Już wiadomo jak promieniowanie słoneczne wpływa na ziemską atmosferę

Dzięki Słońcu na Ziemi panuje klimat sprzyjający do utrzymywania życia. Przez setki milionów lat stabilne promieniowanie słoneczne pozwoliło na ewolucję życia od prostych form do spotykanych dziś wielu form zwierząt i roślin. Nasza Dzienna Gwiazda charakteryzuje się pewną zmiennością w ilości uwalnianej energii - około 0,1 proc. w zakresie widzialnym, z największymi wartościami podczas maksimów cykli słonecznych.

Z drugiej strony, znane są liczne epizody w historii i prehistorii Ziemi, w trakcie których przez stosunkowo krótki okres czasu notowano inne warunki klimatyczne niż dziś. Jeden z najbardziej znanych takich epizodów to "Minimum Maundera", z drugiej połowy XVII i początku XVIII wieku. Był to okres dużego ochłodzenia, m.in. w Europie i Północnej Ameryce, charakteryzujący się długimi i mroźnymi zimami oraz krótkimi latami. Do dziś nie znamy mechanizmu tego krótkoterminowego ochłodzenia klimatu, choć istnieje korelacja z aktywnością słoneczną - w okresie tego minimum zarejestrowano bardzo mało plam słonecznych (zaledwie kilkadziesiąt w całym okresie, w porównaniu z dziesiątkami tysięcy rejestrowanych w typowym cyklu słonecznym).

Jest możliwe, że ludzkość wreszcie poznaje pierwsze mechanizmy wpływu promieniowania słonecznego na ziemski klimat. Niedawno nastąpiła publikacja raportu amerykańskiej National Research Council (NRC). Raport nosi nazwę "The Effects of Solar Variability on Earth's Climate" i jest dostępny w internecie. Ten raport jest wynikiem prac kilku zespołów naukowców, specjalizujących się w różnych dziedzinach nauki - od pogody kosmicznej i heliofizyki, poprzez klimatologię, oceanografię, aż po fizykę i chemię. Nie jest to łatwe zadanie - próba zrozumienia mechanizmów interakcji pomiędzy ziemską atmosferą a (zmiennym) promieniowaniem słonecznym wymaga interdyscyplinarnych zespołów i analizy danych z wielu różnych źródeł, operujących według różnych standardów.

Raport NRC zawiera kilka wstępnych ustaleń, które wydają się być rzeczywistymi procesami zachodzącymi w atmosferze. Główne ustalenia tego raportu są następujące:

- Wpływ skrajnego promieniowania ultrafioletowego (EUV, długość fali - kilkadziesiąt nanometrów) może mieć duży wpływ na górną atmosferę. W okresach maksimum aktywności słonecznej ilość promieniowania EUV może być nawet 10 razy wyższa niż w okresach minimum (znacznie więcej od 0,1% w zakresie widzialnym). To promieniowanie z kolei może tworzyć tlenki azotu (NOx), które z kolei reagują ze stratosferycznym ozonem. W konsekwencji o kilka procent mniejsza warstwa ozonowa może mniej skutecznie chronić powierzchnię Ziemi przed promieniowaniem ultrafioletowym. Pierwsza grafika w galerii tego artykułu prezentuje Słońce w zakresie EUV i zmiany, jakie nastąpiły pomiędzy 2010 a 2012 rokiem.

- Jest także możliwe, że utrata warstwy ozonowej może mieć wpływ na dynamikę niższych warstw atmosfery. W konsekwencji, jako efekt serii zależności, dynamika niższych warstw atmosfery (np. ośrodków niżowych czy wyżowych) może mieć inny przebieg w okresach maksimum i minimum aktywności słonecznej.

- Obszarem, w którym zarejestrowano pewne zależności pomiędzy temperaturą dolnych warstw atmosfery a aktywnością słoneczną, jest Pacyfik. W okresach dużej aktywności plamotwórczej na Pacyfiku zarejestrowano sytuację typu "La Nina", która doprowadza do lokalnego ochłodzenia rzędu 1 stopnia Celsjusza w obszarze wschodniego Oceanu Spokojnego. Co ciekawe, jest możliwe, że jakiś ziemski mechanizm potęguje siłę "La Niny" podczas maksimów słonecznych. Druga grafika w galerii tego artykułu prezentuje różnicę w temperaturze i opadzie ("anomalie") dla zimowych okresów przy momentach maksimum słonecznego dla obszaru Pacyfiku.

Wciąż jednak nie jest znane powiązanie pomiędzy słabymi cyklami słonecznymi a "Minimum Maundera". Jest możliwe, że niższe promieniowanie EUV ze Słońca może doprowadzić do regionalnego ochłodzenia, ale wciąż brak przekonywujących dowodów. Niemniej jednak ten temat musi być dość szybko zbadany, gdyż obecny cykl aktywności słonecznej jest najsłabszym od stu lat a następny może być jeszcze słabszy.

Jest dość prawdopodobne, że wkraczamy właśnie w okres aktywności słonecznej, który jest stosunkowo słabo znany - przez większość XX wieku, szczególnie od początku "ery kosmicznej" i regularnych obserwacji astronomicznych, nasza Dzienna Gwiazda charakteryzowała się dużą aktywnością (tzw. "Modern Maximum"). Dlatego też potrzebne są kolejne badania, dzięki którym poznamy i zweryfikujemy podstawowe mechanizmy wpływu aktywności słonecznej na klimat Ziemi i porównanie wpływu tych mechanizmów z "czysto-ziemskimi" procesami.

Źródła informacji (NASA, NRC)

Krzysztof Kanawka