Dienstag, 8. April 2008

Klimawandel Sonne

Die unruhige Sonne - Klima-Macher Nummer Eins !

Historisches

Unser Sonnensystem - bestehend aus Sonne, Planeten, deren Monden, Asteroiden, "Trümmern", Gas, Staub ... - entstand vor rund 4,5 Milliarden Jahren aus einer rotierenden Gas-Staub-Scheibe, einer sogenannten "Akkretions-Scheibe".
Unsere Sonne ist ein Stern wie Milliarden andere im Weltraum auch. Die Menschheit hat mit der Entwicklung ihres Verstandes ("Bewußtseins") frühzeitig begriffen, daß alles Leben auf der Erde von der Sonnen-Wärme abhängt. Was Wunder, daß in fast allen antiken Kulturen die Sonne der "höchste Gott" war.
Die Sonne galt als kultisches Ideal einer himmlischen Erscheinung und war "makellos". Was für ein "Schreck", als nach der Erfindung des Linsenfernrohrs (1608, Holland) mehrere Himmelsforscher zeitgleich in den Jahren 1610-1612 auf der Sonne dunkle Flecken entdeckten:
Der Engländer Thomas Harriot, der Ostfriese Johannes Fabricius, der Mathematik-Professor Christoph Scheiner in Ingolstadt und Galileo Galilei in Florenz. Insbesondere Galilei und Scheiner haben den Rest ihres Lebens erbittert darum gestritten, wer der "Erstentdecker" sei, und sich gegenseitig des Plagiats beschuldigt. Ein sinnloser und überflüssiger Streit, wie wir heute wissen, denn wahrscheinlich gelang die erste Flecken-Beobachtung schon weit vorher, zumindest den Chinesen schon einige Jahrzehnte v.Chr.!
Daß die Sonne nun "befleckt" sein sollte, veranlaßte die Katholische Inquisition dazu, Galilei 1615 der Ketzerei anzuklagen - zusätzlich zu seinem Eintreten für das heliozentrische Weltbild.


Die heiße Sonne
Warum war und ist die Sonne grell und heiß? Brannte dort ständig irgend etwas, zum Beispiel Kohle? Davon war man bis Anfang des 19. Jahrhunderts(!) überzeugt. Die Sonnenflecken wurden folglich als Schlacke oder Rauchfahnen gedeutet. Erst die moderne Chemie zeigte auf, daß eine aus Kohle und Sauerstoff bestehende Sonne schon nach wenigen Jahrtausenden ausgebrannt sein muß. Nach den physikalische Entdeckungen von Fraunhofer, Bunsen und Kirchhoff begriff man dann schon, daß die Sonne außen eine heiße Gaskugel ist, in der einzelne chemische Elemente spezifische Wellenlängen ("Fraunhofer'sche Linien") des Sonnen-Lichtes absorbieren.

Hermann von Helmholtz stellte dann 1884 die These auf, daß die Sonne ihre Energie durch kontinuierliche Kontraktion ("Wärme-Zunahme durch Druck-Erhöhung") erzeuge. Jedoch - auch hier ergab sich bald ein rechnerischer Widerspruch zwischen theoretischer Kontraktions-Dauer und Erdzeitalter.

Nachdem 1938 Hans Bethe und Carl-Friedrich von Weizäcker die Kernfusion von Wasserstoffkernen und die dabei gewaltige Energie-Freisetzung entdeckt hatten, übertrug man diese Erkenntnis rasch auch auf die Sonne: Dort verschmelzen in einem komplizierten Prozeß mit vielen Zwischenschritten vier Wasserstoff-Atome zu einem Helium-Atom. Das heizt die innere Sonne auf Millionen Grad auf, und noch an der Oberfläche sind es rund 5.500°C. Dabei wird pro Sekunde eine Leistung von 4x1026 Watt erbracht, womit man Europa vier Millionen Jahre mit Energie versorgen könnte. Aber leider - wir beherschen diese Technik der Sonne auf der Erde noch nicht. Immerhin - die Physiker arbeiten intensiv daran, z.B. mit den Projekten JET, TOKAMAK, ITER (è web). Es wäre die Lösung all unserer Energie-Probleme und der "menschgemachten Klima-Ängste" zugleich - weder Radioaktivität noch CO2 werden freigesetzt!

Die unruhige Sonne
Der "Fusions-Reaktor" Sonne arbeitet sehr ungleichmäßig. Die Sonnen-Oberfläche verändert sich ständig, sowohl in der variablen Zahl der Flecken, als auch durch allerlei Explosionen und Eruptionen - die sgn. Fackeln, Flares, Protuberanzen, Filamente...


Im Mantel der Sonne laufen ständig vertikale (konvektive) und horizontale (advektive) Transport-Prozesse ab (siehe Abbildung 2), deren Intensität sich infolge von Umpolungen, Bündelungen und Entbündelungen solarer Magnetfelder verändert.


Dabei entstehen auch die sgn "Sonnenflecken", sowie deren Veränderungen in Zahl, Größe und Kombination. Infolge der Magnetfeld-Änderungen wird in einigen Bereichen die Konvektion verlangsamt, beendet oder sogar umgekehrt ("Absinken"?). Nun fehlt an solchen Stellen der "Nachschub" an heißem Plasma, und die Oberfläche wird kühler - für das Auge entsteht ein "dunkler Fleck". Aufgrund der Strahlungs-Gesetze (Wien und Stefan-Boltzmann) erscheinen für das menschliche Auge wärmere Flächen heller und intensiver als kühlere. Der Kernbereich eines Sonnenflecks, die so genannte Umbra ("Kernschatten“) hat "nur" eine Temperatur von rund 4000 °C, der Randbereich (Penumbra, Hof, Halbschatten) eine solche von 5000-5500 °C..
Durch Aufzeichnungen seit Galilei, Scheiner et al. sowie aus sgn. "Proxi-Daten" wissen wir heute, daß es bei der Auf-und-Ab-Entwicklung der Sonnen-Flecken Perioden/Rhythmen gibt. Die bekannteste Periode ist - über die Jahrhunderte gemittelt - der rund 11-jährige "Schwabe-Zyklus" (genau: 11,04, im 20.Jh. 10,02, bei einer Streuung von 9-13 Jahren) ". Dieser wurde in der Schweiz von dem Apotheker S.H.Schwabe entdeckt (um 1840) und von dem Astronomen J.R.Wolf bearbeitet, zurück verfolgt und numeriert - beginnend mit "Nr.0" im Jahre 1749. Ein jeweils neuer Zyklus wird ab dem Flecken-Minimum gezählt, derzeit (Frühjahr 2008) beginnt der Zyklus Nr.24.

Länger-periodisch über den Schwabe-Zyklus übergreifend werden in der Literatur immer wieder zwei weiter Zyklen genannt:
Der 80-jährige Gleißberg-Zyklus[1] und der ca. 200jährige De-Vries-Zyklus[2]. Beide Zyklen sind jedoch nicht unumstritten (è Abb.3).


Dunkle Flecken - kühle Sonne ?
Frühzeitig war es eine naturwissenschaftlich logische Schlußfolgerung, daß sich mit den Flecken-Zyklen auch die Sonnen-Strahlung zur Erde hin verändern müsse. So war es naheliegend, daß die Meteorologen seit mehr als 150 Jahren versuchten, den 11-Jahres-Rhythmus im Witterungsverlauf wieder zu finden, um ihn dann für Prognosen zu nutzen. Aber leider - bis heute blieb das ohne überzeugenden Erfolg! Die Rückkoppelungen im gesamten Klima-System, wozu man Atmosphäre, Hydrosphäre(Meere), Kryosphäre(Eis), Lithosphäre(Gesteine+Erdboden) und Biosphäre rechnet, sind offensichtlich zu kompliziert - das innerhalb von 11 Jahren zu- und wieder abnehmende Sonnen-Signal verschwindet im "Rauschen".

Anders beim Klima: Veränderungen der Sonnenstrahlung über Jahrhunderttausende bis herunter zu Jahrhunderten finden sich in den sgn. Poxi-Daten der Meeres-Sedimente und Eisbohrkerne (siehe Abb.4).
Bis weit in das 20. Jh. hinein mußten die meisten Solarforscher aufgrund der Strahlungsgesetze (s.w.o.) davon ausgehen, daß bei hoher Fleckenzahl und damit insgesamt etwas dunklerer Sonnen-Oberfläche sich die Energie-Abstrahlung der Sonne vermindert, und damit auch der Energiefluß auf die Erde.
Das ergab allerdings keinen rechten Zusammenhang mit dem Erdklima. Eher im Gegenteil: In Phasen geringer Sonnenaktivität war es kühler, in Phasen hoher Fleckenzahl war es wärmer (vgl. Abbildungen 3 und 5).

Seit etwa 30 Jahren wissen wir warum, denn Satelliten messen u.a. auch die Strahlungs-Energie der Sonne oberhalb der Atmosphäre. Wenn die solare Aktivität und damit die Zahl der Sonnenflecken steigt, dann kommt auch mehr Strahlungs-Energie an der Obergrenze der Atmosphäre an, und umgekehrt (è Abb.6). Die verminderte Abstrahlung der Umbra wird offensichtlich überkompensiert durch erhöhte Strahlung der Penumbra und der anderen Bereiche während der allgemeinen Aktivitäts-Steigerung der Sonne ("Flecken-Maxima").
An der Obergrenze der Atmosphäre kommen im Mittel 1.367 W/m2 an (Festlegung WMO, Genf, 1982). Die Schwankungsbreite in der Klimageschichte der Erde durch die Überlagerungen (Milankovic'-Zyklen) der veränderlichen Erdbahn-Elemente betrugen/betragen[3] <> W/m2 .

Im Vergleich dazu sind die (heutigen) Schwankungen[4] innerhalb der Schwabe- und Gleißberg-Zyklen mit Variationen an der Erdoberfläche von ± 0.10 bzw. ± 0,24-0,30 % entsprechend 0,15 bzw. 0,50-0,75 W/m2 gering, aber trotzdem Klima-wirksam (s.w.u.).


Dazu U.Cubasch4: "Die Sonnenstrahlungsvariationen des 80-jährigen Gleissberg-Zyklus führen zu einer Variabilität der an der Erdoberfläche absorbierten Sonneneinstrahlung von 0,50 bis 0,75 Watt/m². Diese Zahl muss man im Vergleich zu der Abschätzung des Strahlungsantriebs durch das Anwachsen der anthropogenen Treibhausgase von der vorindustriellen Zeit (1850) bis heute sehen - der ungefähr 2,4 Watt/m² ausmacht."

Die hoch-aktive Sonne
Zwischen den Vertretern der anthropogenen Treibhaus-Effekt-These ("CO2-Debatte") auf der einen und den sgn. "Skeptiker" auf der anderen Seite wird nun seit Jahrzehnten darüber diskutiert und gestritten, welche Anteile CO2 bzw. die Sonne an der globalen Temperaturerhöhung von etwa 0,7°C während der vergangenen 150 Jahre haben.
Dabei ist zunächst unstrittig, daß die Sonnen-Aktivität in der ersten Hälfte des 20. Jh. erheblich angestiegen ist, um rund 1 W/m2 , und dann in der 2. Hälfte des 20. Jh. auf hohem Niveau verblieb (siehe Abbildungen 3 + 6). Nach neueren Untersuchungen[5] ist das Sonnenaktivitätsmaximum der letzten Jahrzehnte sogar das ausgeprägteste seit mindestens 11.400 Jahren.

Im Vergleich zu den o.a. 1 W/m2 Energie-Zunahme: Die Klima-Modelle (IPCC-Basis) rechnen mit einem athropogenen Treibhaus-Effekt (Abk. THE, engl. AGW) von etwa 2 W/m2 )[6].
Die Energie-Mengen liegen also in gleicher Größenordnung!

F a z i t : Die sich verändernde Sonnenstrahlung ist ein hochwirksamer Klimafaktor !

Dabei ändert sich die an der Obergrenze der Atmosphäre und letztlich dann an der Erdoberfläche ankommende Sonnenstrahlung sowohl durch die langzeit-periodischen Veränderungen der Erdbahn-Elemente (Milankovi'c-Zyklen) als auch die kurzzeit-periodischen Sonnenflecken-Zyklen (11er, 80er, 200er - Perioden).

Seit ca. 10 Jahren wird ein weiterer Effekt diskutiert, den die Dänischen Forscher Friis-Christensen und Svensmarck[7] wie folgt begründen:
Bekanntlich bewirkt bei erhöhter Sonnenaktivität die direkt in die Atmosphäre und z.T. bis zum Boden vordringende kurzwellige elektromagnetische Energie-Strahlung der Sonne eine zusätzliche Erwärmung. Dieser direkte Erwärmungs-Effekt wird begleitet/verstärkt durch einen indirekten Effekt: Zunehmende Sonnenstrahlung (elektro-magnetisch und Partikeln) verstärkt das abschirmende Magnetfeld der Erde, vermindert folglich das Eindringen der kosmischen Partikeln-Strahlung in die Atmosphäre, vermindert in der Folge auch die Entstehung von Kondensationskernen für Wolken, mindert damit die globale Bewölkung. Das führt letztlich ebenfalls zu einer Erwärmung am Boden und in der Troposphäre.

Dazu sagt der Klimaforscher Ulrich Cubasch [4]:
"Ein heftig diskutiertes Problem stellt der Einfluss von interstellaren Teilchenströmen dar, die von der Sonnenaktivität abhängen . Einige Veröffentlichungen zeigen, dass diese Teilchenströme auf die Bewölkung wirken könnten und damit das Klima beträchtlich – mit etwa 1,5 Watt/m2 – beeinflussen. Andere Publikationen stellen diese Hypothese in Frage, denn der dahinter vermutete physikalische Mechanismus konnte bisher nicht nachgewiesen werden... Der Teilcheneffekt wird zurzeit nicht in Modellen berücksichtigt, da dafür noch keine gesicherte wissenschaftliche Grundlage besteht. Es gibt jedoch Pläne, diese Hypothese bei CERN im Strahlenlabor zu überprüfen (Projekt CLOUD -http://xxx.lanl.gov/abs/physics/0104048)."
In der Debatte über die Klima-Wirksamkeit von Sonne und CO2 gibt es zwei wesentliche Diskrepanzen:
1.) Die Global-Temperatur ist zwischen 1970 und 1998 weiter angestiegen ist, ohne daß es in dieser Zeit einen über die 11-Jahres-Zyklen hinaus gehenden signifikanten Trend der Sonnen-Einstrahlung gegeben hat.
2.) Nach 1998 ist der atmosphärische CO2-Gehalt weiter angestiegen, ohne daß die Temperatur dem weiter gefolgt ist (è Abb.7); das Temperatur-Signal hat sich abgekoppelt. Nach 1998 - also seit 10 Jahren - hat es keinen weiteren Temperaturanstieg mehr gegeben, sondern der Trend hat sich insgesamt umgekehrt. Gerät die anthropogene Treibhaus-Hypothese ins Wanken ?



Die Kontroverse
Gestritten wird folglich über den Anteil, den neuzeitliche Veränderungen der Solar(un)konstanten und ggf. verzögerte Rückkoppelungen (steiler Anstieg der Solaraktivität bis 1960) im Klima-System auf die derzeitige Erwärmung haben. Dazu gibt es in der wissenschaftlichen Literatur sehr gegensätzliche Meinungen :
IPCC (2007) sagt dazu: "Änderungen in der Sonnenaktivität seit 1750 bringen, so wird geschätzt (!??), einen Strahlungsantrieb von 0,12 W/m2. Dies ist deutlich geringer gegenüber dem 2001-Bericht von ursprünglich 0,3 W/m2."
Dagegen[8]: "Seit dem vorherigen Bericht der UN schlagen Solarphysiker in ihren veröffentlichten Berichten vor, daß die Sonne einen viel größeren Einfluss gehabt haben könnte, als oben verkündet. Diese könnte mehr als zwei Drittel der beobachteten Erwärmung verursacht haben. Man erwartet auch, daß sich die Sonnenaktivität in den nächsten 50 Jahren verringern wird."

Eine Literatur-Übersicht[9] kommt zu dem Ergebnis: "Zusammenfassend ist festzuhalten, daß die Sonne einen erheblichen Einfluß auf unser Klima hat. Für das 20. Jahrhundert geht das IPCC (2001) von einem Anteil an der globalen Erwärmung von ca. 20% aus; Clausen (2003) nimmt einen Anteil von 25 bis max. 40% an." Und weiter a.a.O. (S.40): daß "...die Solarstrahlung in den vergangenen 60 Jahren ... auf hohem Niveau mehr oder minder konstant geblieben ist..."
Es gibt aber offensichtlich auch andere Meßergebnisse[10]: "Das koronale Magnetfeld der Sonne hat im vergangenen Jahrhundert um den Faktor 2.3, und seit 1964 um den Faktor 1.4 zugenommen – im Gegensatz zu Rahmstorfs Behauptung, es hätte in den letzen 60 Jahren nicht zugenommen. Effekte des solaren Magnetfeldes haben die IPCC-Szenarien bisher außer Acht gelassen."

Eine 2007 erschienene Studie[11] geht noch weiter: "Die gesteigerte solare Aktivität in den letzten 150 Jahren vermag zwei Drittel des globalen Temperaturverhaltens seit 1850 zu erklären. Dieser dominante solare Einfluss auf die globale Erwärmung der letzten 150 Jahre ist durch eine statistische Wahrscheinlichkeit von 99% abgesichert".

Ganz grundsätzlich heißt es in einer astronomischen Übersicht[12] zur Sonnen-Aktivität: "Es werden jedoch auch kurzzeitigere Klimaveränderungen durch die Sonne ausgelöst", und weiter a.a.O. "Es wäre daher kein Fehler, der leicht variablen Sonne etwas mehr Raum in den Klimamodellen einzuräumen".

Aus alledem folgt, daß ein erheblicher Anteil der beobachteten globalen Erwärmung solare Ursachen hat.

Sind die derzeit "gehandelten" Zahlen schon "das letzte Wort", oder kommt CO2 bei weiteren Untersuchungen noch mehr runter von der "Anklage-Bank" ?

Neue "Kleine Eiszeit" ?
Jedenfalls - seit einigen Monaten haben die Sonnen-Forscher Spannendes zu berichten. Nach den Ergebnissen der Zyklen-Forschung müßte etwa seit der Jahreswende 2007/2008 der Schwabe-Zyklus Nr.24 beginnen, etwa auf dem Flecken- und Energie-Niveau der 3-4 letzten Zyklen (è Abb.3), um dann etwa ab 2018 von einem deutlich schwächeren Zyklus im Rahmen des 200-jährigen De-Vries-Zyklus" (s.w.o.) abgelöst zu werden.
Für die Prognosen dieser Art haben Sonnen-Forscher aufgrund neuer Erkenntnisse ein verbessertes Verfahren entwickelt[13]. Damit ist es möglich, z.B. den nächsten und übernächsten Zyklus abzuschätzen, wie es die Abb.8 zeigt.



Jedoch[14] - dieser 24. Zyklus "will nicht anspringen", die Sonne ist derzeit (11.03.08)[15] fleckenfrei. Damit ergeben sich Anhaltspunkte, daß schon dieser 24. Zyklus das erst ab 2018 zu erwartende schwache Aktivitäts-Minimum einleiten könnte, mit der möglichen (wahrscheinlichen?) Folge einer raschen globalen Abkühlung für die nächsten Jahrzehnte; z.B.14: "No wonder there is so much talk recently about global cooling. I certainly hope that’s wrong, because a Dalton type solar minimum would be very bad for our world economy and agriculture".
Dipl.-Met. Klaus-Eckart Puls
Jahrgang 1939,Schule und Abitur in Mecklenburg ;Ab 1960 Studium der Naturwissenschaften in Rostock und Westberlin.1968 Diplom in Meteorologie an der FU Berlin, dort 1969/70 Wissenschaftlicher Angestellter mit dem Forschungs-Schwerpunkt Atmosphärisches Ozon.Ab 1970 Deutschen Wetterdienst:1971-1978 Seewetteramt Hamburg (Arbeitsschwerpunkte: Seewetterdienst, Schiffsrouten-Beratungsdienst, ab 1975 Leiter der Gruppe Laderaum-/Schiffsraum-Meteorologie.10 Seereisen als Bordmeteorologe auf Fischereischutzbooten, Forschungsschiffen und Handelsschiffen.1976-1978 Mitarbeit im Normen-Ausschuß "Technoklimate" (DIN 50 019).1978-1984 Leiter der Agrarmeteorlogischen Beratungs- und Forschungsstelle Bonn.Aufbau eines zeitkritischen Beratungssystems mit den Landwirtschaftskammern: Regionale Telefonansagen, Bildschirmtext, Wochenberichte;Lehrauftrag im Fach "Agrarmeteorologie" an der Universität Bonn.1983 Mitbegründer der Stiftung Deutscher Pollen-Informationsdienst, 10 Jahre Vorstands-Mitglied.1984-2000: Leiter des Wetteramtes Essen.Nach der deutschen Wiedervereinigung zusätzlich (1990/91) Aufbau und Leitung des Wetteramtes Leipzig.Seit 1966 über 150 wissenschaftliche und populär-wissenschaftliche Veröffentlichungen zu: Wetter, Klima, Ozon, Schiffsraummeteorologie, Agrarmeteorologie, Pollenflug/Allergologie, Wissenschaftsgeschichte, Kalendergeschichte...
Quellen:
[1] Cubasch, U.:Variabilität der Sonne und Klimaschwankungen, Wissenschaftsmagazin der Max-Planck-Gesellschaft, 4/2001, S.78-83
[2] Malberg, Berl.W-Karte, SO v.06.11.07, S.8
[3] http://de.wikipedia.org/wiki/Solarkonstante
[4] Cubasch, U.:Variabilität der Sonne und Klimaschwankungen, Wissenschaftsmagazin der Max-Planck-Gesellschaft, 4/2001, S.78-83
[5] Solanki, S. K., Usoskin, I. G., Kromer, B., Schüssler, M. & Beer, J., Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years, doi:10.1038/nature02995, 2004
[6] http://www.oism.org/pproject/s33p36.htm
[7] Svensmark, H.; Friis-Christensen, E.: Variation of cosmic ray flux and global cloud coverage, a missing link in solar-terrestrial Physics; J.Atm.Sol.Terr.Phys., 59 (11), 1997, S.1225-1232.

[8] www.scienceandpolicy.org, Deutsche Übers.: M. Limburg, 8.2.07, http://www.oekologismus.de/

[9] Beising, R.: Klimawandel und Energiewirtschaft, VGB PowerTech Service GmbH, Essen, 2006, S.41
[10] A.v.Alvensleben, http://www.schulphysik.de/klima/alvens/antwort.html; Daten aus: M. Lockwood, R. Stamper & M. N. Wild, A Doubling of the Sun’s coronal magnetic field during the past 100 years, by, Nature Vol 399, 3.June 1999, 437 - 439
[11] H.Malberg, Klimawandel unter der Lupe, Z.f.Nachhaltigkeit, H.5, S.4-21, 2007
[12] Th.Günter, Die Sonne, SuW 8/2007, S.80
[13] www.spaceandscience.net/sitebuildercontent/sitebuilderfiles/PressReleaseSSRC1-2008.doc
[14] http://wattsupwiththat.wordpress.com/2008/02/13/where-have-all-the-sunspots-gone/
[15] http://sohowww.nascom.nasa.gov/data/realtime/mdi_igr/512/
Gastbeiträge geben nur die persönliche Ansichten des Autors wieder und stehen keinesfalls für die Positionen des Blogs Weltenwetter !

Kommentare:

ozeanklima.de hat gesagt…

Sehr richtig an dem vorstehenden Beitrag ist: ohne Sonne läuft auf der Erde nichts! Doch ist die Sonne der KIMA-MACHER NUMMER EINS? So eine Einordnung vermittelt ein schiefes Bild wie ein Vergleich mit dem Mond zeigt. Der Mond ist rund, hat so viel Sonne wie die Erde und hat Tag und Nacht. Und doch ist auf dem Mond kein KLIMA. Unser irdisches Klima wird zu fast hundert Prozent bestimmt vom Wasser, daher sollte man Klima definieren: als die Fortsetzung der Ozeane mit anderen Mitteln. Dazu mehr auf http://www.ozeanklima.de , insb. Unter Material in Deutsch: Hansa, 1993, und GKSS, Vortrag, 1992.

Anonym hat gesagt…

hkq, xzjhl vr qmydnjgi j hbghw.
gyse sraferiu x uq p!
sjx sex pics
, dsbn yb nt k wazk c.
gxbrgw csjaah uedi o goft. seh, adult costumes
, mbcl k uehafvqa q uthtfk qj obib dxp.

ioz op nux.

 
Blog Directory - Blogged