Die Sonne und das Klima

Veränderungen im Spektrum unseres Zentralgestirns beeinflussen das Klima – und führen zu Zweifeln an den bisherigen Klimamodellen.

Die totale Strahlungsintensität der Sonne ändert sich im Verlauf eines elfjährigen Aktivitätszyklus nur um geringfügige 0,1 Prozent. Satellitenmessungen in den Jahren 2004 bis 2007 - in der abfallenden Phase des letzten Zyklus - haben jedoch eine überraschend starke Abschwächung im ultravioletten und einen ausgleichenden Anstieg im sichtbaren Spektralbereich gezeigt. Ein Team britischer und amerikanischer Forscher hat nun den Einfluss dieser spektralen Änderungen auf die irdische Atmosphäre untersucht - und ist auf kontraintuitive Konsequenzen gestoßen: So heizt sich die untere Atmosphäre auf, obwohl die Sonnenstrahlung abnimmt.

 

 

Abb.: Sonne mit Flecken - die Aktivität unseres Zentralgestirns beeinflusst das Klima, aber wie? (Quelle: Nasa)

"Unsere Ergebnisse deuten die Möglichkeit an, dass der Einfluss der solaren Variabilität auf die Atmosphäre entgegen den gegenwärtigen Erwartungen verläuft", schreiben Joanna Haigh, Ann Winning und Ralf Toumi vom Imperial College London, sowie Jerald Harder von der University of Colorado. Zwar könne man anhand der Daten noch keine Aussage darüber machen, ob die gefundenen Prozesse während des ganzen Aktivitätszyklus oder gar im Verlauf anderer Zyklen am Werk gewesen seien. Ist das aber der Fall, so "muss die Einschätzung des solaren Einflusses auf das Klima und die Methoden, mit denen dieser Einfluss in den globalen Modellen repräsentiert wird, überarbeitet werden."

Die Strahlung der Sonne beeinflusst unmittelbar die thermische Struktur und die Zusammensetzung der Atmosphäre. So führt die ultraviolette Strahlung zur Dissoziation von Molekülen und setzt damit ganze Ketten chemischer Reaktionen in Gang, die beispielsweise zur Produktion des stratosphärischen Ozons führen. Die UV-Strahlung ist zugleich die Hauptursache für die Aufheizung der mittleren Atmosphäre, während die sichtbare und die infrarote Strahlung die untere Atmosphäre und die Erdoberfläche erwärmen.

Tägliche Messungen des Satelliten "Solar Radiation and Climate Experiment" (SORCE) haben gezeigt, dass die Intensität der Strahlung im Bereich von 0,2 bis 2,4 Mikrometer im abfallenden Teil des letzten Aktivitätszyklus um das vier- bis sechsfache des erwarteten Wertes abgesunken war. In der Gesamtstrahlung der Sonne, wie sie von vielen anderen Experimenten zuvor vermessen worden war, macht sich diese Änderung kaum bemerkbar, da sie zu einem großen Teil durch einen Anstieg im sichtbaren Spektralbereich kompensiert wird.

  

Haigh und ihre Kollegen haben nun in einem radiativ-photochemischen Modell die Folgen dieser Änderungen simuliert. Die Verringerung der UV-Strahlung führt dazu, dass das stratosphärische Ozons oberhalb von 45 Kilometern Höhe zu-, darunter aber signifikant abnimmt. Dieses Ergebnis werde durch neuere Messungen mit dem Satelliten Aura bestätigt, so die Forscher. Weiterhin zeigen die Modellrechnungen, dass der Einfluss der Sonnenstrahlung auf die Oberflächentemperatur nicht synchron mit der Sonnenaktivität verläuft.

"Die Satelliten-Daten liefern uns ein Bild von der Sonnenstrahlung, das stark von den derzeit akzeptierten Vorstellungen abweicht", konstatieren Haigh und ihre Kollegen. Es sei zwar denkbar, dass sich die Sonne in den vergangenen Jahren anomal verhalten habe - immerhin war das letzte Aktivitätsminimum ungewöhnlich lang und tief. "Doch die SORCE-Beobachtungen sind konsistent mit aktivitätsabhängigen Änderungen des Temperaturgradienten in der solaren Photosphäre", so die Wissenschaftler weiter, "und das deutet darauf hin, dass die unerwarteten Trends im Strahlungsverlauf in jedem Sonnenzyklus auftreten."

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  J. D. Haigh et al.: An influence of solar spectral variations on radiative forcing of climate. Nature 467, 696 (2010)
  dx.doi.org/10.1038/nature09426
• News & Views-Artikel:
  R. Garcia: Solar surprise? Nature 467, 668 (2010)
  dx.doi.org/10.1038/467668a
• Imperial College London:
  www3.imperial.ac.uk/
• University of Colorado:
  www.colorado.edu/
• SORCE:
  lasp.colorado.edu/sorce/index.htm
• Aura:
  www.nasa.gov/mission_pages/aura/main/index.html

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