Aurinko ja ilmastonmuutokset

Kirkkonummen Komeetta järjesti Kirkkonummella tammikuussa 2005 esitelmätilaisuuden, jossa tutkimuspäällikkö Heikki Nevanlinna kertoi aiheesta Auringon vaikutus ilmastonmuutokseen - onko sitä? Helsingin yliopiston Vapaan sivistystyön toimikunta rahoitti esitelmän. Esitelmällä oli 50 kuulijaa.

Heikki Nevanlinna toimii Ilmatieteen laitoksen avaruustutkimusyksikössä tutkimuspäällikkönä. Hän on myös Ilmatieteen laitoksen Viestintäyksikössä tiedetoimittajana. Nevanlinna on Helsingin yliopiston geofysiikan dosentti erikoisalanaan maapallon magneettikentän muutokset ja avaruussää.

Klikkaa kuvaa!
Tutkimuspäällikkö Heikki Nevanlinna esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.

Auringonpilkut

Esitelmässä tarkasteltiin kysymystä siitä, kuinka paljon Auringon aktiivisuus vaikuttaa maapallon sää- ja ilmasto-oloihin eri pituisina aikoina auringonpilkkujaksosta eteenpäin.

Jo William Herschel esitti v. 1801 ajatuksen, että auringonpilkkujen vaihtelu vaikuttaisi maapallon suursäätilaan ja sitä kautta esim. vehnän hinnan vuosivaihteluihin. H. Schwabe keksi 1843 auringonpilkkujen esiintymisen 11-vuotisen jaksollisuuden. Revontulilla ja geomagneettisilla häiriöillä huomattiin myös olevan 1850-luvulla olevan 11-vuotista vaihtelua. Ilmatieteen laitoksen ensimmäinen johtaja J.J.Nervander (1805-1848) tutki Auringon pyörähdysajan mukaisia lämpötilan vaihteluja. Aurinko pyörii ympäri kerran 27 vuorokaudeessa.

Auringonpilkut ovat osa Auringon muuttuvaa magneettikenttää. Auringonpilkkuja on havaittu vuodesta 1610 alkaen. Pilkkujakson keskimääräinen kesto ajanjaksolla 1610-1996 on 11,0 vuotta. Viimeinen auringonpilkkumaksimi oli vuonna 2000. Seuraavan pilkkuminimin ennakoidaan olevan vuosina 2006-07.

Auringon yleinen magneettikenttä vaihtaa napaisuuttaan 22 vuoden jaksossa.

Auringon pilkkuluvulla on myös pitempiaikaisia vaihteluita. Näistä tärkein on ns. Maunderin minimi. Auringonpilkkuja ei ollut juuri lainkaan vuosina 1650-1710. Paljon on tutkittu sitä, millaisia ilmastollisia vaikutuksia oli tuolloin ja kuinka paljon niistä voidaan selittää Auringon aktiivisuudella. Sitten 1800-luvun alussa oli ns. Daltonin minimi ja kaikkein epäselvin oli moderni minimi 1900-luvun alussa.

Klikkaa kuvaa!
16.1.2005 Auringossa oli iso pilkku. Kuva SOHO/NASA.

Avaruussää

Aurinko lähettää myös hiukkasia aurinkotuulen muodossa ja tämä hiukkasvirta voi myös vaikuttaa ilmakehän ominaisuuksiin. Aurinkotuulen ja Maan magneettikentän välisistä vuorovaikutuksista syntyvät revontulet noin 100 km korkeudelle. Tätä vuorovaikutusta kutsutaan avaruussääksi, joka siis vaikuttaa maapallon lähiavaruudessa muuttaen ionosfäärin ja magnetosfäärin sähkömagneettisia olosuhteita.

Avaruussäähäiriöt aiheutuvat Auringon aktiivisuudesta ja liittyvät auringonpilkkuihin. Aurinkotuuli tuo varattuja hiukkasia maapallon lähiavaruuteen. Avaruussään myrskyillä on myös maanpintaefektejä ja ne häiritsevät satelliittien toimintaa.

Avaruusilmasto on "lämmennyt" 1900-luvun alusta lähtien. Magneettisten myrskyjen ja revontulien määrä on kasvanut noin 2/3-osan verran. Se on viime vuosikymmeninä tasaantunut.

Kasvihuoneilmiö

Kasvihuoneilmiö on elintärkeä elämälle maapallolla. Sen ansiosta maapallon keskilämpötila on +15 Celsius-astetta, ilman kasvihuoneilmiötä se olisi -18.

Ilmakehän lämpötila on noussut 150 vuoden aikana 0,6 astetta. Vuosina 1860-1910 lämpötila pysyi lähes paikoillaan. Seuraavien 30 vuoden aikana lämpötila nousi 0,4 astetta. Tätä seuraavina 40 vuotena lämpötila ei noussut. Pikemminkin päinvastoin. Sitten vuodesta 1980 lämpötila nousi jälleen 0,4 astetta.

Voidaanko lämpötilan nousu selittää kasvihuonekaasujen lisääntyneillä päästöillä? Hallitusten välisen ilmastonmuutospaneelin tutkijoiden mielestä kyllä: ihmisen "sormenjälki" näkyy lämpötilan nopeana kasvuna.

Voidaan sanoa, että maapallon ilmakehällä on kuumetta 0,6 astetta. Jos esim. ihmisellä lämpötila nousisi tämän verran, niin sanottaisiin, että hänellä on kuumetta.

Klikkaa kuvaa!
Heikki Nevanlinnan esitelmää kuunteli 50 henkeä. Kuva Seppo Linnaluoto.

Ilmastonmuutoksen syitä

Aikavälillä 1-1000 vuotta ilmastonmuutosta aiheuttavat: Auringon säteilymuutokset, tulivuorien kaasut ja pöly sekä ilmakehän sisäsyntyiset muutokset ilmakehä-valtamerikytkennöissä (esim. El Nino -ilmiö).

Aikavälillä 1000-100.000 vuotta: Maapallon kiertoradan ja pyörimisakselin kallistuskulman muutokset rytmittävät jääkausien esiintymistä. Tätä esitti aikoinaan Milankovich.

Aikavälillä yli 100.000 vuotta: Mannerliikunnot, vuoristojen muodostumiset muuttavat meri- ja ilmavirtoja ja ilmastoa.

Klikkaa kuvaa!
Kuva Seppo Linnaluoto.

Kaikki edelläluetellut syyt ovat luonnollisia. Seuraavaksi tarkastellaan ihmisen aiheuttamia muutoksia. Niissä aikaväli on 10-200 vuotta.

Kasvihuonekaasujen (mm. hiilidioksidi ja metaani) lisääntyneet päästöt nostavat maapallon ilmakehän alaosan lämpötilaa ja vaikuttavat ilmastoon. Stratosfääri taas jäähtyy.

Freonit eli CFC-yhdisteet tuhoavat stratosfäärin (korkeus 15-30 km) otsonia, joka muuttaa ylemmän ilmakehän ilmastoa. Teollisuuden aerosolipäästöistä ilma samenee ja jäähtyy.

Auringon säteilyn vaihtelut

Sääilmiöiden kannalta olennainen on aurinkovakio, joka ilmoittaa sen tehon (1360 W/m^2), joka maapallosysteemillä on käytettävänään ilmakehän liikkeisiin, säähän ja ilmaston muutoksiin. Aurinkovakion satelliittimittaukset 1970-luvun lopulta lähtien osoittavat, että muutos on pilkkumaksimista pilkkuminimiin vähäinen, alle promillen, joten pilkkujakson puitteissa Auringon aktiivisuuden vaikutus ainakin aurinkovakion kautta on todennäköisesti erittäin vähäinen. Auringon säteily on suurin pilkkumaksimissa. Tämä aiheuttaa maapallolla korkeintaan 0,1 asteen lämpötilamuutoksen.

Tornionjoen jäiden lähtö on merkitty muistiin 1600-luvun lopulta lähtien. Tuona vuosisadan vaihteen tienoilla jäät ovat lähteneet toukokuun 20. päivä. 300 vuodessa jäidenlähtö on aikaistunut kaksi viikkoa. Tämä luultavasti johtuu Auringon kokonaissäteilyn muutoksesta.

Tutkimuksia Auringon aktiivisuudesta

Tutkimusmenetelmä on yleensä tilastollinen, missä Auringon aktiivisuutta esim. pilkkulukua verrataan jonkin ilmastomuuttujan esim. lämpötilan pitkäaikaissarjaan. Vertailu antaa esim. korrelaatiokertoimia tai spektrianalyysin avulla saatuja jaksollisuuksia, joiden tilastollisen yhteensopivuuden katsotaan todistavan Auringon vaikutuksista ilmakehään.

Yleensä ei ole mitään fysikaalista selitysmallia saaduille korrelaatioille tai jaksollisuuksille.

Toistuva ongelma näissä tutkimuksissa on saatujen korrelaatioiden pysymättömyys aikasarjaa jatkettaessa. Tämä todistaa, että mitään todellista syy-seuraussuhdetta ei ole, vaan kysymys on sattumasta.

Klikkaa kuvaa!
Kuva Seppo Linnaluoto.

Jääkaudet

Maapallon kiertorata Auringon ympärillä muuttuu hitaasti. Radan muoto vaihtelee ympyrästä ellipsiin. Kun rata on soikeimmillaan, maapallon saama Auringon säteily muuttuu etäisyyden muuttuessa. Säteilymuutokset ovat suurimmillaan 20 prosenttia.

Maan kiertoradan muutokset vaikuttavat hitaasti ilmastoon. Kiertoradan soikeus vaihtelee 100.000 vuoden jqaksossa. Kiertoradan kallistuskulma ja suunta muuttuu 21000 ja 43000 vuoden jaksossa.

Jäätiköt kasvavat ja supistuvat Milankovichin jaksoissa. Jääkaudet vuorottelevat noin 100.000 vuoden jaksoissa.

Auringon kokonaissäteilyn muutos pilkkujakson aikana on alle promillen. Se voidaan havaita heikkona vaihteluna (0,1 Celsius-astetta) globaalilämpötilassa.

Auringon säteilyn systemaattinen kasvu noin vuodesta 1850 voi selittää ilmakehän lämpötilan hitaasta vuosikymmeniä kestävistä heilahteluista ehkä 20-40 %.

Ihmisen aiheuttamista kasvihuonepäästöistä johtuen ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on nyt noin 30 % korkeampi kuin kertaakaan 400.000 vuoteen.

Kasvihuoneilmiön voimistumisesta ja siitä johtuvasta maapallon lämpötilan noususta huolimatta ilmastokehitys kulkee kohti seuraavaa jääkautta 10000-15000 vuoden kuluttua. Ihmiskunnan aiheuttaman kasvihuoneilmiön vahvistumisen ansiosta sen alku voi myöhästyä. Ennusteiden mukaan siitä tulee heikompi kuin edellisestä.

Seuraava Kirkkonummen Komeetan järjestämä esitelmätilaisuus on tiistaina 15.2. klo 18.30, jolloin fil. tri Matti Tarvainen kertoo maanjäristyksistä ja erityisesti tapaninpäivänä Sumatran lähellä olleesta maanjäristyksestä ja tsunamista, joka tappoi 300.000 ihmistä. Esitelmä on Kirkkonummen Koulukeskuksen auditoriossa.

Seppo Linnaluoto