Reduzierte Solarenergie zur Jahrhundertmitte

Jetzt wissen die Wissenschaftler, wie viel

“Unsere Sonne schwächelt” schrieb das Handelsblatt am 03.05.2018 darüber, dass die Sonne “einem neuen Aktivitätsminimum entgegen” gehe, und zitierte eine in den Astrophysical Journal Letters publizierte Studie von Forschern der Universität von Kalifornien in San Diego: “Die Sonne könnte bis Mitte des Jahrhunderts weniger Strahlung abgeben, was dem Planeten Erde die Chance gibt, sich etwas langsamer zu erwärmen, aber den Trend des vom Menschen verursachten Klimawandels nicht aufhalten kann”, heißt es dort. Anlass zu Besorgnis oder gar Panik bestehe nicht, denn “größere Auswirkungen auf den Klimawandel dürfte das sogenannte Große Minimum nicht haben”.

[note Sonnenuntergang auf Fehmarn – Foto © Franziska Vogt für Solarify.jpg]

Zurzeit schon durchläuft die Sonne eine Phase niedriger Aktivität, was bereits Spekulationen über eine bevorstehende „kleine Eiszeit“ infolge reduzierter Sonneneinstrahlung (und die Klimazweifler auch) geweckt hat. (Während einer Phase niedriger Sonnenaktivität zwischen 1654 und 1715, dem sogenannten Maunder-Minimum, wurde es ziemlich kalt in Europa: Die Themse fror regelmäßig zu und die Ostsee gefror so weit, dass eine schwedische Armee 1658 zu Fuß über das Meereis nach Däenmark marschieren konnte.

Die Abklingzeit wäre das Ergebnis eines solchen Minimums, ein periodisches Ereignis, bei dem der Magnetismus der Sonne abnimmt, sich seltener Sonnenflecken bilden und weniger ultraviolette Strahlung an die Oberfläche des Planeten gelangt. Wissenschaftler glauben, dass das Ereignis in unregelmäßigen Abständen durch zufällige Schwankungen im Zusammenhang mit dem Magnetfeld der Sonne ausgelöst wird.

Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung des Physikers Dan Lubin an der Scripps Institution of Oceanography der University of California San Diego hat zum ersten Mal eine Schätzung erstellt, wie viel dunkler die Sonne werden soll, wenn das nächste Minimum erreicht ist.

Es gibt einen wohlbekannten 11-Jahres-Zyklus, in dem die ultraviolette Strahlung der Sonne durch Sonnenfleckenaktivität ihren Höhepunkt erreicht und sinkt. Während eines großen Minimums schätzt Lubin, dass die ultraviolette Strahlung um weitere sieben Prozent über den tiefsten Punkt dieses Zyklus hinaus abnimmt. Die vom Staat Kalifornien finanzierte Studie seines Teams ist bereits Mitte Dezember 20176 unter dem Titel “Ultraviolet Flux Decrease Under a Grand Minimum from IUE Short-wavelength Observation of Solar Analogs”, in der Publikation Astrophysical Journal Letters erschienen. “Jetzt haben wir einen Maßstab, von dem aus wir bessere Klimamodellsimulationen durchführen können”, sagte Lubin. “Wir können uns also besser vorstellen, wie sich Veränderungen der solaren UV-Strahlung auf den Klimawandel auswirken.”

Lubin und seine Kollegen David Tytler und Carl Melis vom UC San Diego’s Center for Astrophysics and Space Sciences kamen zu ihrer Schätzung der Intensität eines Großen Minimums, indem sie fast 20 Jahre Daten, die von der International Ultraviolet Explorer-Satellitenmission gesammelt wurden, überprüften. Sie verglichen die Strahlung von Sternen, die der Sonne ähnlich sind, und identifizierten diejenigen, die Minima erlebten.

Die reduzierte Energie der Sonne setzt eine Abfolge von Ereignissen auf der Erde in Gang, die mit einer Ausdünnung der stratosphärischen Ozonschicht beginnt. Diese Ausdünnung wiederum verändert die Temperaturstruktur der Stratosphäre und damit die Dynamik der unteren Atmosphäre, insbesondere die Wind- und Wetterverhältnisse. Die Kühlung ist nicht gleichmäßig. Während Gebiete in Europa während des Maunder Minimums gekühlt wurden, erwärmten sich andere Gebiete wie Alaska und Südgrönland entsprechend.

Lubin und andere Wissenschaftler prognostizieren eine signifikante Wahrscheinlichkeit für ein zukünftiges großes Minimum, da das Sonnenfleckenmuster in den letzten Sonnenzyklen dem Vorlauf vergangener großer minimaler Ereignisse ähnelt.

Obwohl das Maunder Minimum die Erde das letzte Mal beeinflusst haben könnte, sagte Lubin, dass ein bevorstehendes Ereignis den gegenwärtigen Trend der planetarischen Erwärmung nicht stoppen, sondern etwas verlangsamen würde. Der Kühleffekt eines großen Minimums ist nur ein Bruchteil des Erwärmungseffekts, der durch die zunehmende Konzentration von Kohlendioxid in der Atmosphäre verursacht wird. Nach Hunderttausenden von Jahren mit einem CO2-Gehalt von nie mehr als 300 Teilen pro Million in der Luft liegt die Konzentration des Treibhausgases nun bei über 400 Teilen pro Million und setzt damit den mit der industriellen Revolution begonnenen Anstieg fort. Andere Forscher haben mit Hilfe von Computermodellen abgeschätzt, was ein Ereignis ähnlich einem Maunder Minimum, wenn es in den nächsten Jahrzehnten eintreten sollte, für unser gegenwärtiges Klima bedeuten könnte, das sich nun rasch erwärmt.

[note Sonnenuntergang Berlin – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft für Solarify]

Eine solche Studie untersuchte die Klimafolgen eines zukünftigen großen solaren Minimums vom Typ Maunder Minimum, unter der Annahme einer um 0,25 Prozent reduzierten Sonneneinstrahlung über einen Zeitraum von 50 Jahren von 2020 bis 2070. Die Studie ergab, dass nach dem anfänglichen Rückgang der Sonneneinstrahlung im Jahr 2020 die globale Durchschnittstemperatur der Oberflächenluft um bis zu mehrere Zehntel Grad Celsius abgekühlt wurde. Am Ende des simulierten großen Sonnenminimums hatte die Erwärmung im Modell mit dem simulierten Maunder Minimum jedoch fast die Referenz-Simulation erreicht. Eine der wichtigsten Schlussfolgerungen der Studie ist daher, dass “ein zukünftiges großes solares Minimum die globale Erwärmung verlangsamen, aber nicht stoppen könnte”.

Die Änderung in der gesamten Sonnenstrahlung wäre viel kleiner als im UV-Bereich. Aber: „Die UV-Strahlung spielt eine Schlüsselrolle für das Klima, da sie nicht nur weitgehend in der Atmosphäre geschluckt wird, sondern auch für die Atmosphärenchemie ein entscheidender Faktor ist“, erläutert der Sonnenphysiker Sami Solanki, Direktor am Göttinger Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung im Handelsblatt, der nicht an der Untersuchung beteiligt war. Wie schnell sich ein großes Aktivitätsminimum anbahnt, ist jedoch alles andere als klar. „Das nächste große Minimum kommt bestimmt, aber wir können überhaupt nicht vorhersehen, wann“, sagt Solanki,. „Wir können keine Vorhersagen machen, die über einige Jahre hinausgehen.“

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