einen Einfluss auf das Klima hat. Ein bekannter Vertreter der These ist Henrik Svensmark. Die die Erde erreichende kosmische Strahlung aus Bereichen ausserhalb des Sonnensystems ist in ihrer Intensität durch das Magnetfeld der Erde beeinflusst, das wiederum durch die Partikelstrahlung der Sonne (Sonnenwind) beeinflusst (abgelenkt) wird. Insofern gibt es einen Einfluss der Sonnenaktivität auf die einfallende kosmische Strahlung. Vor ca. 40.000 Jahren kam es zu einer Fast-Umkehrung und Zusammenbruch des magnetischen Feldes der Erde (das so genannte Olby-Laschamps Ereignis) und einer entsprechenden Verdoppelung kosmogener Radioisotope. Trotzdem gab es zu dieser Zeit praktisch keine nennenswerte Klimavariabilität. Partikelstrahlung kosmischer Herkunft führt zu Kondensationskeimen (wie auch Staubpartikel) und kann somit prinzipiell die Wolkenbildung, die Wahrscheinlichkeit von Gewittern und anderen Phänomen beeinflussen, was zur Formulierung diverser Hypothesen in diesem Bereich führte. In der jüngeren Vergangenheit (1984 und 1994 ) zeigten sich Korrelationen zwischen kosmischer Strahlung und Wolkenbedeckung, was Anlass für Klimaskeptiker war hier eine ursächliche Wirkung zu unterstellen (Film: Great Global Warming Swindle). Für die letzten 40 Jahre zeigt sich jedoch keine Korrelation.

Literatur

  • Gray, Haigh, Harrison: Hadley Center Technical Note 62 The Influence of Solar Changes on the Earth's Climate
  • Beer J, Vonmoos M, Muscheler R: (2006) Solar variability over the past several millennia. Space Science Reviews 125 (1-4), 67-79

Weblinks

  1. ↑ Nakicenovic N., A. Grübler, A. McDonald (1998): Global Energy Perspectives, Cambridge University Press, New York
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