ZONNE-ACTIVITEIT EN KLIMAAT

1. ZONNE-ACTIVITEIT EN KLIMAAT ijstijden en terugkoppeling de twee grote magnetische gebieden grote episoden; de aardse temperatuur C. de Jager

2. Heuvels in noordelijk Nederland – eindmorenen van gletsjers uit de voorlaatste ijstijd

3. Temperaturen tot 170 000 jaar geleden; 140 000 jaar geleden kwamen de gletsjers tot in Nederland

4. IJstijden verklaard door de theorie van Milankovitch Veranderingen in de baan en in de precessie van de aarde. Maar die lijken te klein om de ijstijden te verklaren

5. Veranderingen in de bestraling zijn te klein om de ijstijden te verklaren. Maar versterkt door positieve terugkoppeling, hoofdzakelijk door waterdamp (WV). C = wolken; A = albedo

6. De terminologie • Sterkte van terugkoppeling is beschreven door de parameter dR/dq, • R is the stralingsstroom aan de top van de atmosfeer, gemiddeld over de aarde; • q(x, y, z) is de hoeveelheid waterdamp op bepaalde lengte, breedte en hoogte De terugkoppeling is dR/dq . (Δq/T)

7. De veranderlijke zon; de dynamo en de tachoklijn De zonnedynamo regelt de zons-activiteit, en is de bron van de equatoriale en polaire magnetische velden. Deze velden werken in tegenfase

8. Een eenvoudige beschrijving van de dynamo (1) magnetische velden in de tachoklijn • De dynamo is gezeteld in de tachoklijn; een laag van ca. 30 000 km dik op ca. 200 000 km onder het zonsoppervlak , juist boven de laag waar convectieve bewegingen hun oorsprong vinden • De wervelingen genereren sterke elektrische stromen, die op hun beurt magnetische velden produceren

9. Een eenvoudige beschrijving van de dynamo (2) het omega effect in ht toroidale veld • Deze velden liggen hoofdzakelijk parallel aan de evenaar: het toroidale veld • Het veld wordt verder verstrekt door differentiële zonsrotatie: het omega effect

10. Een eenvoudige beschrijving van de dynamo (3) Opstijgende magnetische lussen • Wanneer de veldsterkte tot ≈ 105 Gauss is gestegen dan kunnen knikken in het veld ontstaan. • Dit leidt tot kink instabiliteit; lussen maken zich los en stijgen op • Na ~ eenmaandverschijnenzealszonnevlekkenaan het oppervlak. Zesleurenzwakkereveldenmee; ditzijn de omringendeActieveGebieden(fakkelvelden) om de zonnevlekken

11. Vlekkengroepen in Actieve Gebieden omringd door fakkelvelden. Fakkels hebben temperaturen van ca. 10 000 K

12. Actieve Gebieden zijn ook zetels van zonnevlammen • Oorzaak is magnetische herverbinding (“kortsluiting”) • Stromen tot 1012amp • Eerste fase: temperatuur van ca. 50 – 70 miljoen K. gedurende tiental seconden tot een minuut • Daarna afkoeling

13. Actieve Gebieden zijn ook zetels van Coronale Massa Emissie. Totale massa is ca. 1010 – 1012 kg. Snelheden tot 2500 km/s

14. Een eenvoudige beschrijving van de dynamo (4) Het alfa effect • In de latere fase is het hele equatoriale veld uiteengevallen; zwakkere velden ontstaan als gesloten lusjes • Zeer traag opstijgend, hoofdzakelijk evenwijdig aan de zonne-as, draaien ze enigszins om; krijgen een alfa vorm

15. Een eenvoudige beschrijving van de dynamo (5) Het poloïdale veld • In polaire gebieden vormen deze opstijgende lusjes het poloïdale veld. • Grootste sterkte ca. 5 jaar na het vlekken maximum • Nu zijn we terug bij het begin: 11 jaren later • Dit was een vereenvoudigde beschrijving van het mechanisme van de elfjaarlijkse zonnecyclus

16. Het polaire veld: polaire heldere punten; polaire fakkels, coronale gaten

17. Coronale gaten • Hoofdzakelijk polair maar ze kunnen zich tot de evenaar uitstrekken • Ze hebben een zeer zwak magnetisch veld of zijn zelfs magnetisch neutraal • Ze zij bronnen van gasstromingen naar de interplanetaire ruimte: de zonnewind • Dit gas, hoofdzakelijk ongeladen, kan ver doordringen in het aardse magnetisch veld

18. Twee vergelijkbare magnetische veld componenten • De twee veld-componenten hebben vergelijkbare totale magnetische fluxen • Maar het equatoriale veld valt sterker op, door de zonnevlekken • Maximale sterkte van de een tijdens minimum van de ander • Dit is deel van de exotische dans van de twee veld-componenten

19. De dans der veld-componenten. Rood: equatoriaal; blauw: polair. Maar zie het afwijkende gedrag na 2000  overgang naar nieuwe Grote Episode.

20. HOE GEDROEGEN DEZE TWEE VELDEN ZICH IN HET VERLEDEN? Het equatoriale veld werd pas gemeten sinds het begin van de 20e eeuw Het polaire sinds ca. 40 jaar Kunnen we ‘proxies’ voor deze veldsterkten vinden?

21. Proxy voor het (gladgemaakte) equatoriale magnetische veld: maximaal vlekkengetal per cyclus (Zie de Maunder en Dalton Minima (om ~1675 en ~ 1810) en het grote 20e eeuwse maximum met de top in 1960)

22. Proxy voor de polaire veldcomponent: minimum van de geomagnetische aa index (maximum ~ 1975)

23. Dit is gebaseerd op de goede correlatie tussen aa-index in vlek-minimum en maximale polaire magnetische veldsterkte (DMmax). Vierkant: 2009

24. De gemiddelde aardse grondtemperatuur Is de variatie van de gemiddelde aardse grondtemperatuur gecorreleerd met de zonsactiviteit? Zo ja, kan dit worden verklaard?

25. De gemiddelde grondtemperatuur steeg sinds het Maunder Minimum. Drie Episoden

26. Correlatie analyse voor de periode 1610 – 1970 (dus vóór de recente sterke temperatuur toename) • Proxy voor equatoriaal veld bekend sinds 1610 • Die voor polair veld is bekend sinds 1844 • Over 1610 tot ca. 1950 – ‘70 is de gemiddelde toename gecorreleerd met : • equatoriaal veld: 0.077 K/eeuw • polair field: 0.040 K/eeuw (De Jager, Duhau & Van Geel, 2010)

27. Kunnen we dit verklaren? De equatoriale component: ja

28. Equatoriale component: Totale zonnestraling nam toe met toename van de toenemende UV straling van fakkelvelden

29. Totale zonnestraling is pas goed gemeten sinds 1976. (ref.: Fröhlich). Goede correlatie met het vlekkengetal

30. Extrapolatie tot 1610 gebaseerd op goede correlatie met zonnevlekkengetal (Lean, 2011)

31. Consequenties van recente reconstructies van Totale Zonne Straling (TZS) (Lean, Foucal, Solanki et al.) • De conventionele onderstelling: ΔT/T = (ΔI/I)/4 (T = aardse temperatuur; I = TZS) • Op grond daarvan voorspellen we een gemiddelde temperatuur gradiënt ten gevolge van de equatoriale veld variaties van 0.038 K/eeuw • Dit is de helft van de waargenomen toename • Positieve terugkoppeling, vooral door waterdamp verklaart de andere helft • Dus: de temperatuur toename ten gevolge van variaties in de equatoriale component kan geheel worden verklaard

32. Nog onduidelijk is de T-toename verbonden aan die van het polaire veld (0.040 K/eeuw) • Meest geopperde onderstelling: (extra-) galactische kosmische stralingsflux op aarde is minimaal gedurende perioden van maximale zonnevlekken en omgekeerd • Meer kosmische straling produceert C14 isotoop • Leidt de verhoogde deeltjesstroom tot druppelvorming tijdens perioden van minimale zonsactiviteit? • Nog te onderzoeken: de Open Zonne Flux en : hoe beïnvloedt veranderlijke kosmische straling het klimaat? Wolkvorming? • Er zijn recente waarnemingen dat regenval samenhangt met zonsactiviteit

33. Vergelijking Zon-Aarde We berekenen de zonsbijdrage en trekken die af van de waargenomen gemiddelde aardse grondtemperatuur

34. TEMPERATUREN. Boven: zonsbijdrage; midden: waargenomen; onder: verschil(De Jager-Nieuwenhuijzen, 2013)

35. Het totale beeld • Afgevlakte aardse temperatuur (dus zonder vulkanische activiteit of El-Nino, enz.) is tot ca. 1950 bijna geheel met zonsactiviteit gecorreleerd • Daarnaast is er ook een geleidelijke toename van de zonnecomponent over de eeuwen • Chaotische restfluctuaties met kwadratisch gemiddelde van 0.18 K • Na 1950 sterke toename (CO2)

36. Bovndien: geen significatie stijging van temperatuur na ca. 2002; hoe komt dat?

37. Opnieuw, per jaar gemiddeld

38. Stilstand hangt vermoedelijk samen met de geringe zonsbijdrage (groene lijn)

39. Grote Episoden We kennen meer Grote Minima naast het Maunder Minimum

40. Grote Episoden in het laatste millennium : minima van Oort, Wolf, Schröder, Maunder, Dalton (gemeten aan C14 isotoop) .

41. Groot 20e eeuwse Maximum was het grootste van de laatste 10 000 jaar

42. Maunder minimum was gecorreleerd met lage temperaturen op aarde Nederland: trekschuiten konden weinig varen in winter Bevroren rivieren in Engelnd en Frankrijk Er is nog een ander voorbeeld

43. Opgravingen West Friesland tonen klimaatverandering 850 v. Chr. (V. Geel)

44. Klimaatverandering samenhangend met veranderde zonsactiviteit rond 800 v. Chr.

45. De toekomst Zon ging door een ongekende overgangsperiode 2005 – 2010. Wat betekent dit voor de toekomst?

46. Het overgangspunt • Empirisch is gevonden dat overgangen tussen Grote Episoden plaats vinden wanneer Rmax en aamin door een specifiek punt lopen in het aamin – Rmax diagram • We noemen dat punt het overgangspunt (Duhau en De Jager)

47. Doorgangen door het overgangspunt .Ze vonden plaats in 1924 en 2007 –’09 en eerder in 1744 en 1620

48. In meer detail - 0vergang in 2007 (de Jager – Nieuwenhuijzen 2013)

49. De lopende eeuw Na de huidige extreem lage 11jaarlijkse periode (maximum 2013) verwachten we dat dit het begin is van een periode van regelmatige oscillaties, zoals in 1740 – 1924.

50. DANK U !