3. Klimata mainība un klimata pārmaiņas
Klimats un ilgtspējīga attīstība
Redaktori: Māris Kļaviņš un Jānis Zaļoksnis.
Rīga: LU Akadēmiskais apgāds, 2016, lpp
Grāmata “Klimats un ilgtspējīga attīstība” izstrādāta un izdota Eiropas Ekonomikas zonas finanšu instrumenta 2009.–2014. gada perioda programmas “Nacionālā klimata politika” neliela apjoma grantu shēmas projektu “Kapacitātes celšana pētījumiem un pasākumiem sabiedrības zināšanu uzlabošanai par klimata pārmaiņām un to radītajām sekām” projekta “Klimata pārmaiņu izglītība visiem” ietvaros.
3.2. Saules starojuma un kosmiskā starojuma mainības ietekme uz Zemes klimatu
Dabiski norisošo procesu ietekmju piemērs ir Saules starojuma un tā mainības ietekme. Saule ir galvenais faktors, kas nosaka Zemes enerģētisko bilanci. Arī atmosfēras gaisa masu kustību, kas ir galvenais laikapstākļus veidojošais faktors, ietekmē Saules starojuma sadalījums. Klimats ir laikapstākļu integrāls apzīmējums noteiktam laika periodam un tādēļ tas ir atkarīgs no Saules aktivitātes. Jāpiebilst, ka Saules aktivitāte ir lielā mērā mainīga un protams, ka šīs ietekmes ne vismazākajā mērā nav atkarīgas no cilvēka darbības. Plašāk pazīstamais Saules aktivitātes mainību raksturojošo procesu kopums ir „Saules plankumi” – tumšu plankumu veidošanās uz Saules, kurus raksturo 11, 36, 180 gadu atkārtošanās cikls (sk. 3.5. att.). Saules plankumi ir apgabali uz Saules, kuru temperatūra ir zemāka (4000–5000 K) salīdzinājumā ar Saules virsmas temperatūru (≈ 6000 K), un līdz ar to uz Saules virsmas tos var novērot kā tumšus plankumus. Saules plankumu diametrs mainās no 103 km līdz 2.105 km, bet to pastāvēšanas laiks – no dažām stundām līdz mēnešiem (Hathaway and Wilson, 2004). Pieaugot Saules plankumu skaitam, Zeme saņem lielāku daudzumu elektromagnētiskā starojuma un jonizētu daļiņu plūsmas.
Pēc http://spaceweather.com/glossary/sunspotnumber.html
Pirmais Saules plankumus atklāja Galileo Galilejs, bet regulāri novērojumi sākās ar 1849. gadu. Saules plankumu skaitu nosaka, vispirms saskaitot to grupas un pēc tam atsevišķus plankumus. Jaudīgā teleskopā uz Saules var saskatīt vismaz 10–20 plankumu, bet to raksturošanai izmanto Saules plankumu skaitļus, piemēram, Boldera Saules plankuma skaitu, ko aprēķina pēc Rūdolfa Volfa formulas:
R = k (10g – S),
Laikā, kad samazinājās Saules aktivitāte (plankumu skaits), no 1400. līdz 1700. gadam, uz Zemes iestājās tā saucamais Mazais ledus laikmets. Ziemeļamerikā, Eiropā un pārējās zemeslodes daļās klimats kļuva vēsāks (sk. 3.5. att.).
Par pierādītu uzskatāms apgalvojums, ka Saules plankumu veidošanās laikā ievērojami mainās enerģijas daudzums, kuru saņem atmosfēra un Zemes virsma. Tā enerģija, kuru saņem Zemes virsma, protams, var mainīties ilgākā laika posmā. Ir pierādītas arī pašas Saules aktivitātes būtiskas izmaiņas, kuras raksturo ievērojama enerģijas daudzuma mainība, ko saņem Zemes virsma. Saules aktivitātes mainību raksturo biežums (frekvence), kas ir 11, 36 un 180 gadi, un līdz ar to Saules aktivitātes izmaiņas ir viens no svarīgiem Zemes klimata dabiskās mainības cēloņiem. Izpratne par to, kā tieši Saules aktivitāte ietekmē Zemes klimatu, vēl joprojām tikai attīstās. Paaugstinoties Saules aktivitātei, vispirms pieaug augstas enerģijas daļiņu plūsmas. Viens no iespējamiem ietekmju veidiem ir ietekme uz mākoņu segas veidošanos (sk. turpmāk), jo jonizētās daļiņas noder par ūdens tvaiku kondensācijas centriem. Vairāki pētījumi ir pierādījuši, ka Saules starojuma mainība tieši korelē ar Zemes klimata mainību. Šie pētījumi ir ļāvuši izvirzīt hipotēzi (Scaffetta and West, 2005), ka Saules aktivitātes mainība, nevis CO2 emisijas pieaugums ir nozīmīgs, bet, iespējams, tas ir galvenais faktors, kas nosaka klimata mainību.
Klimatu būtiski var ietekmēt arī kosmiskā starojuma mainība. Kosmiskajam starojumam ir zināma ietekme uz aerosolu un mākoņu segas veidošanos atmosfēras augšējos slāņos. Dānijas Kosmosa centra klimata pētnieki apgalvo, ka viens no galvenajiem globālās sasilšanas cēloņiem ir kosmiskā starojuma intensitātes mainība kombinācijā ar Saules aktivitātes un dabiskām Zemes magnētiskā lauka izmaiņām. Saskaņā ar izvirzītajām hipotēzēm pastāv nepārprotama sakritība starp Saules un kosmiskā starojuma un lādētu daļiņu plūsmām un Zemes magnētiskā lauka mainību, un temperatūras svārstībām uz Zemes. Tiek uzskatīts, ka kosmiskajam starojumam ir liela ietekme uz to, cik daudz mākoņu veidojas atmosfērā. Tā kā mākoņu sega atstaro lielu daļu Saules starojuma izplatījumā, tad mākoņu daudzums lielā mērā nosaka to, cik silts ir uz Zemes. Mākoņi veidojas, ūdens tvaikiem atmosfērā kondensējoties, turklāt par kondensācijas centriem var kalpot jonizētas daļiņas, kuru avots var būt gan Saule, gan kosmiskais starojums. Savukārt Zemes magnētiskā lauka intensitāte ietekmē to, cik daudz no Saules nākošo jonizēto daļiņu un kosmiskā starojuma sasniedz Zemes atmosfēru. Gan Saules aktivitāte, gan kosmiskā starojuma daudzums mainās. Tiek uzskatīts, ka pēdējo 700 gadu laikā Saules aktivitāte ir pieaugusi līdz augstākajam līmenim. Šajā periodā ir piedzīvota globāla temperatūras paaugstināšanās. Pēc Henrika Svensmarka domām, šie faktori ir savstarpēji saistīti. Pēdējo reizi Saules aktivitāte mūsdienu līmenī bija viduslaikos aptuveni no 1000. līdz 1300. gadam. Tolaik bija tik silts, ka vikingi nodarbojās ar lauksaimniecību Grenlandē. Nosakot oglekļa izotopa 14C daudzumu koku gadskārtu gredzenos, noskaidrota arī kosmiskā starojuma intensitāte attiecīgajā laika posmā. Ogleklis 14C veidojas, kosmiskā starojuma augstas enerģijas daļiņām atmosfērā saduroties ar atomu kodoliem. Jo vairāk oglekļa 14C ir gadskārtu gredzenos, jo vairāk kosmiskā starojuma attiecīgajā gadā nonācis Zemes atmosfērā.
Neapšaubāmi Saules starojuma un kosmiskās telpas ietekmes uz Zemes klimatu ir viens no saistošākajiem klimata mainības pētījumu virzieniem, kuros iegūtās atziņas ir būtiskas izpratnei par Zemes klimata veidošanos.
3.5. att. Gada vidējais Saules plankumu skaits (1610–2000).
Pēc http://spaceweather.com/glossary/sunspotnumber.html
Pirmais Saules plankumus atklāja Galileo Galilejs, bet regulāri novērojumi sākās ar 1849. gadu. Saules plankumu skaitu nosaka, vispirms saskaitot to grupas un pēc tam atsevišķus plankumus. Jaudīgā teleskopā uz Saules var saskatīt vismaz 10–20 plankumu, bet to raksturošanai izmanto Saules plankumu skaitļus, piemēram, Boldera Saules plankuma skaitu, ko aprēķina pēc Rūdolfa Volfa formulas:
R = k (10g – S),
kur R – Saules plankumu skaits,
g – Saules plankumu grupu skaits Saules diskā,
k – mainīgais faktors (parasti < 1), kas tiek aprēķināts pēc Saules novērojumiem un teleskopa tipa (binokulāri, kosmosa teleskopi u. c.). Zinātnieki apvieno dažādās observatorijās iegūtos datus – katrai observatorijai ir savs k faktors,
S – kopējais atsevišķo Saules plankumu skaits.
g – Saules plankumu grupu skaits Saules diskā,
k – mainīgais faktors (parasti < 1), kas tiek aprēķināts pēc Saules novērojumiem un teleskopa tipa (binokulāri, kosmosa teleskopi u. c.). Zinātnieki apvieno dažādās observatorijās iegūtos datus – katrai observatorijai ir savs k faktors,
S – kopējais atsevišķo Saules plankumu skaits.
Laikā, kad samazinājās Saules aktivitāte (plankumu skaits), no 1400. līdz 1700. gadam, uz Zemes iestājās tā saucamais Mazais ledus laikmets. Ziemeļamerikā, Eiropā un pārējās zemeslodes daļās klimats kļuva vēsāks (sk. 3.5. att.).
Par pierādītu uzskatāms apgalvojums, ka Saules plankumu veidošanās laikā ievērojami mainās enerģijas daudzums, kuru saņem atmosfēra un Zemes virsma. Tā enerģija, kuru saņem Zemes virsma, protams, var mainīties ilgākā laika posmā. Ir pierādītas arī pašas Saules aktivitātes būtiskas izmaiņas, kuras raksturo ievērojama enerģijas daudzuma mainība, ko saņem Zemes virsma. Saules aktivitātes mainību raksturo biežums (frekvence), kas ir 11, 36 un 180 gadi, un līdz ar to Saules aktivitātes izmaiņas ir viens no svarīgiem Zemes klimata dabiskās mainības cēloņiem. Izpratne par to, kā tieši Saules aktivitāte ietekmē Zemes klimatu, vēl joprojām tikai attīstās. Paaugstinoties Saules aktivitātei, vispirms pieaug augstas enerģijas daļiņu plūsmas. Viens no iespējamiem ietekmju veidiem ir ietekme uz mākoņu segas veidošanos (sk. turpmāk), jo jonizētās daļiņas noder par ūdens tvaiku kondensācijas centriem. Vairāki pētījumi ir pierādījuši, ka Saules starojuma mainība tieši korelē ar Zemes klimata mainību. Šie pētījumi ir ļāvuši izvirzīt hipotēzi (Scaffetta and West, 2005), ka Saules aktivitātes mainība, nevis CO2 emisijas pieaugums ir nozīmīgs, bet, iespējams, tas ir galvenais faktors, kas nosaka klimata mainību.
Klimatu būtiski var ietekmēt arī kosmiskā starojuma mainība. Kosmiskajam starojumam ir zināma ietekme uz aerosolu un mākoņu segas veidošanos atmosfēras augšējos slāņos. Dānijas Kosmosa centra klimata pētnieki apgalvo, ka viens no galvenajiem globālās sasilšanas cēloņiem ir kosmiskā starojuma intensitātes mainība kombinācijā ar Saules aktivitātes un dabiskām Zemes magnētiskā lauka izmaiņām. Saskaņā ar izvirzītajām hipotēzēm pastāv nepārprotama sakritība starp Saules un kosmiskā starojuma un lādētu daļiņu plūsmām un Zemes magnētiskā lauka mainību, un temperatūras svārstībām uz Zemes. Tiek uzskatīts, ka kosmiskajam starojumam ir liela ietekme uz to, cik daudz mākoņu veidojas atmosfērā. Tā kā mākoņu sega atstaro lielu daļu Saules starojuma izplatījumā, tad mākoņu daudzums lielā mērā nosaka to, cik silts ir uz Zemes. Mākoņi veidojas, ūdens tvaikiem atmosfērā kondensējoties, turklāt par kondensācijas centriem var kalpot jonizētas daļiņas, kuru avots var būt gan Saule, gan kosmiskais starojums. Savukārt Zemes magnētiskā lauka intensitāte ietekmē to, cik daudz no Saules nākošo jonizēto daļiņu un kosmiskā starojuma sasniedz Zemes atmosfēru. Gan Saules aktivitāte, gan kosmiskā starojuma daudzums mainās. Tiek uzskatīts, ka pēdējo 700 gadu laikā Saules aktivitāte ir pieaugusi līdz augstākajam līmenim. Šajā periodā ir piedzīvota globāla temperatūras paaugstināšanās. Pēc Henrika Svensmarka domām, šie faktori ir savstarpēji saistīti. Pēdējo reizi Saules aktivitāte mūsdienu līmenī bija viduslaikos aptuveni no 1000. līdz 1300. gadam. Tolaik bija tik silts, ka vikingi nodarbojās ar lauksaimniecību Grenlandē. Nosakot oglekļa izotopa 14C daudzumu koku gadskārtu gredzenos, noskaidrota arī kosmiskā starojuma intensitāte attiecīgajā laika posmā. Ogleklis 14C veidojas, kosmiskā starojuma augstas enerģijas daļiņām atmosfērā saduroties ar atomu kodoliem. Jo vairāk oglekļa 14C ir gadskārtu gredzenos, jo vairāk kosmiskā starojuma attiecīgajā gadā nonācis Zemes atmosfērā.
Neapšaubāmi Saules starojuma un kosmiskās telpas ietekmes uz Zemes klimatu ir viens no saistošākajiem klimata mainības pētījumu virzieniem, kuros iegūtās atziņas ir būtiskas izpratnei par Zemes klimata veidošanos.