Sonne

Eines der vielen großen Geheimnisse des irdischen Klimasystems ist die genaue physikalische Wirkungsweise von Sonnenaktivitätsschwankungen auf das Klima. Aktuelle Klimamodelle berücksichtigen lediglich den direkten Einfluss der solaren Gesamtstrahlung, was jedoch nur minimale Temperaturschwankungen erzeugen würde. Ein Blick in die Klimageschichte der letzten 10.000 Jahre zeigt jedoch, dass dieser Ansatz nicht stimmen kann. Die sonnensnychronen Klimaänderungen waren in der Realität um ein Vielfaches stärker als Computersimulationen zeigen, die mit IPCC-Annahmen zur Wirkung der Sonne gefüttert werden.

Das Problem ist seit längerem bekannt, auch wenn der Weltklimarat es beharrlich ignoriert, da er einfach keine Antwort darauf findet. Offensichtlich muss es Solarverstärker geben, die die Sonnenaktivitätsschwankungen auf das real dokumentierte Niveau hinaufkatapultieren. Bislang gab es zwei Verstärker-Kandidaten: Einen Mechanismus über UV in der Stratosphäre sowie einen über die kosmische Strahlung welche wiederum die Wolkenbedeckung beeinflusst (Svensmark-Effekt).

Vor kurzem kam jetzt noch ein dritter Solarverstärker-Kandidat dazu. Natalya Kilifarska vom Nationalen Institut für Geophysik in Sofia veröffentlichte im begutachteten Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics ein interessantes neues Modell, das frischen Wind in die wissenschaftliche Diskussion bringt und die bekannten Mechanismen in Kombination wirken sieht.

Wie auch bereits der Däne Henrik Svensmark sieht Kilifarska die kosmische Strahlung als einen wichtigen Bestandteil des Mechanismus. Es ist allgemein anerkannt, dass die Intensität der kosmischen Strahlung auf der Erde durch das Sonnenmagnetfeld gesteuert wird. Das Sonnenmagnetfeld schirmt das innere Sonnensystem und damit auch die Erde vor der kosmischen Strahlung ab. Je stärker die Sonne, desto weniger kosmische Strahlung erreicht den Erdboden. Anders als Svensmark setzt Kilifarska nun aber nicht auf eine Beeinflussung der Wolken durch die kosmische Strahlung. Die Wissenschaftlerin nimmt vielmehr an, dass die kosmische Strahlung eine Änderung des Ozongehalts im Grenzbereich von Troposphäre/Stratosphäre, also etwa 15 km Höhe, bewirkt. Die Schwankungen der Ozonkonzentration wiederum würden dann den Wasserdampfgehalt in der Höhe beeinflussen und hierdurch eine Änderung des natürlichen Treibhauseffekts verursachen.

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Der Weltklimarat hält die Sonne für klimatisch wenig bedeutsam und ordnet ihr in seinen Klimamodellen eine verschwindend geringe Klimawirksamkeit zu. Während anthropogene Faktoren fast die gesamte Erderwärmung seit 1850 erklären sollen, bilden solare Aktivitätsschwankungen nur unbedeutendes Beiwerk.

Weitgehend unberücksichtigt bleibt dabei die Tatsache, dass bereits der Amerikaner Gerard Bond vor mehr als 10 Jahren zeigen konnte, dass die letzten 10.000 Jahre durch eine regelrechte Temperaturachterbahn gekennzeichnet sind, mit einem Verlauf synchron zur Sonnenaktivität (Bond et al. 2001). In unserem Buch „Die kalte Sonne“ (S. 68-75) konnten wir zeigen, dass die enge Kopplung zwischen Klima und Sonne seitdem auch in vielen anderen Studien aus den verschiedensten Teilen der Erde dokumentiert werden konnte und auch die Erwärmung der letzten 150 Jahr gut in dieses allgemeine Muster zu passen scheint.

Eine neue Arbeit eines internationalen Forscherteams um Friedhelm Steinhilber vom Schweizerischen Bundesinstitut für aquatische Wissenschaften und Technologie (Eawag) hat nun weitere wichtige Hinweise für die Wirksamkeit der Sonne in der nacheiszeitlichen Klimaentwicklung gefunden. Die Gruppe, zu der auch der Glaziologe Hans Oerter vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven gehört, veröffentlichte seine Ergebnisse im April 2012 in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Anhand mehrerer antarktischer und grönländischer Eiskerne sowie globaler Baumringdaten rekonstruierten die Wissenschaftler die Sonnenaktivität für die vergangenen 9000 Jahre. Hierzu verwendeten sie sogenannte kosmogene Beryllium- und Kohlenstoff-Isotope, 10Be und 14C, deren Häufigkeit auf der Erde von der Stärke des Sonnenmagnetfeldes und damit der Sonnenaktivität gesteuert wird.

Die Gruppe führte auch eine Spektralanalyse der neuen Sonnenaktivitätskurve durch und fand wie erwartet die üblichen charakteristischen Solarzyklen, darunter auch der Suess-de Vries Zyklus mit einer Periode von 210 Jahren, den Eddy-Zyklus (1000 Jahre) sowie den Hallstatt-Zyklus (2300 Jahre). Die Minima der Millenniumszyklik, die auch als „Grand Solar Minima“ bezeichnet werde, fallen dabei meist in die Minima der Suess-de Vries Zyklen.

Überlagert ist die Zyklik durch ein langfristiges An- und Abschwellen des Signals, das durch Erdbahnveränderungen im Zusammenhang mit den Milankovic-Zyklen hervorgerufen wird. Milankovic ist unter anderem für die warmen Temperaturen des holozänen Klimaoptimums vor 6000 Jahren verantwortlich, die deutlich über den heutigen lagen. Dieses Erdbahnparameter-Signal zogen Steinhilber und Kollegen von ihren Daten ab, um die primäre Sonnenaktivität herauszufiltern.

Das Forscherteam verglich die neue Rekonstruktion der Sonnenaktivität mit einem Klimadatensatz, der vor einiger Zeit von Kollegen in einer chinesischen Höhle gewonnen wurde und ebenfalls die letzten 9000 Jahre abdeckt. Die Schwankungen der ¹⁸O-Sauerstoff-Isotopen-Konzentration bilden dabei Niederschlagsschwankungen und die Stärke des asiatischen Monsuns ab. Es ergab sich eine überraschend gute Übereinstimmung zwischen Sonnenaktivität und asiatischer Klimaentwicklung (Abbildung 1).

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