Długookresowe zmiany temperatury - cykle Milankovicia
Uważa się, że trwające ~120tys lat oscylacje temperatury i towarzyszące im cykle lodowcowe są wywoływane przez zmiany orbity Ziemi – precesję (obrót w przestrzeni osi obrotu Ziemi, jak w kręcącym się bąku), czyli zmiany nachylenia osi obrotu Ziemi do płaszczyzny orbity oraz zmianę jej mimośrodu (oscylacje między orbitą kołową i eliptyczną). Zmiany orbity Ziemi powodują okresowe zmiany w ilości otrzymywanej od Słońca energii. Są to tzw. cykle Milankovicia 
.
Cykle Milankovicia i epoki lodowcowe. Na czerwono, zielono, i niebiesko zaznaczone są zmiany parametrów astronomicznych w czasie ostatniego miliona lat. Na żółto zaznaczona jest ilość dochodzącej energii słonecznej na 65N. Na czarno zaznaczone są stadia oblodzenia na Ziemi, pokrywające się z maksimami otrzymywanej od Słońca energii.
Uwaga: dziś jest po lewej stronie, najstarsze dane są po prawej. Źródło: wikipedia
Rys. Dominujący przez ostatni milion lat cykl zlodowaceń pokrywa się ze zmianami mimośrodu orbity Ziemi (cykl 125 tys. lat).
Zmiany temperatury nie byłyby tak znaczące, gdyby nie dodatnie sprzężenia zwrotne, wzmacniające wpływ Słońca. Główny wpływ mają tu zmiany pokrywy lodowej i śnieżnej (spadek temperatury oznacza narastanie pokrywy lodowej, która w przeciwieństwie do powierzchni ziemi i wody odbija światło słoneczne, zamiast je pochłaniać; wzrost temperatury powoduje topnienie lodu i jeszcze silniejsze nagrzewanie się powierzchni Ziemi) oraz zmiany w ilości gazów cieplarnianych, szczególnie dwutlenku węgla i metanu, w atmosferze.
Krótkookresowe zmiany temperatury – zmiany aktywności Słońca
Cykle Milakovicia wskazują, że klimatem Ziemi steruje energia otrzymywana Słońca. Szczególnie mocno podkreślają to sceptycy negujący wpływ człowieka na globalne ocieplenie.
W długich skalach czasowych zmienia się orbita Ziemi, a w krótszych skalach czasowych (dziesiątki, setki i tysiące lat) zmiany klimatu mogą być wywoływane zmianami aktywności samego Słońca, które w ten sposób dostarcza do Ziemi mniej lub więcej energii.
Wykres pokazujący 400 lat obserwacji plam słonecznych, będących miernikiem aktywności Słońca. Wyraźnie widoczny jest 11 letni cykl aktywności słonecznej. Liczba plam jest dobrze skorelowana z aktywnością i mocą Słońca – im więcej plam, tym także więcej energii Ziemia otrzymuje od Słońca. Źródło: www.globalwarmingart.com
Aktywność słoneczną można mierzyć zarówno liczbą plam na Słońcu, jak i zawartością izotopu 10Be w odwiertach lądolodów Grenlandii i Antarktydy. 10Be jest izotopem produkowanym w atmosferze przez promieniowanie kosmiczne pochodzenia pozasłonecznego. Im aktywniejsze jest Słońce, tym skuteczniej jego magnetosfera ochrania układ planetarny przed tym promieniowaniem. W konsekwencji, im większa jest aktywność słoneczna, tym mniej tego promieniowania dociera do Ziemi i tym mniej powstaje 10Be. Ponieważ czas istnienia atomów berylu w atmosferze nie przekracza kilku lat, na podstawie zawartości 10Be można określić okresy wzmożonej aktywności słonecznej.
Wykres: Aktywność słoneczna w ciągu ostatnich 600 lat, mierzona liczbą plam i zawartością 10Be (ta skala jest na wykresie odwrócona). Źródło: www.globalwarmingart.com
Podobnie promieniowanie słoneczne wpływa na powstawanie izotopu węgla 14C. Izotop ten powstaje w górnych warstwach atmosfery Ziemi w wyniku
oddziaływania promieniowania kosmicznego z azotem 14N. Strumień
cząstek promieniowania jest największy w okresach minimum aktywności
Słońca – gdy słabnie jego pole magnetyczne, które osłania Ziemię i
stanowi przeszkodę dla promieniowania kosmicznego. Powstaje wówczas
więcej izotopu 14C, który, dyfundując do niższych obszarów atmosfery,
odkłada się m.in. w rocznych przyrostach drzew.
Długoterminowe zmiany aktywności słonecznej na podstawie produkcji w atmosferze izotopu węgla 14C. Okresy wyższego tempa produkcji odpowiadają okresom wyższej aktywności Słońca, a zarazem wyższym temperaturom na Ziemi. Źródło: www.globalwarmingart.com
Już na pierwszy rzut oka widać, że zmiany aktywności Słońca bardzo dobrze korespondują ze zmianami temperatury na Ziemi. Zarówno „średniowieczne ocieplenie klimatu” w IX-XIII wieku, jak i „mała epoka lodowcowa” w XV – XVIII wieku oraz ocieplenie w XX wieku są skorelowane z aktywnością Słońca. Również jeśli spojrzeć na wykres ujmujący łącznie temperaturę, aktywność słoneczną i zawartość dwutlenku węgla w atmosferze w przeciągu ostatnich 150 lat, znowu widać bardzo dobrą korelację pomiędzy zmianami aktywności Słońca i temperaturą. Tu sceptycy mają rację – klimatem Ziemi, na przestrzeni stuleci, sterował dopływ energii ze Słońca.
Zestawienie zmian temperatury, koncentracji CO2 w atmosferze i zmian temperatury. Od drugiej połowy XX wieku aktywność Słońca maleje, a temperatura rośnie wraz ze wzrostem koncentracji gazów cieplarnianych. Źródło: www.globalwarmingart.com
Ale tylko do czasu. Wzrost temperatury do końca lat 50-tych XX wieku można wyjaśnić wzrostem aktywności Słońca. Jednak od tego czasu jego aktywność maleje, a temperatura mimo to coraz szybciej wzrasta. Tak więc aktywność Słońca przez wieki sterowała klimatem Ziemi, ale od około 50 lat klimat zaczęły kształtować również inne czynniki, w szczególności wyższa koncentracja gazów cieplarnianych w atmosferze. Wszelkie podkreślenia wcześniejszej korelacji pomiędzy aktywnością słoneczną, a temperaturą Ziemi jedynie uwypuklają fakt, że ta korelacja znikła w latach ‘60 XX wieku.
Następny artykuł o tym, co decydowało o temperaturze na ziemi w przeszłości, jakie czynniki wpływały na jej wartość, od czego zależała. Czytaj czynniki zmian temperatury Ziemi
