Lesbók Morgunblaðsins - 20.06.1998, Blaðsíða 11

LITLA ÍSÖLDIN 1300-1700. Mikil
harðindi voru víða um heim meðan á „litlu ís-
öldinni" stóð. Frosthörkur voru það miklar að
Thames í Englandi var ísi lögð á vetrum, nokk-
uð sem óþekkt er í dag. Áhrif á líf íslendinga og
gróðurfar hér á landi hafa vafalaust verið mikil.
Myndin er eftir hoilenska máiarann Hendrick
Avercamp (1585-1663), og sýnir hún vetrar-
hörkur þegar svokallað Maunder minimum í
virkni sólar hafði áhrif á veðurfar jarðar.
HITAFAR frá dögum Ingólfs Arnar-
sonar. Hlýindin á fyrstu árum íslandsbyggðar
hafa varla stafað af koitvísýringsmengun. Erum
við fyrst nú að komast út úr litlu ísöldinni?
SÓLSVEIFLAN. Þessi mynd sýnir okkar ótvírætt að sólin tekur miklum breytingum
frá ári til árs. Fyrsta myndin (í efstu röð) er tekin í september 1991 og sú síðasta í september
1994. Virkni sólar er þá að falla eins og sjá má á græna ferlinum sem sýnir fimm sólsveiflutíma-
bil. (Rauðu deplarnir lengst til hægri á ferlinum sýna hvenær hver mynd var tekin.) Við tökum
eftir því að hámark sólblettatölunnar er misjafnt; toppurinn 1958 hefur verið hár, en næsti topp-
ur 1969 lágur. Ef grannt er skoðað má sjá að lengd sólblettasveiflunnar er breytileg. Almennt
má segja: Mikii virkni = margir sólblettir í hámarki = stutt sólblettasveifla.
2r jú eini hitagjafinn. Pað rifjaðist upp að á
ncðan litlu ísöldinni stóð var virkni sólar í lág-
narki miðað við frásagnir af norðurljósum,
;alningu sólbletta sem sáust fyrst 1610-1612,
'reyndar eru til stöku eldri frásagnir af sól-
olettum), og mælingum á samsætunum (isotop-
im) kolefni-14 í árhringjum trjáa, og beryllium-
10 og súrefni-18 í ís (borkjörnum).
Meðan á litlu ísöldinni stóð virðist sem sólin
hafi verið óvenju óvirk á tveim tímabilum.
Nefnast þau Spörer lágmark 1400-1610 og
Maunder lágmark 1645-1715.
Nú vill svo til að sólblettir hafa verið skráðir
reglulega síðan 1755 svo auðvelt er að bera þá
saman við virkni sólar. Síðan 1755 hafa 22 sól-
blettatímabil verið skráð, og erum við nú að
byrja tímabil númer 23 sem verður í hámai-ki
um aldamótin. Hvert tímabil vai-ir að meðaltali
11 ár. Því hærri sem sólblettatalan „sunspot
index“ er, þeim mun meiri er virkni sólar. Með
því að bera saman meðalárshita lofthjúps jarð-
ar og sólblettatöluna sést ótrúlega mikil fylgni.
Sólblettatalan er þó frekar ónákvæmur mæli-
kvaði því stórir sólblettir vega þyngra en litlir,
svo þetta er að nokkru leyti mat. Til eru aðrar
aðferðir við að meta virkni sólar, svo sem lengd
sólsveiflunnar sem að meðaltali er 11 ár. Þetta
er auðveldara að mæla.
Á myndinni með hitaferlinum (mynd 4) sem
við vorum að skoða er virkni sólar einnig sýnd
með svörtum ferli. Á lóðrétta ásnum er mæli-
kvarði á virkni sólar segultímabilið (solar
magnetic cycle) sem nær yfir tvö sólblettatíma-
bil. Virkni sólar er því meiri sem þetta tímabil
er styttra. Er fylgnin sem sést milli breytinga í
sólu og hitafars tilviljun ein?
Árið 1991 birtist grein í hinu virta tímariti
Science eftir tvo danska vísindamenn hjá
dönsku veðurstofunni, Danmarks Meteorolog-
iske Institut - Sol-Jord Fysik sektion. Þetta
voru þeir félagarnir Eigil Friis-Christensen og
Knut Lassen. Þeim hugkvæmdist að bera sam-
an lengd hvers sólblettatímabils og meðalárs-
hita lofthjúps jarðar. Þó svo að meðal lengd
hvers sólblettatímabils sé 11 ár, þá er tíminn
breytilegur frá u.þ.b. 8 árum upp í 15 ár. Mikilli
virkni sólar fylgja miklir sólblettir og stutt sól-
blettatímabil. Nú kom nokkuð mjög merkilegt í
ljós. Ferlarnir fyrir hitastig og lengd hvers sól-
blettatímabils frá 1850 til 1990 litu nánast alveg
eins út. Jafnvel má greina samsvörun í smáat-
riðum.
Það ætti nú að vera ljóst að sveiflur í veður-
fari sem stafa af eðlilegum sveiflum í virkni sól-
ar eru mjög miklar, það miklar að þær geta
hæglega villt okkur sýn. Einhver hækkun hita-
stigs vegna C02 er líklega staðreynd, en áhiif-
in hugsanlega minni en almennt er álitið. Menn
eru þó alls ekki á einu máli, og sitt sýnist hverj-
um. I leit okkar að samspili koltvísýrings í and-
rúmsloftinu og hitafars megum við ekki líta
fram hjá áhrifum sem haft geta veruleg áhrif á
heildarmyndina.
Hvernig er virkni sólar metin?
Virkni sólar er hægt að meta langt aftur í
tíma með því að mæla hlutfallslegt magn
kolefnis-14 samsætunnar í árhringjum trjáa.
Sólvindurinn er rafagnagas sem streymir frá
yfirborði sólar. Þegar virkni sólar er í hámarki
er sólvindurinn einnig meiri en venjulega. Þeg-
ar sólvindurinn er sterkur skýlir hann betur
jörðinni fyrir geimgeislum. Það eru geimgeisl-
arnir sem eru valdir að kolefnis-14 samsætun-
um, þannig að mikil virkni sólar hefur í fór með
sér tiltölulega lágt hlutfall kolefnis-14. Á sama
hátt má nota beryllium-10 og súrefni-18 sam-
sæturnar sem finna má í ískjörnum sem fengn-
ir hafa verið með því að bora í jökla og á Suður-
skautslandinu. í dag er virkni sólar beinlínis
mæld með hjálp gervihnatta.
Hitastig jarðar fyrr á öldum er hægt að meta
á ýmsan hátt. Fyrstu hitamælingar (ónákvæm-
ar) eru frá um 1700, en fyrir þann tíma verður
að styðjast við t.d. annála, vöxt trjáa metinn út
frá árhringjum, framgang og hop jökla og
rannsóknir á samsætum (isotopum).
Hvaða áhrif hefur breytileg
virkni sólar á veðurfar?
Áhrif sólar á veðurfar eru talin vera a.m.k. af
þrennum toga: Breytileg heildarútgeislun,
breytilegur sólvindur og breytileg útfjólublá út-
geislun. Auk þess eru áhrif sem kennd eru við
Milutin Milankovitch (möndulhalli, möndul-
velta, braut jarðar), og talin eru vera orsaka-
valdur ísalda sem koma með tugþúsunda ára
millibili. Við munum einbeita okkur að útgeisl-
un sólar og sólvindinum.
Breytileg birta (heildarútgeislun) sólar hefur
beinlínis verið mæld. Sólstuðullinn er það ljós-
afl á hverja flatareiningu sem snýr hornrétt á
geislana utan við gufuhvolf jarðar. Hann er um
1370 wött á fermetra (W/m2). Þessi útgeislun
hefur reynst breytast um því sem næst 0,1% yf-
ir sólsveifluna síðustu tvo áratugi, en rök hafa
verið færð fyrir því að breyting í útgeislun sól-
ar hafi verið mun meiri (0,3%-0,5%) frá því
„litlu ísöldinni" lauk (Hoyt & Schatten, Bali-
unas). Margir þekktir vísindamenn telja þessi
áhrif á hitafar nægileg til að skýra a.m.k. helm-
ing hitafarsbreytinga (Baliunas, Soon, Hoyt...).
Breytilegur sólvindur hefur áhrif á skýjafar.
í tímaritinu The Economist 11. apríl 1998 bls 81
er grein um nýjar kenningar um áhrif sólvinds-
ins á skýjafar, og þar með hitafar. Enn eru
frændur okkar Danir hjá dönsku veðurstofunni
í fremstu víglínu.
Kenningin er þessi
Sólvindurinn er rafagnagas sem streymir frá
yfirborði sólar. Þegar virkni sólar er í hámarki
er sólvindurinn (mynd 6) einnig meiri en venju-
lega. Þegar sólvindurinn er sterkur skýlir hann
betur jörðinni fyrir geimgeislum. Sem sagt:
Þegar virkni sólar er mikil, þá eru geimgeislai-
veikir. (Þetta er sama fyrirbæri og gerir það að
verkum að samsæturnar (isótópar) kolefni-14 í
árhringjum trjáa eru hlutfallslega meiri þegar
sólin er í lægð; - aðferðin til að meta virkni sól-
ar langt aftur í tíma). Hér koma þeir félagar
Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen
við sögu. Henrik kom til hugar að geimgeislar
gætu átt þátt í breytilegu hitastigi jarðar - með
hjálp sólar. Ásamt Agli skoðaði hann gervi-
hnattamyndir af skýjafari frá árinu 1979. í ljós
kom (mynd 7) að þegar geimgeislar eru veik-
astir þekur skýjahulan 65% af yfirborði jarðar,
en 68% þegar geimgeislar eru hvað sterkastir.
Hvernig stendur á þessu? Ein kenningin
gengur út á að vatnsgufan þéttist á rykögnum
(aerosols). Geimgeislar jónisera gas í háloftun-
um. Jónirnar flytja hleðslu jrfir á vatnsdropa
sem draga að sér rykagnir. Rykagnirnar virka
þá sem eins konar sæði sem flýtir fyrir þétt-
ingu rakans. Fleiri kenningar eru til um þetta
mál og er fjallað um þær í greininni. Breytileg
skýjahula þýðir auðvitað breytilegt endurkast,
þannig að mismikill sólarylur nær að skína á
jörðina. í stuttu máli: „Mildl virkni sólar - mik-
ill sólvindur - minni geimgeislar - minna um ský
- minna endurkast - hærra hitastig“.
Það er ekki aðeins í tímaritinu The
Economist sem fjallað hefur verið um þessa at-
hyglisverðu kenningu. Um hana hefur verið
skrifað í fjölmörg erlend blöð og tímarit undan-
farið. Bókin „The Manic Sun“ eftir Niegel
Calder er helguð þessari nýju athyglisverðu
kenningu.
Breytileg útgeislun á útfjólubláu ljósi. Sé
sólin mynduð í útfjólubláu ljósi (mynd 5) kem-
ur fram ótrúlegur munur milli þess sem sól er
í lægð og þegar hún er í hámarki. Þessi mun-
ur er hlutfallslega mun meiri en í heildarút-
geislun. Það eru útfjólubláir geislar sólar sem
mynda ózon í háloftunum, þannig að magn
þess breytist með sólblettasveiflunni. Mælst
hafa töluverðar breytingar í háloftunum á
vindum og hitastigi í takt við sólblettasveifl-
una, sem raktar eru til breytinga í útgeislun
sólar á útfjólubláu ljósi.
Það þarf ekki að koma á óvart að smávægi-
legar breytingar í virkni sólar geti haft áhrif á
veðurfar. Sólin er okkar eini varmagjafi og
nær hún að hita jörðina um mæstum því 300
gráður frá alkuli. Breyting í virkni sem nemur
aðeins 0,1% ætti því að hafa mælanleg áhrif á
veðurfar, hvað þá ef breytingin er 0,3-0,5%.
Þó væntanlega aðeins ef breytingin nær yfír
nokkra áratugi vegna dempunaráhrifa hafs-
ins.
NASA mælir utan úr geimnum
Bandaríska geimferðastofnunin NASA hefur
mælt hitastig lofthjúps jarðar utan úr geimnum
s.l. 19 ár (frá 1979) og ekki getað mælt neina
varanlega hitastigshækkun, heldur aðeins
sveiflur upp og niður. Samkvæmt mælingunum
hefur ekki hlýnað í 0-8 km hæð á þessu tímabili,
öfugt við það sem mælingar hefðbundinna veð-
urathugunarstöðva „við yfirborð" hafa sýnt. Ef
eitthvað er, þá hefur kólnað örlítið! Mælingar
hafa verið bornar saman við mælingar gerðar
með veðurahugunarbelgjum og er samsvörun
mjög góð.
Mælingar eru gerðar með búnaði sem nefnist
Microwave Sounding Unit (MSU). Með þessari
tækni er hitastig lofthjúpsins mælt yfir alla
jörðina; jafnt í byggðu bóli sem eyðimörkum,
heimskautum, fjallendi og á hafi úti. Á hverjum
sólarhring eru gerðar 30.000 mælingar. Þetta
er með „heitari" málum í loftlagsfræðum, því
reynist þetta rétt þarf að endurskoða allar
kenningar um hitun vegna áhrifa frá koltvísýr-
ingi. Þar sem þetta er ný mæliaðferð hefur hún
sætt nokkurri tortryggni, en traust vísinda-
manna á tækninni fer vaxandi, og telja margir
hana gefa réttari mynd af hitabreytingum loft-
hjúpsins en hefðbundnar mælingar.
Lausn gátunnar í sjónmáli?
Eins og fram hefur komið í dæmunum hér að
ofan, þá er málið ekki einfalt og langt frá því að
menn skilji það til hlítar. Erlendis er unnið
hörðum höndum við að rannsaka samspil þeirra
þátta sem hafa áhrif á breytingar í hitastigi
lofthjúps jarðar. Vel er fylgst með sólinni af
jörðu niðri og frá gervihnöttum. Sólstjömur
sem líkjast okkar sól eru í rannsókn (Baliunas)
og gefa þær til kynna áþekkar sveiflur og hér
hefur verið fjallað um. Margt bendir til að
lausnin á gátunni sé í sjónmáli, og þess vegna
er ekki rétt að flana að neinu. Ekki er ólíklegt
að margir samspilandi þættir valdi langtíma
breytingunum í veðurfari, bæði aukning koltví-
sýi-ings og breytingar í virkni sólar. Vandamál-
ið er að greina í þættina í sundur: Að hve miklu
leyti er hitastigsbreytingin af náttúrunnar
völdum og að hve miklu leyti af mannavöldum?
Margir vísindamenn hallast nú að því að um
helmingur hitastigshækkunarinnar sé af völd-
um breytinga í útgeislun sólar og um helming-
ur af mannavöldum. Nokki’ir þekktir vísinda-
menn telja að áhrif sólar geti þó verið mun
meiri, og skýri að mestu þær veðurfarsbreyt-
ingar sem mælst hafa á undanförnum öldum og
áratugum.
Vandamálið við lausn gátunnar liggur með-Þ-
LESBÓK MORGUNBLAÐSINS ~ MENNING/LISTIR 20. JÚNÍ 1998 1 1