Variabilitatea activității solare și impacturile climatice în cazul ultimelor secole - Enciclopedie
Sursa esențială de energie pentru suprafața Pământului este fluxul de energie solară. Dacă fluxul primit la suprafața Pământului într-un loc dat variază considerabil, în special sezonier, fluxul radiat de Soare este el însuși relativ constant. Cu toate acestea, semnele modificărilor activității soarelui sunt cunoscute de foarte mult timp, iar ipoteza că această activitate solară ne poate afecta clima este veche. Ce știm despre această activitate a Soarelui pe scara ultimului mileniu; ce activitate poate influența clima; ce influențe se disting ?
1. Soarele, o stea variabilă
Fluxul de energie solară primit la suprafața Pământului,insolaţie, variază în primul rând din cauza mișcărilor Pământului pe orbita sa, provocând alternanța diurnă a anotimpurilor. Fluxul de energie radiat de Soareiradiere, a fost mult timp considerată constantă, de unde și termenul său de „constantă solară”. Abia măsurătorile extrem de precise obținute de sateliți au demonstrat asta această „constantă” este de fapt variabilă, dar foarte slabă (în jur de 0,1% pe intervalele de timp din joc aici).
Principalul indice al activității proprii a Soarelui este petele solare, acele pete întunecate episodice de pe suprafața Soarelui. Aceste pete erau cunoscute de foarte mult timp, dar difuzarea telescopului astronomic, chiar la începutul secolului al XVII-lea, a permis numărarea regulată a acestor pete [1]. Aceste numărări au dezvăluit treptat un ciclu foarte marcat de 11 ani, precum și variații de-a lungul secolului.
Mai recent, au fost evidențiate alte expresii ale acestei activități solare, în special flăcări solare, fenomene extrem de scurte (cel mult câteva ore) de ejectare a radiațiilor și particule foarte energetice, care sunt în special responsabile pentru lumina nordică. (Citiți Energiile solare)
1.1. Ciclul de 11 ani (numit „Schwabe”)
Activitatea convectivă și magnetică a straturilor exterioare ale soarelui, fotosferei, cromosferei și coroanei, prezintă variații marcate și ciclice în activitatea sa. Atunci când activitatea este mare, mai fierbinte și mai radiante, faculele se formează pe „suprafața” vizibilă a soarelui (fotosferă) însoțite de zone mai reci și mai puțin radiante, petele întunecate. Aceste zone au o existență de ordinul unei săptămâni și însoțesc rotația soarelui în 27 de zile. Atmosfera solară (cromosferă și coroană) este, de asemenea, mai caldă și mai radiantă în jurul soarelui. Erupțiile încep mai frecvent de la coroană.
Radiometrele de la bordul sateliților au măsurat cu precizie variațiile de iradiere solară asociate acestei activități încă din jurul anului 1978. Aceste măsurători indică o variație de 1 W/m 2, adică aproximativ 0,1%, între maxim și minim iradiere solară totală (Figura 1). Aceste variații sunt mai puternice, relativ, în lungimile de undă ale razelor ultraviolete, de ordinul 1 la 10%, deși valorile lor precise rămân dezbătute [2].
1.2. Variații seculare ale activității solare (variații „Gleißberg”)
În timp ce numărul petelor solare este un bun indicator cantitativ al activității solare, are totuși tendința semnificativă de a fi redus, deoarece petele sunt aproape absente în timpul Minimelor Mari. Cu toate acestea, perioada acoperită de sateliți nu include un minim minim: în consecință, nu cunoaștem valorile minime ale iradianței și nici amplitudinea totală a acesteia la scara de timp a secolului.
1.3. Variabilitate seculară până la milenară: indicii indirecți ai activității solare
Înainte de aceste înregistrări directe ale activității solare, este necesar folosiți indicii indirecte („Proxies” în engleză). Cele mai fiabile sunt izotopii cosmogeni, Carbon-14 și Beriliu-10, a căror producție în atmosfera superioară a Pământului este modulată de câmpul magnetic solar (Figura 2). Acești izotopi sunt depozitați în inele copacilor, iar gheața capacelor polare și a ghețarilor montani. Concentrația lor este interpretată în termeni de activitate a soarelui, dar numai variații relative. Pentru a obține variații absolute, de exemplu, a iradianței solare totale (în W/m 2), este deci necesar calibrează aceste concentrații prin variații ale activității cunoscute în altă parte, fie măsurate (dar pe o perioadă recentă, foarte scurtă), fie estimate (pe baza modelelor fizice ale activității soarelui). [3]
Cu toate acestea, acești indici indirecți rămân relativ imperfecți, atât în ceea ce privește fiabilitatea, cât și rezoluția temporală. În special, ciclul solar la 11 ani rămâne foarte slab rezolvat în înregistrările lungi ale acestor „proxy”, chiar dacă lucrările recente au reușit să îl evidențieze în ultimul mileniu [4].
În ultimul mileniu, aceste înregistrări „proxy” arată că activitatea solară a fost scăzută nu numai în timpul Marelui Minim al lui Maunder, ci și, și posibil, mai scăzut, în timpul Marelui Minim al Spörer din secolul al XV-lea. Marele maxim modern de la sfârșitul secolului al XX-lea pare a fi oarecum mai mare decât Marele maxim medieval al secolului al VIII-lea (Figura 2).
2. Impactul ciclului solar de 11 ani asupra climei Pământului
În urma identificării ciclurilor solare de 11 ani, nenumărate studii au căutat să găsească corelații cu variațiile climatice sau cu alți parametri [5]. Puține dintre aceste corelații s-au dovedit a fi semnificative și au rezistat controlului [6].
2.1. Impacturi asupra suprafeței Pământului
Acum pare clar că schimbările de iradiere datorate ciclurilor de 11 ani sunt prea mici și prea rapide pentru a provoca schimbări semnificative de temperatură la suprafața Pământului, având în vedere inerția sa termică. Într-adevăr, amplitudinea maximă a iradianței, de ordinul 1 W/m 2 în timpul unui ciclu solar, modifică fluxul solar absorbit de suprafață cu aproximativ 0,14 W/m 2, ținând cont de factorul geometric de diluare pe sferă terestră (factor 1/4), albedo global (0,3) și absorbție de către atmosferă (aproximativ 20%). Impactul asupra unei temperaturi medii a suprafeței emisferice sau globale pare abia detectabil, de ordinul a 0,1 ° C pe ciclu. [Link: secțiunea „Climă”/Efecte forțate și retroactive; sensibilitate la climă]
Cu toate acestea, s-a arătat o corelație persistentă între aceste cicluri solare și presiunea și temperatura suprafeței în părți din Pacific [7]. Se pare, de asemenea, că acest ciclu solar interacționează cu alte cicluri interne sistemului climatic, în special cu aceleași perioade decadale, oscilația Pacificului Decadal și Oscilația Atlanticului de Nord [8]. La o scară mai regională, activitatea solară ar putea favoriza anumite regimuri sinoptice, în special iarna regimurile de blocare care favorizează advecția aerului polar rece peste Europa de Vest [9].
2.2. Impacturi asupra stratosferei
2.3. Impacturi posibile asupra formării norilor
Activitatea solară modulează nu numai radiația soarelui, ci și fluxul de particule energetice care intră în atmosfera Pământului. Este, pe de o parte, radiația cosmică galactică, care este deviată de câmpul magnetic solar (care în sine depinde de activitatea soarelui), pe de altă parte, particulele emise de soare în special în timpul erupțiilor. Aceste particule energetice interacționează cu moleculele din atmosferă pentru a forma ioni. Ipoteza că această ionizare are un impact climatic datează de mai bine de 50 de ani [12], dar rămâne foarte dezbătută, atât teoretic, cât și observabil. Mecanismul cel mai adesea propus este acela că acești ioni promovează formarea nucleelor de condensare necesare formării norilor.