Meteo Delfzijl

Ster inactiefSter inactiefSter inactiefSter inactiefSter inactief


Overactieve zon komt tot rust

Delfzijl, 18.01.08

De zon gaat onder. Voor de meeste mensen is er aan die zon weinig bijzonders te zien. Aan het oppervlak van de zon gebeurt niettemin van alles, de afgelopen ruim 60 jaar zelfs bijzonder veel. De komende 10 tot 15 jaar lijkt de zon weer wat tot rust te komen. Sommigen vermoeden dat ons klimaat hierdoor zal veranderen.

Na lange tijd zeer actief te zijn geweest, lijkt de zon de komende 10 tot 15 jaar geleidelijk weer tot rust te komen. Het komende zonnevlekkenmaximum (2011) pakt nog een keer groots uit, zo is de verwachting, maar het maximum daarna (rond 2022) lijkt een van de kalmste van de laatste eeuwen te worden. De grote vraag is wat voor invloed de veranderingen aan het oppervlak van de zon op het klimaat op aarde hebben?

Op dit moment bevinden we ons nog middenin een zonnevlekkenminimum. Het oppervlak van de zon is dan ook helemaal schoon; er is geen vlek te zien. Bron: spaceweather.com

Al lange tijd wordt vermoed dat de circa 11-jarige zonnevlekkencyclus (die zelf weer onderhevig is aan veel langer durende cycli) invloed heeft op het klimaat op aarde. Op dit moment bevinden we ons middenin een zonnevlekkenminimum. De zon is helemaal schoon, er zijn geen zonnevlekken te zien. De nieuwe cyclus, opbouwend naar het volgende maximum rond 2010 of 2011, is net begonnen en groeit waarschijnlijk opnieuw tot een sterk maximum uit met veel vlekken. Daarna lijkt de activiteit van de zon in korte tijd zeer sterk af te nemen, zo verwachten onder meer deskundigen van de NASA.

Zo ziet de zon eruit als er wel zonnevlekken zijn. Soms zijn het er nog meer dan op dit plaatje. Met het blote oog zijn ze vanaf de aarde dan te zien, met inachtneming van de gebruikelijke bescherming van het oog tegen de schadelijke straling van de zon.

Uit diverse onderzoeken is gebleken dat de zon sinds ongeveer 1940 actiever is dan nooit tevoren in een periode die tot minstens het jaar 850 teruggaat. Het gemiddelde aantal zonnevlekken blijkt de afgelopen ruim 60 jaar ongeveer 2,5 keer zo hoog te zijn geweest als het langjarige gemiddelde sinds dat jaar 850. Het nieuwe maximum, over een paar jaar, sluit, als alles uitkomt, nog steeds naadloos aan op die periode met grote zonneactiviteit. De verwachte verandering daarna is nu echter al zichtbaar, zo meent de NASA.

Plasmastromen

Aan het zonoppervlak bevinden zich massieve circulaties van vuurplasma (zie plaatje), bestaande uit twee stromingstakken die elk rond 40 jaar nodig hebben om hun hele route af te leggen. Het idee is dat die stromen bepalend zijn voor de manier waarop zonnevlekkencycli verlopen. Sinds de 19e eeuw beweegt de circulatie met een snelheid van circa 1 meter per seconde, ongeveer 3,5 kilometer per uur. De laatste jaren blijkt hij echter flink te vertragen, tot 0,75 meter per seconde aan de noordkant en 0,35 meter per seconde aan de zuidkant. Het is nog niet eerder voorgekomen dat die waargenomen snelheden zo laag waren.

De stromen van vuurplasma aan het oppervlak van de zon. Er is een noordelijke en een zuidelijke tak. Het tempo in de verplaatsing van het plasma is de laatste jaren sterk afgenomen, vooral in de zuidelijke tak. Omdat er een relatie is tussen de snelheid waarmee het plasma zich verplaatst en het aantal zonnevlekken dat op het zonoppervlak voorkomt, verwacht de NASA dat niet het komende zonnevlekkenmaximum, maar wel dat daarna een stuk zwakker zal worden. Het lijkt erop dat dergelijke perioden met verzwakte zonneactiviteit in het verleden samengingen met kouder weer op aarde. Bron: NASA.

Volgens de theorie is het zo dat de snelheid van plasmastromen - die ervoor zorgen dat zonnevlekken ontstaan, maar ook weer worden afgevoerd - op de zon een indicatie is voor het aantal zonnevlekken, ongeveer 20 jaar later. Een tragere stroom betekent daarbij minder vlekken. Het is om deze reden dat NASA verwacht dat het zonnevlekkenmaximum rond 2022 een van de allerzwakste van de laatste eeuwen zou kunnen worden, waarmee tevens een einde zou komen aan de nog lopende periode met een overactieve zon.

Voedselrellen

Inmiddels doen op het internet de wildste verhalen de ronde over een op handen zijnde koude periode op aarde, samenhangend met die later afnemende zonneactiviteit. Het nog maar net opgerichte Space and Science Research Center (SSRC) in Orlando in de VS heeft al een persbericht laten uitgaan waarin de verwachting van de NASA (al in 2006 gedaan) niet alleen wordt bevestigd, maar tevens versneld. Volgens de wetenschappers in Orlando zou ook de nu startende cyclus al door de veranderingen op de zon kunnen worden beïnvloed.

Directeur John Casey van het SSRC verwijst met betrekking tot de gevolgen hiervan voor de normale burger naar een eerder opgetreden, vergelijkbare gebeurtenis in de periode tussen 1793 en 1830 (zie plaatje). Toen waren veel minder zonnevlekken te zien tijdens de maxima van de diverse cycli. Het resultaat daarvan was onder meer een aantal bijzonder koude winters, afgewisseld toen door ook veel zachtere. In de koude jaren gingen verschillende oogsten verloren, kwam het tot voedselrellen en braken ziekten uit. Volgens Casey heeft het er alle schijn van dat het dit keer allemaal nog veel extremer zal uitpakken. Hij noemt dit al de belangrijkste klimaatgebeurtenis van deze eeuw. Maar is dit allemaal ook zo?

Een reconstructie van de zonnevlekkenminima en -maxima zoals die de laatste eeuwen zijn opgetreden. Duidelijk is de periode in de tweede helft van de 17e eeuw terug te zien, toen er nauwelijks vlekken aan het oppervlak van de zon zichtbaar waren. Ook de periode aan het begin van de 19e eeuw, met duidelijk verzwakte zonnevlekkenmaxima, komt duidelijk naar voren. NASA verwacht dat een dergelijke periode binnen 10 tot 15 jaar opnieuw aanbreekt. De vraag is wat de gevolgen hiervan voor het klimaat op aarde zijn. Bron: spaceweather.com

Geen zonnevlekken

Opvallende minima in de zonnevlekkencyclus zijn in de recente geschiedenis eerder voorgekomen. Zo werden in de tweede helft van de 17e eeuw vrijwel geen zonnevlekken waargenomen. Die periode viel samen met een uitgesproken koel tijdperk op aarde. Het aantal koude winters was daarbij duidelijk groter dan tegenwoordig. Dat zou er op duiden dat een periode van verlaagde zonneactiviteit leidt tot kouder weer op aarde. Een verhoogd aantal zonnevlekken zou verantwoordelijk kunnen zijn voor een tijdelijke opwarming. Zo bezien heeft ook de gewone elfjarige cyclus ook wellicht invloed op het aardse weer.

In het verleden zijn er, weten wetenschappers, ook meerdere perioden met een langdurig actieve zon opgetreden. Zo was er tussen de jaren 1100 en ongeveer 1250 een periode waarin de zon zeer actief moet zijn geweest. Ook toen lag het gemiddelde aantal zonnevlekken duidelijk boven de normaal (al was het aantal wel significant minder hoog dan de laatste ruim 60 jaar). Dat tijdperk viel samen met een ongewoon warme periode. De toenmalige Vikingen hielden er zelfs op Groenland een aantal bloeiende nederzettingen op na.

De vraag is natuurlijk hoe de veranderende activiteit van de zon het weer op aarde beïnvloed. Onderzoeken, die de laatste tijd zijn verschenen, hebben in elk geval laten zien dat de direct invallende zonnestraling tijdens een zonnevlekkencyclus zo weinig verandert, dat de waargenomen gevolgen voor het klimaat daar nauwelijks door veroorzaakt kunnen worden. Mogelijk spelen andere factoren een rol, die dat minuscule effect van de veranderende instraling kunnen versterken. Hoe dat mogelijk werkt, bekijken we nu.

Koolstof-14

Veranderingen in activiteit van de zon staan aan de basis van schommelingen in de hoeveelheid koolstof-14, die in de atmosfeer wordt aangemaakt. Uit de zon ontsnapt een gas met lage dichtheid, gevormd door protonen en elektronen en dit wordt de zonnewind genoemd. Vanuit de ruimte dringt ook andere (niet van de zon afkomstige en hoogenergetische) kosmische straling tot de aarde door. En het is deze kosmische straling die in de atmosfeer verantwoordelijk is voor de aanmaak van koolstof-14.

De verwachting van NASA voor de komende zonnevlekkencycli. Nummer 24 is de komende cyclus. Die lijkt nog zeer actief te verlopen. De cyclus daarna, nummer 25, ziet er een stuk zwakker uit. Bron: NASA.

Hoe groter de activiteit op de zon is en hoe sterker dus de zonnewind, des te minder van die 'andere' kosmische straling dringt tot de aarde door. Als gevolg daarvan wordt in de atmosfeer minder koolstof-14 aangemaakt. Heeft de zonneactiviteit een relatief laag niveau, dan bereikt juist meer kosmische straling de aarde en wordt relatief veel koolstof-14 aangemaakt.

In hoogvenen ligt veel informatie over klimaatsveranderingen opgeslagen. Tijdens koelere, nattere fasen in het klimaat wordt licht gekleurd veen gevormd dat uit resten van weinig vergane plantensoorten bestaat, die onder relatief vochtige omstandigheden groeien. Het veen uit warmere en drogere klimaatfasen is donkerder, sterker vergaan en er komen andere soorten planten in voor. Analyse van oude veenlagen kan zo informatie verstrekken over de afwisseling van perioden met een actieve en inactieve zon in het verleden.

Een bijzondere periode die op deze manier aan het licht is gekomen, is die rond het jaar 850 voor Christus. Toen moet er, zo hebben dergelijke onderzoeken van veenbodems laten zien, een periode met sterk verminderde zonneactiviteit zijn geweest. Niet alleen werd door het veel sterker doordringen van 'andere' kosmische straling (door het afnemen van de zonnewind) ineens veel meer koolstof-14 gevormd, ook wijst de veranderde veensamenstelling uit die periode op een afkoeling en een vernatting van het klimaat.

UV-straling

Het idee dat veranderingen in de activiteit van de zon tot klimaatveranderingen zouden kunnen leiden, blijft erg omstreden. Mogelijk treden tijdens zonnevlekkencycli andere factoren op die kleine veranderingen door zonneactiviteit kunnen versterken. Zo zijn de fluctuaties in UV-straling tijdens zonnevlekkencycli groot. UV-straling valt uiteen in de zogenoemde UV-A, UV-B en UV-C componenten. Van die componenten wordt UV-C straling geabsorbeerd door de ozonlaag, UV-B straling gedeeltelijk. UV-A straling kan de aarde geheel bereiken. Zowel van de B als de A component verbrandt onze huid.

Nu blijkt de door de zon uitgezonden hoeveelheid UV-C straling tijdens een zonnevlekkencyclus sterk te variëren. Hoe actiever de zon, des te groter is de hoeveelheid UV-C straling die wordt uitgezonden. Omdat UV-C tevens verantwoordelijk is voor de aanmaak van ozon in de ozonlaag, blijkt de dikte van die laag te variëren. Tijdens actieve perioden van de zon is de ozonlaag dus dikker, tijdens inactieve perioden juist dunner.

Ozon is een gas dat meer warmte direct uit de straling van de zon absorbeert dan andere bestanddelen van de aardse dampkring. Een dikkere ozonlaag leidt daardoor mogelijk tot een warmere stratosfeer (de ozonlaag bevindt zich op een hoogte van rond 20 kilometer in de atmosfeer). En een relatief warme stratosfeer wordt vaak in verband gebracht met een relatief zwakke straalstroom in de troposfeer (het deel van de atmosfeer waarin ons weer zich afspeelt) eronder. Een relatief dunne ozonlaag betekent zo door geredeneerd een relatief koude stratosfeer en in de troposfeer waarschijnlijk een relatief sterke straalstroom. Op die manier hebben veranderingen in de activiteit van de zon mogelijk dus invloed op het klimaat op aarde. De eerder beschreven klimaatveranderingen in het verleden lijken aan de hand van deze ontwikkelingen in elk geval redelijk goed te verklaren.

Verder lijkt het erop dat kosmische straling, die de ene keer meer dan de andere keer tot de aardatmosfeer weet door te dringen, een rol kan spelen bij wolkenvorming. Verhoogde kosmische straling (in geval van geringe zonneactiviteit) zou leiden tot extra condensatie van waterdamp, wolkenvorming en daarmee tot afkoeling en meer neerslag.

Klimaatverandering

De klimaatverandering rond 850 voor Christus is voor gebieden met een relatief hoge waterstand zeer ingrijpend van aard geweest. Grote delen van Noord- en Noordwest-Nederland werden plotseling onbewoonbaar omdat moerassen ontstonden. Ook elders in de wereld veranderde het klimaat op dat moment. De straalstroom werd zowel op het noordelijk als op het zuidelijk halfrond sterker en kwam dichterbij de evenaar te liggen.

Het weer in Europa, maar ook in beide Amerika’s werd sterker dan voorheen door regenbrengende storingen vanuit het westen gedomineerd. Gletsjers vertoonden een plotselinge sterke groei. Zelfs in het tegenwoordig koude, maar zeer droge noorden van Chili ontstonden tijdelijk gletsjers als gevolg van neerslagbrengende westenwinden.

De grote vraag is of je, op basis van de verwachte afname van de activiteit van de zon, ook nu zomaar kunt zeggen dat de eerder beschreven gebeurtenissen uit het verleden zich 1 op 1 zullen herhalen? Dat lijkt wat kort door de bocht, nu we ook met de gevolgen van de door het versterkte broeikaseffect opgewekte opwarming van de aarde te maken hebben. Die zorgt ervoor dat tropische gebieden zich noordwaarts uitbreiden en ook dat de straalstroom juist een steeds noordelijker positie lijkt in te nemen. Hoe de balans van die elkaar tegengestelde tendensen uiteindelijk uit zal pakken, mocht dit alles gaan gebeuren, is niet aan te geven. Er klakkeloos van uitgaan dat het kouder zal worden, ligt evenwel niet voor de hand.

Bronnen: Meteo Consult, NASA, SSRC, Spaceweather.com, Stichting Klimaat.