Astronomi og klima foredrag i Trondheim Astronomiske Forening 23. september 2008

1. Astronomi og klimaforedrag i Trondheim Astronomiske Forening23. september 2008 Øyvind G. Grøn

2. Tom Reidar har listet opp følgende astronomiske faktorer som har vært diskutert i TAF som mulige årsaker til klimaforandringer • Variasjoner i solas aktivitet knyttet til hyppighet og varighet av solflekker • Kosmisk stråling • Sykliske endringer i jordas bane og i retningen og helningen til jordas rotasjonsakse i forhold til baneplanet • Passasjer gjennom tetthetsendringer i Melkeveiens spiralarmer • Gammaglimt • Meteornedslag og kometkollisjoner

4. Jordasatmosfære 77% N2, 21% O2, 1% Ar, + litt CO2, CH4,(metan) og H2O. Særlig vanndamp og kulldioksid absorberer innkommende solstråling og varmer opp jorda. Metan er en effektiv drivhusgass og blir viktigere i fremtiden fordi store mengder metan frigis ved tining av permafrost.

5. Drivhuseffekten

6. Ozonlaget (O3) befinner seg i stratosfæren, nesten 50 km over bakken

7. Den gjennomsnittlige globale temperaturen ved jordoverflaten har steget med omtrent 0,6 grader de siste 100 årene. Deviations from mean temperature (C) from 1961-1990 The time series shows the combined global land and marine surface temperature record from 1856 to 2001. Data from Jones et al., 1998; and from the Climate Research Unit at the University of East Anglia (www.cru.uea.ac.uk; compilation by Phil Jones).

8. Comparison photos showing the decline of Pedersen Glacier in Kenai Fjords National Park, Alaska.

10. Fotografi som viser isdekket i September 1979 Fotografi som viser isdekket i September 2003

11. The Greenland icecap is rapidly thinning at lower elevations If the entire 2.85 million km³ of ice were to melt, global sea levels would rise 7.2 m (23.6 ft) Recently, fears have grown that continued global warming will make the Greenland Ice Sheet cross a threshold where long-term melting of the ice sheet is inevitable.

14. Projected Surface Air Temperature Change 1990s-2090s in °C (Annual)

15. Projected Precipitation Change from 1980-1999 to 2070-2089 in mm/month (Feb)

16. Hva har forårsaket den globale temperaturøkningen de siste 30 årene? Er det økt konsentrasjon av kulldioksid, CO2, som har fått den globale middeltemperaturen til åøke med omtrent en halv grad de siste 30 årene? FN’s Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, har svart ja på dette, men ikke alle er enige. De to viktigste nåværende drivhusgassene er CO2 og vanndamp. Men på grunn av tining av permafrost frigis store mengder metan. Den er en 25 ganger så effektiv drivhusgass som CO2. I nær fremtid vil derfor metan øke oppvarmingen i arktiske strøk. Også mange andre faktorer har betydning for klimaet, for eksempel hvor tykk atmosfæren er, hvor mye støv og skyer det er i atmosfæren og mengden av solenergi som mottas.

17. Jordasklimasystemersværtkomplisert

18. Temperaturen ved ulike tidspunkter er bestemt ved å måle avstanden mellom årringer i rester av trær som er datert ved hjelp av karbon-14 metoden.

19. Den frosne lagunen i Venezia i 1706

20. Istider kommer og går Den forrige varme perioden mellom to istider fant sted for mellom 130 tusen og 110 tusen år siden. • Det var da 3° C varmere enn nå. • Den Vestantarktiske isen hadde smeltet. • Havets nivå var ~ 2 m høyere enn nå. • Den neste istiden kommer trolig om ca. 20 tusen år

21. Solaktivitet Høy solaktivitet er knyttet til perioder med mange solflekker. Det er litt større solstråling når det er mange solflekker selv om temperaturen er litt lavere i solflekkene enn i omgivelsene, på grunn av kraftige utbrudd knyttet til solflekkene. Men først og fremst er solvinden, dvs. utstråling av ladde partikler fra sola, kraftigere under perioder med høy solaktivitet.

22. Solaktivitet og klima Det finnes to hovedhypoteser for hvordan solaktiviteten kan påvirke jordas klima: • 1. Via solas magnetiske felt og dets virkning på den kosmiske strålingen. • 2.Via ultrafiolett stråling og dens virkning på kjemiske forhold øverst i atmosfæren, særlig på ozonlaget, Når det gjelder ozonlaget påvirkes det også av gasser som menneskene slipper ut i atmosfæren som klorfluorkarboner (freon), og det er vanskelig å skille mellom menneskeskapt ”ozonhull” og solas bidrag. Forøvrig har ozonlaget større betydning ved at det beskytter mot ultrafiolett stråling fra sola det har enn direkte for klimaet.

23. Sigbjørn Grønås Professor ved Geofysisk institutt, UiB, tilknyttet Bjerknessenteret for klimaforskning. Artikkel i Cicerone nr.2, 2003 Den lille istid (1450 – 1850) skyldes lav solaktivitet og hyppige vulkanutbrudd Figuren viser avvik i årlig middeltemperatur for Oxford fra 1659 til 1997 fra et middel for 1961 til 1990. Utjevnet kurve angir trender på hundreårsskala.

24. Klimaforandringer Naturlige prosesser som endrer klimaet  Solaktivitet • Når sola er mest aktiv opptrer mange solflekker. Det er varme perioder in Europa og Nordamerika når det opptrer mange solflekker.  Jordas bevegelser • Endringer av jordas landområder og hav på grunn av kontinentaldrift forårsaker klimaforandringer. • Endringer av jordas bane og helningen av jordas rotasjonsakse er andre faktorer som påvirker det globale klimaet.

25. Sola er den primære driver av jordas klima. Det er sterk korrelasjon mellom solaktivitet og jordas gjennomsnittstemperatur.

26. Sånn ser en solflekk ut. Her ser vi tydelig hvordan solens aktivitets-syklus ser ut.Perioden er på 9-11 år.

27. Fra 1675 til 1715 var det få solflekker. Perioden kalles Maunder minimum,og faller sammen med den perioden som var kaldest i den lille istiden.

28. Pål Brekke En varmere verden – hvor mye betyr solen Cicerone nr. 2, 2003 Variasjon i solens aktivitet representert ved solflekktall viser en god korrelasjon med temperaturvariasjoner de siste 1000 år

29. Rasmus Benestad Cicerone nr.2, 2003 Solaktivitet og jordas klima. Diagrammet viser det observerte forholdet mellom solflekkantallet og solas utstråling. Det er sammenheng mellom solflekkantall og solas utstråling. Den rette linjen viser denne sammenhengen.

30. Cycle 23 Cycle 24 Vi nærmer oss nå et solflekkmaksimum som forventes å kommer i 2011

31. Sunspot Cycles and Climate Change Total daily solar energy received is ~1360 W/m2 Sun’s output varies by ~0.1% (1.4 W/m2) through 11 year solar cycle. Insufficient on own to cause significant climate variability & observed 0.6-0.8°C warming since end of Little Ice Age. 11 Year Schwabe Sunspot Cycle Climate Change Amplifier Required!! Fröhlich and Lean, 2000. Geophys. Res. Let. 25: 4377-4380

32. cooling cooling warming cooling High - Thin cirrus clouds allow light to pass through, blocking thermal radiation and warming Earth. Low-Level Stratocumulus clouds reflect sunlight and cool surface. Cloud radiative forcing (1985 to 1986) Clouds as Climate Change Amplifiers Clouds have overall cooling effect

34. Ultraviolet A, long wave, or black light UVA 400 nm – 315 nm 3.10 – 3.94 eV Ultraviolet B or medium wave UVB 315 nm – 280 nm 3.94 – 4.43 eV UV B er farlig for alt liv, mens UV A ikke er farlig. Ozonlaget beskytter effektivt mot UV B stråling fra Sola, Mens UV A stråling slipper gjennom.

35. Galaktisk kosmisk stråling og klima Kosmisk stråling er partikler med høy energi: • atomer, • nøytroner, • protoner osv. som kommer fra galaktiske supernovaer. Når partiklene treffer den øvre atmosfæren blir det produsert byger av sekundærpartikler. Myoner dominerer i de laveste 6 km av atmosfæren.

36. Kondensasjonskjerner i atmosfæren er partikler som stimulerer kondensasjon av vanndamp til vann. De kalles aerosoler. Hvor effektiv en aerosol er som kondensasjonskjerne, avhenger blant annet av dens ladning. Partiklene fra den kosmiske strålingen kan ionisere aerosolene, og dermed påvirke dannelsen av skyer i atmosfæren. Siden det er mer enn nok kosmisk stråling til å ionisere kondensasjonskjernene i den øvre delen av atmosfæren, vil ikke variasjoner i den kosmiske strålingen påvirke dannelsen av høye skyer. Men færre partikler fra den kosmiske strålingen når ned til lavere høyder der det også er flere kondensasjonskjerner, så variasjoner av fluksen av kosmisk stråling påvirker dannelsen av lave skyer.

37. Galaktisk kosmisk stråling 10Be Atmosfære 14C 10Be Sekundærpartikler som dannes når kosmisk stråling treffer atmosfæren, kan virke som kondensasjonskjerner. 14СО2 Nøytronmonitor  Jordas overflate

38. Solvinden påvirker jordas magnetfelt

39. Sol- vind Kosmiskstråling

40. Modellberegninger tyder på at variasjoner av intensiteten av den kosmiske strålingen på 20 % kan føre til variasjoner av konsentrasjonen av aerosoler på 5 til 10 %. Det finnes observasjoner som viser en korrelasjon mellom intensiteten av kosmisk stråling og utbredelsen av lave skyer. Dette kan tyde på at den kosmiske strålingen påvirker klimaet på jorda ved å påvirke utbredelsen av lave skyer. Prosessen er som følger: Større solaktivitet → flere solflekker → kraftigere solvind → sterkere magnetfelt → mindre fluks av kosmisk stråling → færre effektive kondensasjonskjerner → mindre lave skyer → mer solstråling når ned til jordoverflaten → global oppvarming

41. Jordas albedo, dvs. den evne til å reflektere solstråling,avhenger blant annet av skydekket. Endringer i albedoen kan bestemmes ved å måle endringer i solstråling som er reflektert fra den mørke siden av Månen etter å ha blitt reflektert fra jorda. Målingene viser at jordas albedo avtok fra 1985 til 1997. Deretter har den økt. Dette skyldes trolig at skydekket avtok i den første perioden og økte i den siste, og passer godt med variasjonen av solaktivitet i den samme perioden.

42. Dette er en illustrasjon av hvordan skydekket på den nordlige halvkule samsvarer med temperaturen i det samme området. Dette er observasjoner som er gjort av de to danske forskerne, Svensmark og Friis-Christensen. Vi ser at de to grafene følger hverandre ganske nøyaktig, helt til 1993. Men etter dette tidspunktet øker den kosmiske strålingen (sort), mens skydekket minker. Det er blant annet dette som gjør til at andre forskerer ikke har tro på observasjonene som de to danskene har gjort.

43. low clouds low clouds (%) cosmic ray flux (%) observed cosmic ray flux year Climate Change Amplifier Correlation between sunspot cycle, galactic cosmic rays, and global cloudiness. 1.7 % variation in low cloud formation between solar maximum and minimum. Equals 1.3 W/m2 in surface warming (e.g. > 85% of IPCC estimate for effect of all CO2 since beginning of industrial revolution = 1.4 W/m2). Carslaw et al., 2002. Science298: 1732-1737 Svensmark 2007 A & G, v. 48, p. 1.18-1.24.

44. Sammenheng mellom antall solflekker (dvs. solaktivitet) og fluksen av galaktisk kosmisk stråling som treffer jorda. Jo større solaktivitet, desto mindre kosmisk stråling treffer jorda.

45. Sammenheng mellom variasjoner av fluks av kosmisk stråling og tropisk temperatur over de siste 520 millioner år.

46. A Celestial Climate Driver Sunspot Cycle Solar Energy Flux Galactic Cosmic Rays Cloud Formation Atmospheric Water Cycle (Clouds) Shaviv &Veizer 2003. GSA Today13:4-9 Veizer, J. 2005 Geoscience Canada, 32: 13-30 Svensmark et al. 2006 Proc. Royal Soc. Ser. A.

47. Påvirker den kosmiske strålingen klimaet på jorda • ved å påvirke utbredelsen av lave skyer? Når solaktiviteten avtar, øker intensiteten av kosmisk stråling som treffer jorda, siden mindre solaktivitet fører til svakere magnetfelt mellom sola og jorda, noe som gjør det lettere for de ladde partiklene i den kosmiske strålingen å treffe jorda og lage kondensasjonskjerner som gir økt lavt skydekke. Men avtagende solaktivitet betyr også at jorda mottar litt mindre solenergi, og det i seg selv vil gi litt mer lave skyer. Ifølge Sigbjørn Grønås, kan derfor korrelasjoner mellom intensitet av kosmisk stråling og utbredelsen av lave skyer påvist av den danske forskeren Henrik Svensmark like godt uttrykke en sammenheng mellom variasjoner i solinnstråling og skyer.

48. Pål Brekke En varmere verden – hvor mye betyr solen? Cicerone, nr.2, 2003 Klimaet i fremtiden vil styres både av naturlige variasjoner i mottatt solstråling og kosmisk stråling, og variasjoner som har sammenheng med menneskenes virksomhet. I tillegg har variasjoner i vulkansk aktivitet betydning for klimaet. Det er vanskelig å separere faktorene fra hverandre for å finne ut hva menneskenes virksomhet betyr for klimaet. Det er imidlertid klart at variasjoner i solaktivitet og den kosmiske strålingen ikke kan neglisjeres når man skal kartlegge årsakene til de globale endringene i klimaet.