Gróðurhúsaáhrif eða eðlilegar sveiflur í virkni sólar?

 

 

Morgunblaðsgrein 20/6 ´98

20. júní 1998 birtist eftirfarandi grein í Lesbók Morgunblaðsins.
Vegna plássleysis var greinin nokkuð stytt og breytt í Lesbókinni, en hér birtist hún óstytt.


Reyndar er þetta vinnueintak með fjölda mynda, sem síðar var valið úr.

Letur er “venjulegt” og hentar betur fyrir útprentun en letrið á vefsíðunni “Er jörðin að hitna? – Ekki er allt sem sýnist”.

Nokkrar myndir eru felldar inn í textann, en flestar eru ásamt myndatexta fyrir aftan aðaltextann.

Efni þessarar greinar er ekki eins sundurlaust og á vefsíðunni, en þar er þó að finna töluvert meira efni, auk fjölmargra tenginga við aðrar vefsíður.

Vefsíðan     www.rt.is/ahb/sol    sem vísað er til í textanum er nú geymd á www.agust.net/sol. Hún hefur ekki verið uppfærð í áratug.

Hafa verður í huga þegar textinn hér fyrir neðan er lesinn, að árið er 1998, ekki 2015 :-).

 

PDF af greininni í Lesbók Mbl.    6 Mb :
http://www.agust.net/sol/grodurhusa-sol-lesbok-1998-ahb

 

 

Ágúst H. Bjarnason verkfræðingur

Gróðurhúsaáhrif eða eðlilegar sveiflur í virkni sólar?

Inngangur
eftir Halldór Jónsson verkfræðing.

Á undanförnum árum hafa umhverfissinnar svokallaðir haft uppi mikinn einhliða áróður fyrir því, að hitastig á jörðinni sé að hækka, sem afleiðing af útblæstri koltvísýrings. Þetta hefur leitt til þess, að blásið hefur verið til mikilla ráðstefna á þessum grunni og þar gerðar samþykktir um að ríkjum heims beri að takmarka losun hans til þess að vinna á móti þessari hitastigshækkun. Er skemmst að minnast ráðstefnunnar í Kyoto, þar sem gengið er útfrá því, að gróðurhúsaáhrif séu ógn við mannkynið. Gerist Ísland aðili að samþykktum hennar, eins og Ástralía gerði nú nýverið, mun það hafa varanleg áhrif á lífskjör óborinna kynslóða Íslendinga. Því hafa margir spurt sjálfa sig, hvort hér sé allt sem sýnist. Erum vér, hinir núlifandi Íslendingar, ef til vill að taka ákvarðanir, sem varða framtíð annarra, á ótraustum vísindalegum grunni ?

Um síðastliðin áramót gerði forseti Íslands áhyggjur gróðurhúsamanna að sínum og boðaði oss þann möguleika, að Golfstraumurinn kynni í framhaldi að hætta að falla að Íslandsströndum með þeim afleiðingum að Ísland yrði óbyggilegt. Brá mörgum í brún við þau orð. Forsætisráðherra vor varaði oss hinsvegar við því, að hlaupa til hvatvíslegra ályktana af ósönnuðum tilgátum, við þessi sömu tímamót.

Hvernig megum vér þá mynda oss skoðun á dómadagsspám gróðurhúsamanna. Eru staðhæfingar þeirra vísindalegur sannleikur eða kemur ef til vill annað til ? Erum vér Íslendingar að láta heillast til að samþykkja ráðstafanir, sem eru ónauðsynlegar og munu rýra lífskjör þjóðar vorrar á ókomnum árum ?

Ágúst H. Bjarnason, rafmagnsverkfræðingur, hefur skoðað hversu sé háttað sambandi ástands sólar og veðurfarssögu heimsins og dregið þar til rannsóknir virtra erlendra vísindamanna. Hefur Ágúst komið athugunum sínum fyrir á vefnum, http://www.rt.is/ahb/sol. Þar er að finna margan fróðlegan texta, myndir og gröf, sem þeir ættu að kynna sér, sem láta sig þessi mál varða.

Þar sem um svo miklu varðar fyrir íslenzka þjóð, að láta eigi slá ryki í augu sér hvað þetta mikla mál varðar, og með tilliti til þess, að margir munu ekki rekast á vefsíðu Ágústs, án ábendingar, þá bað ég Ágúst að taka saman nokkurt yfirlit um athuganir sínar og birtist það hér í máli og myndum.

 

Halldór Jónsson

Spurningin stóra.

Síðastliðin 10 ár eða svo hefur hækkun hitastigs á jörðinni verið mikið á dagskrá. Alþjóðlegar ráðstefnur hafa verið haldnar og eru þekktastar ráðstefnurnar í Rio 1992 og Kyoto 1997. Umræður um losun koltvísýrings (kolsýru – CO2) af mannavöldum hafa vakið áhuga margra á að kynna sér ástæður veðurfarsbreytinga í nútíð og fortíð. Miklar breytingar á veðurfari hafa orðið að því er virðist “af sjálfu sér” sé litið hundruð eða þúsundir ára aftur í tímann. Auðvitað gerist slíkt ekki af sjálfu sér, eitthvað hlýtur að koma ferlinu af stað. Getur verið að þetta “eitthvað” sé einnig að hafa áhrif á veðrið á þessari öld? Hvað er þetta “eitthvað”? Um það fjallar þessi grein. Greinin er samin af áhugamanni um stjarneðlisfræði og ber hún þess sjálfsagt merki.

Málverk frá
Mynd 1. Litla ísöldin 1300 – 1700

Til þess að skilja það sem er að gerast í veðurfarinu í dag er nauðsynlegt að líta til sögunnar.
Þessi mynd er eftir listamanninn Hendrick Avercamp (1585 – 1663), og sýnir hún vetrarhörkur þegar svokallað Maunder minimum í virkni sólar hafði áhrif á veðurfar jarðar.Mikil harðindi voru víða um heim meðan á “litlu ísöldinni” stóð. Frosthörkur voru það miklar að Thames í Englandi var ísi lögð á vetrum, nokkuð sem óþekkt er í dag. Áhrif á líf Íslendinga og gróðurfar hér á landi hafa vafalaust verið mikil. Við munum kynnast þessu og fleiru á næstu síðum.

 

Veðurfarssagan frá landnámsöld.

Samkvæmt mælingum er talið að hitastig jarðar hafi hækkað um því sem næst 0,5°C síðan um 1850. Því hefur verið haldið fram að ástæðan sé aukning koltvísýrings af mannavöldum í andrúmsloftinu. Er það eina skýringin, eða getur þetta verið samspil margra þátta?

Breytingar í veðurfari á síðustu öldum eru vel þekktar. Á landnámsöld var jafnvel hlýrra á jörðinni en í dag, Ísland var þá viði vaxið milli fjalls og fjöru og vínviður óx jafnvel í Englandi. Þá voru hinir miklu landafundir norrænna manna, sem ekki víluðu fyrir sér að sigla í opnum bátum landa og heimsálfa á milli. Leifur heppni Eiríksson fann Vínland, þar sem vínviður óx. Eiríkur rauði stofnaði byggð í Grænlandi árið 985 er hann sigldi með 25 skip Íslendinga þangað.

Eftir um 1300 fór heimurinn skyndilega að kólna. Þá gekk í garð langt tímabil sem menn hafa nefnt “litlu ísöldina”. Mikil harðindi urðu á Íslandi, byggð norrænna manna í Grænlandi leið undir lok og kuldinn var það mikill í Englandi að Thames lagði á vetrum, og menn héldu hátíðir á ísnum sem kölluðust “Frost Fairs”. Áhrifa litlu ísaldarinnar gætti um allan heim næstu 3-4 aldirnar (mynd 1).

Um 1700 fer heimurinn að hlýna á nýjan leik og hefur sú þróun haldist til dagsins í dag, – með rykkjum þó. Við vitum hvernig ástandið var hér á landi á síðustu öld þegar vesturferðir Íslendinga stóðu sem hæst, og fólk flúði harðindi og fátækt sem af því leiddi. Eldra fólk man eftir frostavetrinum mikla 1918, síðan komu veruleg hlýindi fram að stríðsárum, þá nokkur kólnun fram til um 1975 er fer að hlýna aftur. Auk þessara breytinga eru smá sveiflur frá ári til árs, sem eru breytilegar frá einu landi til annars, eins og við könnumst við þegar samfara hlýjum vetri hér eru oft frosthörkur á meginlandinu. Hér á norðurslóðum, þar sem meðalhiti ársins er ekki mikið yfir frostmarki (3-4°C) erum við miklu næmari fyrir smávægilegum hitafarsbreytingum en sunnar í álfunni þar sem ársmeðalhitinn er mun hærri (10-20°C).

Minni okkar er stutt, og sjálf skynjum við ekki nema nokkra áratugi til baka. Ef til vill er það þess vegna sem menn hafa einblínt á gróðurhúsaáhrif vegna aukningar koltvísýrings í andrúmsloftinu. Þessi kenning hefur verið mjög vinsæl, það vinsæl að ekki hefur verið hlustað nægilega vel á gagnrýni sem komið hefur fram frá virtum vísindamönnum í loftslagsfræðum og stjarneðlisfræði.

Hér að framan sögðum við að lofhjúpurinn hefði hitnað um 0,5°C síðan 1850, í rykkjum þó.

Skoðum nú vel myndina (mynd 2) sem sýnir meðalhita lofthjúps norðurhvels jarðar frá 1750.

Mynd 2. Samspil hitafars og segultímabils sólar.

Frávik í meðalhita jarðar er sýnt með rauðum ferli. Lengd segultímabilsins með svörtum ferli og magn koltvísýrings með fjólubláum ferli.

Mikilli virkni sólar fylgir stutt segul- eða sólblettatímabil með mörgum sólblettum. Sólblettatímabilið er 11 ár að meðaltali, en segultímabilið 22 ár.

Er þessi greinilega fylgni milli ferlanna sem sýna meðalhita og virkni sólar tilviljun ein?

Hitastigsmælingar fyrir 1850 sjást ekki oft, en þær er þó að finna hjá erlendum veðurgagnabönkum. Þar er að finna mæligögn frá um 1700. Rétt er þó að hafa fyrirvara á svo gömlum mælingum.

Sólblettir hafa verið þekktir síðan 1610 er Galileo Galilei, Thomas Harriot og Johann Fabricius uppgötvuðu þá, hver í sínu landi.

Þessi mynd er unnin upp úr mynd sem birtist í Astrophysical Journal og Sky & Telescope með greinum eftir Dr. Sallie Baliunas og Dr. Willie Soon.

 

Ef við miðum við 1750 í stað 1850, hvað kemur þá í ljós? Hitastigshækkunin er aðeins 0,3°C eins og fram kemur á myndinni, og 0,2°C ef okkur dettur í hug að miða við 1830! (Við skulum þó varast að taka allar tölur bókstaflega. Nákvæmni mælinga var ekki mikil áður fyrr og margt getur farið úrskeiðis þegar verið er að meta breytingar sem eru á mörkum þess sem mælitæknin leyfir). Við veitum einnig athygli gríðarmikilli uppsveiflu sem hefst um 1820. Þessi uppsveifla er ennþá meiri en sú sem við höfum kynnst á þessari öld. Því miður stóð þetta ekki lengi, og fyrr en varir fer að kólna aftur. Hefði þessi mynd náð 1000 árum lengra til aftur í tímann, þá hefðum við séð að meðalhiti jarðar var hærri á jörðinni á landnámsöld en hann er í dag, og síðan verulegt hitafall þegar litla ísöldin hófst á 14. öld. Hitastig lofthjúps jarðar var rétt að ná sér á strik aftur um 1700, en hélt þó áfram að sveiflast.

 

Vandamál við hefðbundnar kenningar um hitastigshækkun.

Koltvísýringur í andrúmsloftinu er bráðnauðsynlegur öllu lífi á jörðinni. Væri hann ekki fyrir hendi gætu plöntur alls ekki þrifist, og þar með ekkert líf. Koltvísýringur er því fjarri því að vera eitur. Plöntur vinna kolefnissambönd (mjölvi, sykur) úr koltvísýringnum með aðstoð sólarljóssins eins og alþekkt er. Koltvísýringur hleypir í gegn um sig heitum stuttbylgju hitageislum frá sólinni, en dregur í sig svalari langbylgju hitageisla frá yfirborði jarðar. Þannig er hann sem teppi yfir jörðinni.

Það er ekki einungis koltvísýringur sem vinnur sem “gróðurhúsaloft”. Vatnsgufa eða raki er mun áhrifameira gróðurhúsaloft, og eru áhrif rakans í andrúmsloftinu hvorki meira né minna en 70-90%. Nákvæmlega hve mikið deila menn um þessa dagana.
Án gróðurhúsalofttegunda væri meðalhiti jarðar mínus 18°C. Það er tiltölulega auðvelt að reikna út. Hæfileg gróðurhúsaáhrif eru því af hinu góða; án þeirra værum við ekki hér.

Koltvísýringur í andrúmsloftinu hefur aukist frá 0,028% til 0,036% á undanförnum áratugum, líklega mest af mannavöldum.

Vandamálin við koltvísýringskenninguna eru margþætt, og má sem dæmi nefna:

1) Hitasveiflur hafa verið mjög miklar. Hvaða tíma miðað er við hefur veruleg áhrif á tölur um hækkun hitastigs. Í hvaða punkti á ferlinum byrjar viðmiðunin, og hvar endar hún? Tímabilið sem hitastigshækkunin er oft miðuð við (1850-1920) er tiltölulega kalt. Ef við notum t.d. 1750 sem viðmiðun verður hitastigshækkunin alls ekki eins mikil (sjá strikuðu línurnar). Ef við miðum við árið 1200 sjáum við jafnvel kólnun!

2) Mesta hitastigshækkunin á þessari öld átti sér stað fram að um 1940. Er sú hækkun ekki í neinu samræmi við aukningu koltvísýrings á þeim tíma, sem var tiltölulega lítil.

3) Frá 1945 til 1978 féll hitastigið allnokkuð á sama tíma og koltvísýringur í andrúmsloftinu jókst verulega. Þessi lækkun kom mönnum verulega á óvart og varð til þess að sumir fóru að spá fyrir um nýja ísöld,. (sjá: Time 24/6 ’74 og Newsweek 28/4 ’75).

4) Miklar sveiflur í hitastigi á undanförnum öldum, áður en menn fóru nokkuð að menga lofthjúpinn með koltvísýringi, er staðreynd.

Nýjar kenningar.

Þessar hitasveiflur upp-niður-upp á síðustu öldum urðu til þess að hugsandi menn fóru að leita að öðrum orsökum en koltvísýringi. Svona lagað gerist ekki af sjálfu sér. Ekki leið á löngu þar til sjónir manna beindust að sólinni. Sólin er jú eini hitagjafinn. Það rifjaðist upp að á meðan litlu ísöldinni stóð var virkni sólar í lágmarki miðað við frásagnir af norðurljósum, talningu sólbletta sem sáust fyrst 1610-1612, (reyndar eru til stöku eldri frásagnir af sólblettum), og mælingum á samsætunum (isotopunum) 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 1400-1510 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 sólblettatímabil verið skráð, og erum við nú að byrja tímabil númer 23 sem verður í hámarki um aldamótin. Hvert tímabil varir að meðaltali 11 ár. Því hærri sem sólblettatalan “sunspot index” er, þeim mun meiri er virkni sólar. Með því að bera saman meðalárshita lofthjúps jarðar og sólblettatöluna sést ótrúlega mikil fylgni. Sólblettatalan er þó frekar ónákvæmur mælikvarði 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.

Mynd 3. Samspil hitafars og lengdar sólblettatímabilsins.

Þetta er hin fræga mynd sem birtist í tímaritinu Science1991.

Höfundar myndarinnar Eigil Friis-Christensen og Knut Lassen störfuðu hjá dönsku veðurstofunni, Danmarks Meteorologiske Institut. Blái ferillinn sýnir hitafar frá 1860 og rauði ferillinn lengd sólblettasveiflunar. Hér kemur ótrúleg fylgni fram. Er þetta tilviljun?

Það er nú þekkt staðreynd að mikilli virkni sólar fylgja tiltölulega margir sólblettir og tiltölulega stutt sólblettasveifla. Þess vegna er lægsta talan efst á lóðrétta ásnum. Meðaltími sólblettasveiflunar er um 11 ár, en samt töluvert breytilegur.

 

Á myndinni með hitaferlinum (mynd 2) sem við vorum að skoða er virkni sólar einnig sýnd með svörtum ferli. Á lóðrétta ásnum er mælikvarði á virkni sólar segultímabilið (solar magnetic cycle) sem nær yfir tvö sólblettatímabil. Virkni sólar er því meiri sem þetta tímabil er styttra. Segulsvið sólarinnar í heild skiptir tvívegis um stefnu á þessu tímabili. Er fylgnin sem þar sést tilviljun?

Árið 1991 birtist grein í hinu virta tímariti Science eftir tvo danska vísindamenn hjá dönsku veðurstofunni, Danmarks Meteorologiske Institut – Sol-Jord Fysik sektion. Þetta voru þeir félagarnir Eigil Friis-Christensen og Knut Lassen. Þeim hugkvæmdist að bera saman lengd hvers sólblettatímabils og meðalárshita 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 sólblettatímabil. Nú kom nokkuð mjög merkilegt í ljós. Ferlarnir fyrir hitastig og lengd hvers sólblettatímabils frá 1850 til 1990 litu nánast alveg eins út eins og sést á meðfylgjandi mynd (mynd 3). Jafnvel má greina samsvörun í smáatriðum.

Takið eftir að hitaskalinn er verulega þaninn. Hitastigsbreytingar eru ekki nema brot úr gráðu. Þessi mynd er orðin víðfræg og sést oftast með upphaflega danska skýringartextanum. Við tökum eftir því að lóðrétti ásinn vinstra er merktur í árum. Þetta er lengd hvers sólblettatímabils. Það er nú þekkt staðreynd að mikil virkni sólar er í hlutfalli við fjölda sólbletta, en í öfugu hlutfalli við lengd sólblettatímabilsins. Þess vegna er lóðrétti skalinn með lægstu tölunni efst (mest virkni).

Á næstu mynd (mynd 4) er sýnt samspil meðalhita jarðar (rautt) og virkni sólar (svart) frá landnámi Íslands. Litla ísöldin er á sama tíma og hin svokölluðu Spörer og Maunder lágmörk eru í segulvirkni sólar. Að sjálfsögðu er útlit ferlanna ekki nákvæmt fyrir um 1750. Helstu drættir í hitastigi og virkni sólar eru þó þekktir.

Það ætti nú að vera ljóst að sveiflur í veðurfari sem stafa af eðlilegum sveiflum í virkni sólar eru mjög miklar, það miklar að þær geta hæglega villt okkur sýn. Einhver hækkun hitastigs vegna CO2 er líklega staðreynd, en áhrifin hugsanlega minni en almennt er álitið. Menn eru þó alls ekki á einu máli, og sitt sýnist hverjum. Í leit okkar að samspili koltvísýrings í andrúmsloftinu og hitafars megum við ekki líta fram hjá áhrifum sem haft geta veruleg áhrif á heildarmyndina.

HITAFAR 900-1990
Mynd 4. Samspil virkni sólar og hitafars síðustu 1100 ár.

Lengst til hægri eru sömu ferlar og á myndinni sem sýnir samspil hitafars og segultímabils sólar frá 1750. Ferlarnir hafa verið framlengdir til ársins 900 og er þá að mestu byggt á rannsóknum Dr. J. Eddy. Að sjálfsögðu eru ferlarnir ónákvæmir fyrir tímabilið 900 – 1750, en samsvörum milli virkni sólar og hitafars leynir sér ekki. Til eru samsvarandi ferlar fyrir mun lengra tímabil.

Takið eftir hlýindum á fyrstu árum Íslandsbyggðar og síðan “litlu ísöldinni”. Hiti og virkni sólar fylgjast að allan tímann.

 

 

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. Þegar sólvindurinn er sterkur skýlir hann betur jörðinni fyrir geimgeislum. Það eru geimgeislarnir sem eru valdir að kolefnis-14 samsætunum, þannig að mikil virkni sólar hefur í för með sér tiltölulega lágt hlutfall kolefnis-14. Á sama hátt má nota beryllium-10 og súrefni-18 samsæturnar sem finna má í ískjörnum sem fengnir hafa verið með því að bora í jökla og á Suðurskautslandinu. Í dag er virkni sólar beinlínis mæld með hjálp gervihnatta.

Hitastig jarðar fyrr á öldum er hægt að meta á ýmsan hátt. Fyrstu hitamælingar (ónákvæmar) 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 útgeislun. Auk þess eru áhrif sem kennd eru við Milutin Milankovitch (möndulhalli, möndulvelta, braut jarðar, -mynd 7), og talin eru vera orsakavaldur ísalda sem koma með tugþúsunda ára millibili. Við munum einbeita okkur að útgeislun sólar og sólvindinum.

Breytileg birta (heildarútgeislun) sólar hefur beinlínis verið mæld. Sólstuðullinn er það ljósafl 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% yfir sólsveifluna síðustu tvo áratugi, en rök hafa verið færð fyrir því að breyting í útgeislun sólar hafi verið mun meiri (0,3%-0,5%) frá því “litlu ísöldinni” lauk (Hoyt & Schatten, Baliunas). Margir þekktir vísindamenn telja þessi áhrif á hitafar nægileg til að skýra a.m.k. helming 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 sólvindsins á skýjafar, og þar með hitafar. Enn eru frændur okkar Danir hjá dönsku veðurstofunni DMI í fremstu víglínu.

Kenningin er þessi:
Sólvindurinn er rafagnagas sem streymir frá yfirborði sólar (mynd 8). Þegar virkni sólar er í hámarki er sólvindurinn einnig meiri en venjulega. Þegar sólvindurinn er sterkur skýlir hann betur jörðinni fyrir geimgeislum. Sem sagt: Þegar virkni sólar er mikil, þá eru geimgeislar 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 sólar 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 gervihnattamyndir af skýjafari frá árinu 1979. Í ljós kom (mynd 12) að þegar geimgeislar eru veikastir 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 háloftunum. Jónirnar flytja hleðslu yfir á vatnsdropa sem draga að sér rykagnir. Rykagnirnar virka þá sem eins konar sæði sem flýtir fyrir þéttingu rakans. Fleiri kenningar eru til um þetta mál og er fjallað um þær í greininni.

Mynd 12. Samspil geimgeisla, sólvindar og skýjafars.

Kenning sem vakið hefur heimsathygli er ættuð frá Danmörku. Kenningin er þessi:
Sólvindurinn er rafagnagas sem streymir frá yfirborði sólar. Þegar virkni sólar er í hámarki er sólvindurinn einnig meiri en venjulega. Þegar sólvindurinn er sterkur skýlir hann betur jörðinni fyrir geimgeislum. Sem sagt: Þegar virkni sólar er mikil, þá eru geimgeislar 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 sólar 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 gervihnattamyndir af skýjafari frá árinu 1979. Í ljós kom að þegar geimgeislar eru veikastir 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 háloftunum. Jónirnar flytja hleðslu yfir á vatnsdropa sem draga að sér rykagnir. Rykagnirnar virka þá sem eins konar sæði sem flýtir fyrir þéttingu rakans.

Breytileg skýjahula þýðir auðvitað breytilegt endurkast sólarljóss, þannig að mismikill sólarylur nær að skína á jörðina.

“Mikil virkni sólar -> mikill sólvindur -> minni geimgeislar -> minna um ský -> minna endurkast -> hærra hitastig” !

Augu vísindamanna beinast nú að þessum þætti og stendur jafnvel til að gera tilraun til að staðfesta kenninguna með tilraunum hjá CERN í Sviss.

Á myndinni er dökki ferillinn breyting í skýjahulu með 12 mánaða meðaltali (Í prósentum, kvörðun á lóðrétta ásnum vinstra megin, running average). Granni ferillinn sýnir mánaðarmeðaltal nifteinda samkvæmt mælingum í Climax, Colorado (lóðrétti ásinn hægra megin). Fylgnin er r = 0,95.

Ef þessi kenning reynist rétt, þá þurfum við ekki lengur að efast um hvað veldur hitabreytingum á jörðu!

 

Breytileg skýjahula þýðir auðvitað breytilegt endurkast, þannig að mismikill sólarylur nær að skína á jörðina. Í stuttu máli: “Mikil virkni sólar -> mikill sólvindur -> minni geimgeislar -> minna um ský -> minna endurkast sólarljóss -> hærra hitastig”.

Það er ekki aðeins í tímaritinu The Economist sem fjallað hefur verið um þessa athyglisverðu kenningu. Um hana hefur verið skrifað í fjölmörg erlend blöð og tímarit undanfarið.

Breytileg útgeislun á útfjólubláu ljósi. Sé sólin mynduð í útfjólubláu ljósi (mynd 5) kemur fram ótrúlegur munur milli þess sem sól er í lægð og þegar hún er í hámarki. Þessi munur er hlutfallslega mun meiri en í heildarútgeislun. 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 sólblettasveifluna, sem raktar eru til breytinga í útgeislun sólar á útfjólubláu ljósi.

Það þarf ekki að koma á óvart að smávægilegar breytingar í virkni sólar geti haft áhrif á veðurfar. Sólin er okkar eini varmagjafi og nær hún að hita jörðina um næstum 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 aðeins ef breytingin nær yfir nokkra áratugi vegna dempunaráhrifa hafsins.

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 (mynd 9). Samkvæmt mælingunum hefur ekki hlýnað í 0-8 km hæð á þessu tímabili, öfugt við það sem mælingar hefðbundinna veðurathugunarstöðva “við yfirborð” hafa sýnt. Ef eitthvað er, þá hefur kólnað örlítið! Mælingar hafa verið bornar saman við mælingar gerðar með veðurathugunarbelgjum 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 koltvísýringi. Þar sem þetta er ný mæliaðferð hefur hún sætt nokkurri tortryggni, en traust vísindamanna á tækninni fer vaxandi, og telja margir hana gefa réttari mynd af hitabreytingum lofthjúpsins 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. Sólstjörnur sem líkjast okkar sól eru í rannsókn (Baliunas) og gefa þær til kynna áþekkar sveiflur og hér hefur verið fjallað um (mynd 10). 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 koltvísýrings og breytingar í virkni sólar. Vandamálið 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 völdum breytinga í útgeislun sólar og um helmingur af mannavöldum. Nokkrir þekktir vísindamenn telja að áhrif sólar geti þó verið mun meiri, og skýri að mestu þær veðurfarsbreytingar sem mælst hafa á undanförnum öldum og áratugum.

Vandamálið við lausn gátunnar liggur meðal annars í því að verið er að mæla mjög litla hækkun á hitastigi í umhverfi þar sem náttúrulegar sveiflur eru a.m.k. jafn miklar og merkið sem verið er að leita að. Það flækir málið enn frekar að ekki eru allir sem treysta því að mat manna á hækkun hitastigs s.l. 150 ára sé rétt. Breytingin sem mælingar gefa til kynna eru ekki mikið meiri en nákvæmni mælitækjanna sem notuð hafa verið frá því er mælingar hófust. Áhrif frá vaxandi byggð getur einnig skekkt langtíma mælingu.

Óskir um skynsamlegar aðgerðir.

Margir virtir vísindamenn hafa undanfarið varað eindregið við þeim hræðsluáróðri sem haldið hefur verið fram undanfarið af fólki sem ekki getur séð hlutina í samhengi og einblínir á einahugsanlega skýringu á sveiflum í hitastigi. Þeir vilja fara að öllu með gát og stórefla rannsóknir á málinu. Það er að sjálfsögðu nauðsynlegt að skilja vandamálið áður en ráðist er í að ráða bót á því.

Ef virtir vísindamenn með þá bestu yfirsýn sem hægt er að hafa eru með áhyggjur, þá ættum við líka að hafa áhyggjur. Það er þó næsta víst að sólin á eftir að varpa minni yl á okkur aftur, og þá mun væntanlega kólna nokkuð aftur, eins og sagan hefur kennt okkur. En við erum svo fljót að gleyma. Hver veit nema innan skamms verði aftur farið að spá nýrri ísöld eins og gerðist þegar veður fór kólnandi milli 1950 og 1970. Þó getur vel verið að áhrif koltvísýrings eigi eftir að vinna á móti hugsanlegri kólnun. Tíminn á eftir að leiða það í ljós.

Íslensk vefsíða um veðurfarsbreytingar.

Hér hefur aðeins verið stiklað á mjög stóru, enda efnið mjög viðamikið. Á vefsíðunni http://www.rt.is/ahb/sol eru fjölmargar myndir og gröf um þessa hlið gróðurhúsavandamálsins, ásamt tengingum við aðrar vefsíður sem fjalla um þessi mál, þ.á.m. tenging við vefsíður þar sem yfirlýsingar vísindamannanna eru birtar í heild. Þar eru m.a. tengingar við vefsíður flestra alþjóðlegra stofnana sem vinna að rannsóknum á veðurfarsbreytingum, svo sem á vegum Sameinuðu þjóðanna. Einnig er hægt að tengjast þaðan NASA og kynnast þeirra aðferðum og skoða mæligögn. Með hjálp veraldarvefsins er auðvelt að kynnast því nýjasta í þessum fræðum og rökræðum um hvað rétt sé og hvað sé rangt. Auðvelt er að tengjast erlendum gagnasöfnum og sækja þangað veðurfarsgögn og gögn um sólina. Þannig er unnt að gera sína eigin könnun ef vilji er til!

Tilgangurinn með þessum skrifum og vefsíðunni er ekki að kasta rýrð á kenninguna um að aukning koltvísýrings valdi hitastigshækkun, heldur að benda á að sú hækkun sem við höfum orðið vör við undanfarið er á engan hátt einstök í sögunni; hitastig hefur oft áður sveiflast jafn mikið án þess að koltvísýringur komi til. Tengslin við áhrif sólarinnar eru mjög líkleg, og virðist fylgnin við mælanlegar breytingar í sólinni mjög greinileg. Þessi hlið málanna hefur fengið töluverða umfjöllun erlendis, sérstaklega í Bandaríkjunum. Einnig hafa Danir verið duglegir við að fjalla um tengsl sólar og veðurfars, enda eiga þeir mjög færa vísindamenn á því sviði.

Að sjálfsögðu er nauðsynlegt að líta til allra þátta sem skipt geta máli við rannsóknir á veðurfarsbreytingum og láta ekki stjórnast af fordómum og tilfinningum. Augu vísindamanna hafa beinst mikið að samspili hitafars og reglubundinna breytinga í sólinni. Að öllum líkindum munum við frétta mikið frá þessum vígstöðvum á næstu árum.

Vonandi vekur þessi grein fleiri spurningar en hún hefur svarað. Ef svo er, þá er tilganginum náð!

(Myndin um samspil hitastigs á jörðinni frá 1740 og virkni sólar er gerð eftir myndum í Sky & Telescope og The Astrophysical Journal; greinar eftir Dr. Sallie Baliunas og Dr. Willie Soon sem eru vísindamenn hjá Harward-Smithsonian Center for Astrophysics og Mount Wilson Institute. Birting er með leyfi Dr. Baliunas.

 

Myndin sem sýnir samband hitastig jarðar og breytingar í virkni sólar frá landnámi er unnin upp úr grein Dr. Bradley E. Schaefer prófessors við Yale háskóla í tímaritinu Sky & Telescope og birt með leyfi hans. Einnig er stuðst við rannsóknir Dr. J. Eddy á fráviki C-14 samsæta).

ÁHB

NIÐURLAG
eftir Halldór Jónsson verkfræðing

Ég er bóndi og allt mitt á
undir sól og regni.

Svo mælti Klettafjallaskáldið og í víðari skilningi er þetta það, sem allt vort mannlíf byggist á. Án sólarorkunnar og vatnsins erum vér við menn lítils megnugir.

En vér getum ekki lifað á þessu tvennu ómyndbreyttu. Við verðum að breyta þessu í fæðu með einum eða öðrum hætti. Jörðina á mannkynið saman, um það er ekki deilt.

Á þessari öld hafa miklar hörmungar gengið yfir mannkyn af völdum stórasannleiksmanna. Einokun hugsunar er hið skelfilegasta form harðstjórnar, sem hugsast getur. Því er það ill athöfn, að sitja í fílabeinsturni sínum og krefjast þess að fátækt fólk hætti að bjarga sér, þegar það á ekki annars úrkosti. Það var til að mynda ömurlegt að koma til Kulusuk og sjá hvernig ógrunduð æsingamennska hinnar auðugu Birgittu Bardot gat verðfellt hinu einu kú fátæka mannsins þar, – selinn, – svo að fólkinu þar voru allar bjargir bannaðar. Og þó að fjörðurinn væri iðandi af laxi, þá máttu frumbyggjar ekki veiða hann vegna samninga sem Danir höfðu gert við ríka sportveiðimenn .

Hvernig getur Bandaríkjastjórn til dæmis ætlast til, að fátækir bændur í Kólumbíu neiti sér um að rækta þá einu afurð, sem Bandaríkjamenn vilja af þeim kaupa, án þess að eitthvað komi í staðinn ? Hvernig geta hinar auðugu iðnaðarþjóðir heims krafist þess, að Íslendingar byggi ekki fleiri álver vegna losunar koltvísýrings án þess að eitthvað komi í staðinn ? Þarf ekki í því samhengi að huga að því, að jarðvegseyðing á Íslandi bindur meiri koltvísýring en allur fiskiskipaflotinn, bílarnir, eldfjöllin og komin og ókomin álver losa? Getum vér Íslendingar leyft oss annað en að heyra fyrst allar hliðar hvers máls svo sem gerðu göfugir fornmenn?

Verðum vér Íslendingar ekki að líta til þess, hvað Vostock ískjarnarnir segja oss um koltvísíringssögu jarðar, áður en vér förum að taka þátt í heimsverzlun um koltvísýringskvóta ? Eða þá undirrita samþykktir um afleiðingar kenninga um gróðurhúsaáhrif á jörðu, án þess að gefa gaum að orðum þeirra Dr. Feynmanns og Árna Magnússonar um almennt eðli kenninga ?

Var vísindalegur grunnur þeirra gróðurhúsamanna í Kyoto nægilega traustur til þess, að vér, -núlifandi Íslendingar-, séum til þess bærir, að ákvarða um lífskjör þjóðar vorrar um næstu aldir?

Halldór Jónsson

— — —

 
 

 

 

Sólsveiflan og UV myndir
Mynd 5. Sólsveiflan

Þessi mynd sýnir okkur 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 sólsveiflutímabil. (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 (reyndar sá hæsti síðan reglubundin talning hófst 1755), en næsti toppur 1969 lágur. Síðustu tveir topparnir hafa verið fyrir ofan meðallag, og virðist sá næsti sem verður í hámarki um árið 2000 ætla að veða af svipaðri stærð og sá síðasti. Ef grannt er skoðað má sjá að lengd sólblettasveiflunar er breytileg.

Almennt má segja: “Mikil virkni -> margir sólblettir í hámarki -> stutt sólblettasveifla”.

Myndir sem þessar eru teknar daglega af sólinni. Notaðar eru sérstakar myndavélar sem næmar eru fyrir ósýnilegu útfjólubláu ljósi og röntgengeislum. Á veraldarvefnum er hægt að fylgjast með breytingum á sólinni frá degi til dags, því nýjar myndir eru birtar þar daglega.

 

 
 

 

 

Hitafar síðustu 800.000 ára
Mynd 6. Hitafar síðustu 900.000 ára.

Við sjáum á þessum myndum að hitastig jarðar á það til að sveiflast verulega og er fjarri því að vera stöðugt. Hinar gífurlegu hitasveiflur þegar ísaldir koma og fara er kafli út af fyrir sig. Þar koma væntanlega önnur áhrif til en breytileg virkni sólar, svo sem Milankovitch áhrifin.

Við höfum mestan áhuga á að skoða neðsta ferilinn. Hlýindin á fyrstu árum Íslandsbyggðar hafa varla stafað af koltvísýringsmengun. Erum við fyrst nú að komast út úr litlu ísöldinni?

Tökum eftir því að á neðstu myndinni nær lóðrétti skalinn aðeins yfir 2°C en 7-8°C á efri myndunum. Núverandi hitastig er sýnt með brotalínu.

 

 

 
 

 

 

Kenning Milankovitch
Mynd 7. Milankovitch kenningin.

Árið 1941 setti stærðfræðingurinn Milutin Milankovitch fram kenningu sem skýrt getur hvers vegna mikil kólnun verður með tiltölulega löngu millibili. Hann reiknaði út samanlögð áhrif breytinga á möndulhalla (obliquity, 40.000 ára sveifla), möduveltu (precession, sbr. skopparakringlu, 20.000 ára sveifla) og braut jarðar umhverfis sólu (eccentricity, 100.000 ára sveifla).

Niðurstaðan á neðsta ferlinum sýnir hvenær líkur eru köldum og heitum tímabilum á norðurhveli jarðar, og að á kuldaskeiðum fá staðir á 60°N aðeins sama varma frá sólinni (insolation) og staðir á 80°N fá nú! Neðsti ferillinn nær 200.000 ár aftur í tímann og 100.000 ár fram í tímann!

Síðari tíma rannsóknir sýna að fjöldi smærri atriða hefur áhrif á heildarmyndina, en kenning Milankovitch er samt sem áður mjög áhugaverð og vel þekkt. Hún skiptir þó ekki máli þegar við skoðum breytilega virkni sólar og hitafar síðustu alda.

 

 
 

 

 

Jörðin og sólvindurinn
Mynd 8. Geimveður (space weather)

Hvað er geimveður? Langt er síðan menn uppgötvuðu að sólin hefur ýmiss konar áhrif á jörðu niðri. Þekktust eru norðurljósin. Geimurinn er alls ekki tómur. Hann er fullur af orkuhlöðnum ögnum, fótónum (ljóseindum), raf- og segulsviði, og geimgeislum. Þéttleikinn er ekki mikill, en þó nægur til að hafa áhrif á daglegt líf okkar á jörðinni. Segja má að jörðin sé í ystu lögum sólarinnar, sem er sólvindurinn. Sólvindurinn er rafagnaský sem streymir með ógnarhraða (400-800 km/s) frá yfirborði sólar og umlykur þess vegna jörðina. Styrkur sólvindsins breytist með 11 ára sólsveiflunni.

Stundum verða sólgos á sólinni og öflugir sólstormar geysast frá henni. Lendi slíkur stormur á jörðinni getur hann haft töluverðar afleiðingar á jörðu niðri. Þekkt dæmi er frá 13. mars 1989 þegar mikill sólstormur varð þess valdandi að stór hluti raforkudreifikerfisins í Kanada og Bandaríkjunum hrundi. Í jörðinni spanast straumur með um 5V spennu á kílómetra. Þessi straumur er nægur til að valda mettun í járnkjarna háspennu-spennubreyta sem tengdir eru löngum háspennulínum. Þetta veldur síðan hitaáhrifum og getur truflað svokallaðar liðaverndareiningar í dreifikerfum rafmagns. Miklar truflanir geta orðið á fjarskiptum á stuttbylgju svo og á staðsetningarkerfum. Þess vegna eru nú fjölmargar svokallaðar geimveðurstöðvar sem sífellt fylgjast með sólinni og gefa daglega út veðurspár um geimveðrið. Á veraldarvefnum er hægt að lesa nýjustu geimveðurspána.

Sólin er nokkuð skrautleg á þessari mynd, en hún er ekki bara stórt hvítt ljós á himninum. Hún er breytileg frá degi til dags og ári til árs og á það til að yggla sig.

 

 
 

 

 


MSU-1998
Mynd 9. Mælingar NASA sýna aðeins sveiflur í hitastigi.

Bandaríska geimferðastofnunin NASA mælir hitastig lofthjúps jarðar utan úr geimnum. Daglega eru gerða 30.000 mælingar yfir alla jörðina, jafnt í byggð sem óbyggðum. Mælingarnar sýna sveiflur í takt við sólblettasveifluna, stór eldgos (t.d. El Chichon 1982 og Mt. Pinatubo 1991) og fyrirbæri eins og El-Nino, en enga varanlega breytingu. Reyndar má greina smávægilega kólnun (0,02°C) frá 1979 til 1997.

Mælingum ber mjög vel saman við mælingar frá fjölda veðurathugunarstöðva sem senda reglulega upp veðurathugunarbelgi. Margir telja að þessi mælitækni gefi réttari mynd af lofthjúpnum en mælingar á jörðu niðri, sem aðeins ná til hluta jarðar.

 

 
 

 

 

Mynd 10. Rannsóknir á sólstjörnum.

Rannsóknir á fjölmörgum stjörnum sem líkjast okkar eigin sól hjálpa stjörnufræðingum að skilja eðli og dynti sólarinnar.

Vinstra megin eru tvær myndir sem sýna breytingar í birtu og segulvirkni okkar eigin sólar í tvo áratugi.

Hægra megin eru tvær myndir sem sýna breytingar í birtu og segulvirkni sólstjörnunnar HD-10476.

Báðar sýna þær svipaða hegðun.

Úr tímaritinu Sky & Telescope, desember 1996. Dr. Sallie Baliunas og Dr. Willie Soon hafa stundað rannsóknir á eðli sólstjarna í áratugi og skrifað greinar um samspil sólar og veðurfars. Hjá Mount Wilson Observatory er reglulega fylgst með um 100 sólstjörnum til að öðlast betri skilning á okkar eigin sól.

 

 
 

 

 

Sólblettir frá upphafi talninga
Mynd 11. Sólblettir frá 1610.

Þessi mynd er fengin á vefsíðunni hjá Mount Wilson Observatory þar sem miklar rannsóknir á sólinni og sólstjörnum fara fram. Fyrstu reglulegar athuganir eru frá miðri 18. öld og er sveiflan sem var í hámarki um 1760 kölluð númer 1, en sólblettasveiflan sem var í hámarki um 1990 er númer 22. Eins og sést á þessari mynd, þá er saga sólbletta þekkt þó nokkuð lengur. Hið velþekkta Maunder lágmark á seinni hluta 17. aldar er áberandi. Í byrjun 17. aldar eru athuganir stopular og ferillinn slitróttur.

Eins og sjá má, þá er hæð sólblettasveiflunar mjög mismunandi, allt frá því að engir sólblettir sjást upp í sólblettatöluna 200 árið 1958. Vel má greina breytingar sem virðast í takt við hitafarsbreytingar.

Meðaltími sólblettaveiflunnar er um 11 ár, en í reynd breytilegur 8 til 15 ár. Yfirleitt hafa sólblettatímabil sem rísa hratt háan topp. Almennt má segja: “Stutt sólblettasveifla fylgir hárri sólblettatölu” og öfugt.

Svokallaða Gleissberg sveiflu (u.þ.b. 100 ár) má greina sem hámörk um 1770 , 1850 og 1960.

 

 
 

 

 

Mynd 12. Samspil geimgeisla, sólvindar og skýjafars.

Kenning sem vakið hefur heimsathygli er ættuð frá Danmörku. Kenningin er þessi:
Sólvindurinn er rafagnagas sem streymir frá yfirborði sólar. Þegar virkni sólar er í hámarki er sólvindurinn einnig meiri en venjulega. Þegar sólvindurinn er sterkur skýlir hann betur jörðinni fyrir geimgeislum. Sem sagt: Þegar virkni sólar er mikil, þá eru geimgeislar 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 sólar 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 gervihnattamyndir af skýjafari frá árinu 1979. Í ljós kom að þegar geimgeislar eru veikastir 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 háloftunum. Jónirnar flytja hleðslu yfir á vatnsdropa sem draga að sér rykagnir. Rykagnirnar virka þá sem eins konar sæði sem flýtir fyrir þéttingu rakans.

Breytileg skýjahula þýðir auðvitað breytilegt endurkast, þannig að mismikill sólarylur nær að skína á jörðina.

“Mikil virkni sólar -> mikill sólvindur -> minni geimgeislar -> minna um ský -> minna endurkast -> hærra hitastig” !

Augu vísindamanna beinast nú að þessum þætti og stendur jafnvel til að gera tilraun til að staðfesta kenninguna með tilraunum hjá CERN í Sviss.

Á myndinni er dökki ferillinn breyting í skýjahulu með 12 mánaða meðaltali (Í prósentum, kvörðun á lóðrétta ásnum vinstra megin, running average). Granni ferillinn sýnir mánaðarmeðaltal nifteinda samkvæmt mælingum í Climax, Colorado (lóðrétti ásinn hægra megin). Fylgnin er r = 0,95.

Ef þessi kenning reynist rétt, þá þurfum við ekki lengur að efast um hvað veldur hitabreytingum á jörðu!

 

 
 

 

 

Mynd 13. Óskir um skynsamlegar aðgerðir.

Margir virtir vísindamenn hafa undanfarið varað eindregið við þeim hræðsluáróðri sem haldið hefur verið fram af fólki sem ekki getur séð hlutina í samhengi og einblínir á eina hugsanlega skýringu á sveiflum í hitastigi. Þeir vilja fara að öllu með gát og stórefla rannsóknir á málinu. Það er að sjálfsögðu nauðsynlegt að skilja vandamálið áður en ráðist er í að ráða bót á því.

 

Sem dæmi má nefna “Statement by Atmospheric Scientists on Greenhouse Warming” þar sem um 50 vísindamenn í loftlagsfræðum (flestir með doktorspróf og margir prófessorar við virta háskóla) segja ílok yfirlýsingarinnar:

“…Við höfum áhyggjur af því, hvernig áróðursmenn, sem vilja stöðva vöxt orku og efnahagslegra framfara, sækja fram með róttæka stefnu án þess að taka tillit til nýlegra breytinga á hinum vísindalega grunni. Við óttumst að flaustur við það, að koma á hnattrænum takmörkunarreglum muni hafa stórslysaleg áhrif á hagkerfi heimsins, á atvinnu, lífskjör og heilsugæslu manna og að þessi áhrif verði alvarlegust fyrir þróunarríkin og hina fátæku. ”

 

Hópur þekktra vísindamanna, þar á meðal 70 Nóbelsverðlaunahafar hafa skrifað undir The Heidelberg Appeal”. Þar segir meðal annars:

“…Við viljum leggja okkar af mörkum til að varðveita sameiginlega arfleifð okkar, jörðina.

Við höfum aftur á móti áhyggjur af því að við upphaf 21. aldar er að koma fram óraunhæf hugmyndafræði sem er í andstæðu við vísindalega og verklega framþróun…..

Við viljum vara þau yfirvöld sem ráða yfir örlögum reikistjörnu okkar við ákvörðunum sem styðjast við gervivísindaleg rök sem eru röng og málinu óviðkomandi…”

 

 

 
 

 

 

Mynd 14. Ódýr sólgleraugu á jörðu eða Kyoto?

Nú þegar menn hafa áttað sig á því að trúlega hefur blessuð sólin verið að stríða okkur eru menn farnir að brosa út í annað og gera grín að öllu saman. Ef hækkun hitastigs um minna en 1°C er svona óskaplega hættuleg lífi á jörðu, verðum við að bregðast við því á einhvern hátt. Þetta er þó alls ekkert grín, heldur dauðans alvara.

Teller upp á sitt bestaMaður er nefndur Dr. Edward Teller; oft kallaður faðir vetnissprengjunnar. Teller, sem fæddist í Ungverjalandi 1908, lauk doktorsnámi í Göttingen 1930 undir handleiðslu Werners Heisenberg og starfaði um tíma með Niels Bohr í Kaupmannahöfn. Hann fluttist til Bandaríkjanna 1935 og gerðist þá prófessor við George Washington University. Hann vann síðar með mönnum eins og Einstein, Oppenheimer og Fermi. Hann er meðal þekktustu vísindamanna heims og hefur hlotið margar viðurkenningar svo sem “Albert Einstein Award”. Á þessum myndum sést meistarinn á sínum bestu árum, og þegar aldurinn er farinn að færast yfir hann. Hann stendur þá við minnismerki af sjálfum sér!

Dr. Teller hefur komið fram með snjalla lausn á “vandamálinu” sem hermilíkön IPCC hafa spáð fyrir um. Hann bendir á að koma megi fyrir sólskermi úr smáögnum í lofthjúpnum og draga þannig agnarlítið, en nægilega, úr geislum sólar. Þetta er sama fyrirbæri og við verðum vör við eftir eldgos (t.d. Pinatubo 1992), og því ekkert ónáttúrulegt. Dr. Teller hefur slegið á kostnaðinn við slíkar aðgerðir og fengið út 100 til 1000 miljón bandaríkjadala á ári, sem er þó aðeins 0,1 til 1% af kostnaði Bandaríkjamanna einna við fyrsta áfanga aðgerða skv. Kyoto.

Kosturinn við aðgerðir sem þessar eru að þær vinna á móti hækkun hitastigs á jörðu, hvort sem þær eru af völdum koltvísýringshækkunar, eða bara duttlungar í sólu. Reynist hið síðarnefnda vera helsta ástæða hitastigshækkunar, og sólin fari að kólna aftur, þá þarf ekki annað að gera en taka ofan sólgleraugu jarðar. Það tæki jörðina ekki langan tíma að ná jafnvægi aftur, svona eitt til tvö ár eins og eftir eldgos.

En, hvaða áhrif hefði þetta á líf okkar Íslendinga? Ef við lækkum hitastigið um hálfa gráðu, þá verður sama ástand hjá okkur og á síðustu öld þegar þúsundir Íslendinga urðu að flýja land vegna kulda. Hvort viljum við hafa hafís og óáran, eða sæmilega gott veður eins og nú, eða ennþá betra veður eins og Snorri Sturluson og Ari fróði nutu? Ættum við nokkrar bókmenntir frá söguöld ef hér hefði ríkt kuldi og óáran á þeim tíma?

Þið sem viljið lækka hitastigið, – vinsamlegast réttið upp hönd! Tæknin er til! Aftur til litlu ísaldar!

 

 

 
 

 

 

Hiti í Reykjavík hefur lítið breyst
Mynd 15. Áreiðanleiki hitamælinga.

Fróðlegt getur verið að skoða hitaferla frá mismunandi stöðum. Það merkilega kemur í ljós að víða mælist lítil sem engin varanleg hækkun hitastigs, en annars staðar veruleg. Augu margra hafa beinst að úrvinnslu mæligagna og túlkun þeirra. Er hægt að treysta þessum gögnum?

Við skulum hafa í huga að verið er að mæla hitastigsbreytingar sem eru á mörkum þess sem mælitæknin leyfir. Við erum að eltast við breytingar sem eru aðeins 0,1 °C, en mælarnir eru jafnvel enn í dag kvarðaðir í hálfum gráðum. Samkvæmt staðli getur skekkja þeirra í dag numið 0,2°C. (T.d. staðallinn BS692:1990) Hvernig voru þeir hitamælar sem notaðir voru á síðustu öld?

Hvað veldur? Til eru nokkrar kenningar og skal hér aðeins minnst á fáeinar:

Ein kenning er sú að ekki sé nægilega vandað til mælinga. Mælarnir sýna sums staðar hækkun, en orsök hækkunarinnar er staðbundin og stafar af vaxandi þéttbýli. Mælistöðvar, sem upphaflega var valinn staður utan þéttbýlis, eru smám saman komnar inn í byggð þar sem hitapollar af malbiki og byggingum valda misvísun.

NASA hefur nýlega verið að kanna áhrif byggðar á hitastig. Í ljós hefur komið að hitastig í borgum er mun hærra en í dreifbýli. Auk áhrifa frá malbiki og húsum benda þeir á þá staðreynd að gróður veldur staðbundinni kælingu. Uppgufun rakans krefst varmaorku, og er því svalara í stórum görðum stórborga en annars staðar. Sjá frétta-vefsíðu NASA http://science.msfc.nasa.gov (“Other Recent Headlines” neðst á vefsíðunni).

John Daly í Ástralíu hefur borið saman hitaferla frá tugum veðurstöðva, þar á meðal frá Reykjavík. Hann sér greinilegan mun á góðum veðurstöðvum og óvönduðum. Hann virðist telja veðurathugunarstöðina í Reykjavík meðal góðra stöðva, og er meðfylgjandi hitaferill frá vefsíðu hans.

Önnur kenning beinir sjónum að viðhaldi mælikassa. Séu þeir ekki reglulega málaðir drekka þeir í sig hitageisla og skekkja mælingar. Þessi hætta er fyrst og fremst fyrir hendi í fátækum ríkjum.

Hiti í USA hefur lítið breyst
Hvernig ætli standi á því að meðalhiti í Bandaríkjunum sýnir ekki sömu hækkun hitastigs og heimurinn allur? Eða þá hitaferill fyrir Reykjavík? Eru sumar veðurstöðvar áreiðanlegri en aðrar?

 

 
 

 

 

Aukinn vaxtarhraði gróðurs
Mynd 16. Koltvísýringur; eitur eða matur?

Koltvísýringur er nauðsynlegur öllu lífi á jörðinni. Plöntur anda honum að sér og mynda með hjálp sólarljóssins fjölsykrunga. Þær anda síðan frá sér súrefni. Þetta þekkja vel íslenskir gróðurhúsabændur, því þeir losa koltvísýring úr gasflöskum í gróðurhús sín í því skyni að örva vöxt gróðursins.

Nú má velta einu fyrir sér. Hvaða áhrif hefur hækkun koltvísýrings í andrúmsloftinu á gróðurfar jarðar? Hvernig er með heyfeng íslenskra bænda? Eða kornrækt í útlöndum? Í erlendum blöðum hafa sést vangaveltur um þessa hlið málsins, og eru samkvæmt þeim áhrif á vöxt gróðurs veruleg.

Eitt enn. Aukin vöxtur gróðurs þýðir meiri upptaka koltvísýrings úr andrúmsloftinu. Enn eitt dæmi um að lofthjúpurinn leitar jafnvægis.

Fróðlegt væri að sjá grein íslenskra sérfræðinga um þessa hlið málsins.

Fátt er svo með öllu illt, að ekki fylgi því eitthvað gott.

 

 
 

 

 

Vostok ískjarninn
Mynd 17. Hænan eða eggið… Hvort kom á undan?

Hafið geymir í sér gríðarmikinn forða af koltvísýringi, eða um 50 sinnum meira en lofthjúpurinn. Hluti af koltvísýringi lofthjúpsins binst hafinu svipað og kolsýran í gosdrykk.

Ef skoðaðir eru ferlar sem sýna magn koltvísýrings í andrúmsloftinu í þúsundir ára ásamt hitastigi lofthjúpsins kemur merkilegt í ljós. Meðfylgjandi mynd sýnir mælingar á ískjörnum frá Vostok stöðinni á Suðurskautslandinu. Stundum hafa orðið gríðarlegar sveiflur í koltvísýringi samfara breytingum í hitastigi. Nú vaknar áleitin spurning: Getur verið að hækkun hitastigs lofthjúpsins og sjávar valdi öðru jafnvægi í innbyrðis hlutfalli koltvísýrings í lofthjúpnum og hafinu? Hvort er það aukning koltvísýrings sem veldur hækkuðu hitastigi, eða öfugt? Við vitum hvað gerist þegar gosdrykkur er hitaður; kolsýran rýkur úr honum.

Það er þó ólíklegt að þetta skýri alla aukningu koltvísýrings sem mælst hefur á síðustu áratugum, en við verðum að skoða alla þætti málsins. Aukning CO2gæti verið að hluta til af mannavöldum og að hluta til sem afleiðing af hækkuðu hitastigi.

Hvað segja hafeðlisfræðingar um þessi mál?

 

 
 

 

 

Mynd 18. Afturverkun með og á móti.Breyting í magni koltvísýrings í lofthjúpnum veldur breytingum í hitastigi hans. Um það verður ekki deilt. Sama gildir um áhrif breytilegrar virkni sólar.

Eitt að erfiðari vandamálunum er að skilja óbein eða afleidd áhrif. Alls konar afturverkun, með og á móti (positive, negative feedbacks), flækir málið umtalsvert.

Rakinn í lofthjúpnum er eitt af erfiðari vandamálunum. Rakinn er mjög öflugt “gróðurhúsagas”, og hefur mun meiri áhrif til hækkunar hitastigs en koltvísýringur.

Hugsum okkur að hiti lofthjúpsins hækki. Rakamagn í loftinu hækkar þar með. Þar sem rakinn er öflugt gróðurhúsagas getur þetta valdið enn meiri hækkun hitastigs.

En, – aukinn raki í lofthjúpnum getur valdið aukinni skýjamyndun. Skýin spegla hluta sólarljóssins aftur út í geiminn svo minni varmi nær til jarðar. Nú er það spurningin, hve mikil eru þessi áhrif, og hvort hefur vinninginn; það sem vinnur með hitastigsbreytingunni eða á móti?

Fjölmörg svipuð fyrirbæri, sem vinna með eða á móti eru í náttúrunni. Skilningur manna á þeim er enn mjög takmarkaður, og gerir það það að verkum að hermilíkön skila ekki enn þeim árangri sem af þeim er vænst.

Hermilíkan getur aldrei orðið betra en þekking þeirra manna sem smíða það. Þess vegna er það nauðsynleg forsenda þess að hægt sé að smíða hermilíkan sem virkar rétt, að skilningur á eðli lofthjúpsins sé fyrir hendi.

 

 
 

 

 

Mynd 19. Hermilíkön.Fjölmörg stærðfræðilíkön hafa verið gerð, en því miður hafa þau flestöll “brugðist” að einhverju leyti. Spádómar þeirra hafa ekki staðist tímans tönn. Stærðfræðilíkan getur aldrei orðið betra en þekking þeirra sem skapa það leyfir. Án efa eiga þau eftir að batna verulega á næstu árum eftir því sem þekking manna á lofthjúpnum vex. Það er ekkert einfalt línulegt samband milli hækkunar hitastigs af völdum koltvísýrings og magns hans í andrúmsloftinu, því alls konar afleidd áhrif vinna með eða á móti. (Positive and negative feedback – jákvæð og neikvæð afturverkun).

Gott hermilíkan af hegðun lofthjúpsins og svörun hans við ytra áreiti er án efa eitt öflugasta tæki sem menn hafa til að spá um framtíðina. Hermilíkanið er öflugt safn afleiðujafna (differential equation) sem lýsir hegðun kerfisins eins vel og hægt er út frá eðlifræðilegum forsendum. Tekið er tillit til margra þátta, sem ýmist magna upp eða vinna á móti áreitinu. Yfirleitt þarf að beita mikilli einföldun, því kerfið er flókið og samspil allra þátta ekki þekkt. Þegar hermilíkanið er prufukeyrt koma ýmsir hnökrar og misræmi í ljós, sem þarf að finna skýringu á og lagfæra. Þannig er reynt að bæta líkanið smám saman. Hermilíkanið hefur þann kost að líkja má eftir áratugum á nokkrum mínútum eða klukkustundum.

Miklar umræður eru í gangi meðal vísindamanna um ágæti hermilíkana sem gerð hafa verið á vegum IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change, á vegum Sameinuðu Þjóðanna). “Gagnrýni” vísindamanna má ekki taka sem eitthvað neikvætt, heldur sem heilbrigðar umræður til að finna lausn á vandamálinu þegar misræmi kemur fram. Stundum þurfa menn e.t.v. að brýna raustina svo eftir þeim verði tekið, en það er bara mannlegt.

Sem dæmi um gagnrýni má nefna það að hermilíkan IPCC tekur ekki tillit til t.d. breytinga í virkni sólar. Ef ekki er breytt stærðum í líkaninu eins og magni koltvísýrings gerist ekki neitt, líkanið er kyrrstætt. Það gæti t.d. ekki spáð fyrir um góðærið á landnámsöld, litlu ísöldina og hitasveifluna miklu um 1830.

Hér er komið að aðal vandamálinu: Hvernig er hægt með nokkurri vissu að skilja í sundur eðlilegar breytingar í hitastigi (sem við ráðum ekki við), og breytingar af mannavöldum með hjálp hermilíkans sem ekki tekur tillit til náttúrulegra breytinga? Hugsum okkur að iðnbyltingin hefði ekki hafist enn: Hvernig væru breytingar í hitastigi þá? Náttúrulegum sveiflum má líkja við truflun (noise) sem yfirgnæfir merkið sem við erum að leita að.

Gagnrýni á hermilíkön sem eru í notkun í dag beinist mest að þesum þætti; það gengur ekki nógu vel að skilja kornið frá hisminu, eða merkið frá bakgrunns-suðinu. Sífellt er verið að fikta í hermilíkaninu til að fá það til að fylgja eftir mældum sveiflum.

IPCC spádómarSpádómar IPCC eru að nokkru leyti byggðir á spádómum hermilíkana. Þekking manna á vandamálin batnar ár frá ári. Hér má sjá hvernig spádómar IPCC hafa verið að breytast á síðasta áratug. Hverju ætli þeir muni spá í næstu skýrslu sem væntanlega kemur út um aldamótin?

Á vefsíðunni http://www.erols.com/dhoyt1/annex6.htm má sjá hvað sjálfir módelsmiðirnir hafa að segja um áreiðanleika hermilíkananna.

 

 
 

 

 

Mynd 20. Góð vísindaleg vinnubrögð og slæm.

Richard P. Feynmann (1919-1918; Nóbelsverðlaun í eðlisfræði 1965) sagði:

Richard Feynman

“Almennt sagt leitum við að nýjum lögmálum á eftirfarandi hátt. Við byrjum á tilgátu. Síðan reiknum við út afleiðingar tilgátunnar til að komast að raun um hvort tilgátan að lögmálinu fái staðist. Síðan berum við saman niðurstöður útreikningana við náttúruna sjálfa, við tilraunir eða við reynsluna, það er, berum hana beint saman við reynsluheiminn til að komast raun um hvort tilgátan að lögmálinu sé rétt. Ef tilgátan kemur ekki heim og saman við tilraunir, þá er hún röng. Þetta er hinn einfaldi lykill að vísindum.

Það skiptir ekki neinu máli hve tilgáta þín lítur vel út. Það skiptir engu máli hve mikill snillingur þú ert, sá sem kom fram með tilgátuna, eða hvað hann heitir. Ef hún stenst ekki tilraunir, þá er hún röng. Svo einfalt er það.

Annað sem ég vildi benda á er, að ekki er hægt að afsanna óljósa kenningu.

Ef tilgáta þín er illa fram sett og frekar óljós, og aðferðin sem þú notar til að reikna út afleiðingar tilgátunnar eru heldur óljósar, – þú ert ekki viss og segir sem svo “Ég held að allt sé í lagi, því þetta er meira og minna í samræmi við hitt og þetta og ég get næstum skýrt út hvernig það vinnur…”. Síðan verður þú hæstánægður þar sem ekki er hægt að sanna að tilgáta þín sé röng! Ef niðurstöður útreikninga eru óljósar, þá má með smá þekkingu setja fram hvaða niðurstöður tilrauna sem er þannig að þær líti út eins og búist hafði verið við.”

Kannast ekki allir við vinnubrögð eins og lýst er í seinni hluta tilvitnunarinnar?

Síðan fara menn að apa hver eftir öðrum án þess að kynna sér sjálfir hvernig í málinu liggur. Vitleysan gengur þannig mann frá manni og verður að nýjum forsendum sem magnar vitleysuna enn meir!

Okkar ágæta Árna Magnússyni varð að orði þegar óvísindaleg vinnubrögð gengu fram af honum:

“Svo gengur það til í heiminum, að sumir hjálpa erroribus á gang, og aðrir leitast síðan við að útryðja aftur þeim sömu erroribus.
Hafa svo hvorirtveggju nokkuð að iðja”

Orð þessara tveggja ágætu vísindamanna ættu að vera okkur holl ábending um að hugsa sjálfstætt, og taka ekki hugsunarlaust við öllum stórasannleik frá útlöndum, sérstaklega þegar pólitík er farin að hafa áhrif á hvað rétt sé og rangt í vísindum.

 

 
 

 

 

Mynd 21. Bækur og Alnetið

Til er ágæt bók um samspil sólar og veðurfars. Bókin heitir “TheThe Role of the Sun in Climate Change Role of the Sun in Climate Change”, og er eftir vísindamennina Douglas V. Hoyt (Senior Scientist, Hughes/STX Corporation) og Kenneth Schatten (Program Director for Solar Terrestrial Research, National Science Foundation). Bókin er mjög vel skrifuð. Bókina ættu allir að lesa sem vilja kynna sér málið. Hún virkar nokkuð fræðileg á köflum, en er auðlesin og auðskilin.
Bókin er 288 bls. með 122 myndum. ISBN 0-19-509414-X.

Í bók Hoyts vantar umfjöllun um nýjar kenningar félaganna Henrik Svensmark The Manic Sunog Egil Friis-Christensen o.fl. um áhrif sólvindsins á skýjafar.
Til er góð bók um þetta efni “The Manic Sun” eftir Nigel Calder, Pilkington Press, £24.95, ISBN 1-899044.

Íslensk vefsíða “Er jörðin að hitna – Ekki er allt sem sýnist”: http://www.rt.is/ahb/sol

Fjallað er um málið á aðgengilegan hátt. Á vefsíðunni er m.a. fjöldinn allur af tengingum við vefsíður er fjalla um hliðstæð mál úti í hinum stóra heimi.

Löng fræðileg vefsíða:

Solar Activity: A Dominant Factor in Climate Dynamics

eftir Dr. Theodor Landscheidt

Schroeter Institute for Research in Cycles of Solar Activity

Nova Scotia, Canada

http://www.microtech.com.au/daly/solar/solar.htm

 

 
 

 

[INNGANGUR]