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Der Einfluss des im Mittel 208-jährigen de Vries/Suess-Zyklus auf das Klima der Erde

with one comment

Von den Klimaforschern des IPCC wird allerorten verbreitet, dass in der Erdgeschichte bis zum Jahr 1980 Sonnenaktivität und Temperatur synchron laufen, seit 1980 dies nicht mehr der Fall wäre und die Ursache für die Temperaturänderung, also der Erwärmung, auf das vom Menschen zusätzlich ausgebrachte Kohlenstoffdioxid (CO2) zurückzuführen sei. Als Hauptbelege werden Sonnenkurve und Mauna-Loa-CO2-Kurve herangezogen. Ich möchte nun zeigen, dass diese Ableitung falsch ist und dass auch über das Jahr 1980, bis zum heutigen Tag, Temperatur- und Sonnenaktivität synchron laufen und es für die 1980 aufgetretenen Temperaturschwankungen keines anderen Mechanismus, als die variable Sonne bedarf.

Bei den Leistungsspektren der Sonne wird üblicherweise nur der Schwabe-Zyklus herangezogen. Entweder die Sonnenfleckenrelativzahl, oder die „Schwankung in der Solarkonstanten“. Hierfür wird der Begriff TSI (Total Solar Irradiance) verwendet. Die Solarkonstante ist wie folgt definiert:

Der Mittelwert der Strahlungsintensität, welcher an der Obergrenze der Atmosphäre senkrecht auf eine Fläche von 1 m2 einfällt, wird als Solarkonstante bezeichnet. Sie beträgt an der äußeren Grenze zur Erdatmosphäre pro Minute etwa 8 Joule/cm2 oder 1.368 W/m2.

Abb 1

Die linke Abbildung zeigt die Fleckenrelativzahl R und die rechte Abbildung den TSI. Die Sonnenfleckenrelativzahl R wurde vom Direktor des Züricher Observatoriums Rudolf Wolf eingeführt (1849). Sie wird daher auch als Wolf-Zahl bezeichnet und nach folgender Formel berechnet: R = (10 G + E). Alle auf der Sonne sichtbaren Sonnenfleckengruppen G werden gezählt, dabei ist ein isoliert sichtbarer Einzelfleck auch eine Gruppe. Dann werden nochmals alle einzelnen Flecken E gezählt, auch die bereits als Gruppe erfassten. In der rechten Abbildung ist sehr gut zu sehen, dass der derzeitige Schwabe-Zyklus ungewöhnlich lange anhält und die NASA bereits von einem Time-lack der Sonne spricht, da dass Minimum nicht enden will.

Schwabe-Zyklus

Der Aktivitätszyklus der Sonne wird Hale-Zyklus genannt und beträgt 22,1 Jahre. Dies ist der eigentliche Zyklus der Sonnenfleckenaktivität. Fleckengruppen setzen sich aus nordmagnetischen und südmagnetischen Flecken zusammen, die bipolar angeordnet sind (Abbildung ). Während eines 11-jährigen Zyklus (Schwabe-Zyklus: 8 – 15 Jahre, nach dem Astronom Samuel Heinrich Schwabe, der diesen Zyklus als erster entdeckte) laufen bei der Rotation der Sonne entweder die Nordpole oder die Südpole ständig voraus. Nach 11 Jahren kehrt sich diese Polarität um.

Sol 1 Sonnenflecken DLR

Sonnenflecken Quelle: http://www.dlr.de/

Es vergehen also zwei 11-jährige Zyklen, bis die gleiche Anordnung wieder erscheint. Wie aus Untersuchungen bekannt, zeichnet sich der Hale-Zyklus auf der Erde z.B. deutlich in der Lufttemperatur Mittelenglands und im Dürre-Index der U.S.A. ab.

Der Schwabe-Zyklus bestimmt die Sonnenfleckenaktivität, die zu einem Teil die Energieabgabe der Sonne schwächt, weil die Fleckentemperatur um ca. 2.000 °C niedriger liegt als die übliche Sonnentemperatur von 5.500 °C (knapp 5.800 Kelvin), die Flecken also die Sonne sozusagen abdunkeln und zum anderen Fall, aufgrund der magnetischen Aktivität und die dadurch auftretenden sog. Sonnenfackeln, die abgestrahlte Sonnenenergie erhöhen. Da die Temperatur und damit die enthaltene Energie in den Fackeln deutlich höher ist, als die Energieminderung durch die „Abdunkelung“ der Sonnenfläche durch die Sonnenflecken, ist die Energieabgabe der Sonne im Fleckenzeiten höher. Die folgenden Abbildungen zeigen die Auswirkungen von Flecken und Fackeln auf die Leuchtkraft der Sonne, bezogen auf einen normierten prozentualen Wert.

Abb 2 

Quelle: Max-Planck-Institut für Aeronomie, Katlenburg-Lindau

Zur Handhabung der abgestrahlten Sonnenenergie wurde die Solarkonstante eingeführt.

Die Solarkonstante schwankt im Mittel zwischen ruhiger (Schwabeminimum) und aktiver Sonne (Schwabemaximum) zwischen 1-2%. Die Solarkonstante selbst, wird aus dem Stefan- Boltzmann-Gesetz abgeleitet und für eine Oberflächentemperatur der Sonne von 5.800 Kelvin ermittelt. Der eingangs erwähnte Mittelwert von 1.368 W/m2 ist rein statistisch zu betrachten, da die Erde keine Kreisbahn vollzieht, sondern davon um 5 Millionen km abweicht. Die Erde hat Anfang Januar den geringsten Abstand zur Sonne (die Solarkonstante liegt dann bei 1.416 W/m2) und Anfang Juli den größten Abstand zur Sonne (die Solarkonstante beträgt dann nur noch 1.320 W/m2). Ausgerechnet im Sommer, liegt die Solarkonstante niedriger als im Winter. Dies zeigt, dass es kritisch ist, mit einem gemittelten Wert, den es gar nicht gibt, zu rechnen.

Die folgende Abbildung, sie stammt von der University of East Anglia, zeigt am Beispiel der Starkregenfälle den Einfluss des Schwabe-Zyklus auf unser Wetter.

Abb 3 

Die Abbildung zeigt die periodischen Schwankungen der Regenfälle im Zeitraum von 1961 bis 1995. Die Werte ab 1995 beruhen nicht auf Messwerten, sondern auf Vorhersagen. Deutlich ist die Schwingung des Schwabe-Zyklus erkennbar und der Anstieg des de Vries/Suess-Zyklus. Quelle: UEA Climatic Research Unit.

Der 208-jährige De Vries/Suess-Zyklus lässt sich hingegen nicht direkt beobachten, also auch nicht unmittelbar über Messkurven festmachen, bzw. berechnen. Er lässt sich jedoch indirekt, anhand der radioaktiven Isotope 10Be und 14C rekonstruieren.

Abb 4 

Die Abbildung zeigt zum einen, die Schwingung in den C14-Daten aus Baumringen, Quelle: Journal of the Italian Astronomical Society (http://sait.oat.ts.astro.it/MSAIt760405/PDF/2005MmSAI..76..760V.pdf), die auf den de Vries/Suess-Zyklus zurückzuführen ist und zum anderen, recht deutlich, dass derzeit (um die Jahrtausendwende) die Sonnenaktivität im Vergleichzeitraum der letzten 1.000 Jahre, außerordentlich hoch ist. Sie deckt sich damit mit der Abbildung der British Geological Survey (unten) und der Pressemitteilung der Max-Planck-Gesellschaft vom 27. Oktober 2004: “Sonne seit über 8.000 Jahren nicht mehr so aktiv wie heute.“

Tab 1

Die Tabelle zeigt die Rekonstruktion des de Vries/Suess-Zyklus aus Baumring- und Eisbohrkern-Proxys, Quelle: Australian Institute of Physiks (http://www.aip.org.au/Congress2006/625.pdf).

Beim de Vries/Suess-Zyklus handelt es sich um einen überwiegend magnetischen Aktivitätszyklus der Sonne. Punktuell erkennt man dessen Aktivität an der Häufigkeit und Höhe von magnetischen Auswürfen der Sonne, also der magnetischen Sonnenstürme.

Abb 5

 Die Abbildung zeigt die Änderung der magnetischen Stürme auf der Sonne von 1867 bis 2007 (blau, die grüne Linie zeigt den Trend von 1900 – 2005) und den 11-jährigen Schwabe-Zyklus. Es ist deutlich erkennbar, dass der Schwabe-Zyklus und der Gleißberg-Zyklus (Maximum während des 19. Schwabe-Zykluses), der den Schwabe-Zyklus antreibt, zwar mit den relativen Maxima der magnetischen Stürme korreliert, nicht aber mit deren steigender Tendenz, diese steht in Relation zum de Vries/Suess-Zyklus. Ergänzt nach Quelle: British Geological Survey (http://www.geomag.bgs.ac.uk/earthmag.html)

Seine Auswirkungen auf unser Wetter/Klima sind vielschichtiger als die des Schwabe-Zyklus, weil beim Schwabe-Zyklus nur der geringe Teil betrachtet wird, der auf der Erdoberfläche, bzw. der Troposphäre ankommt, bzw. aus der nach Stefan/Boltzmann integrierten Oberflächentemperatur von 5.800 Kelvin stammt, beim de Vries/Suess-Zyklus jedoch das ganze Leistungsspektrum, weil dieser durch seine Wechselwirkungen mit der kosmischen Strahlung und seiner Auswirkungen in der oberen Atmosphäre das Wetter und somit das Klima auf der Erde indirekt stark beeinflusst. So liegen maßgebliche Energieinhalte der Sonnenstrahlung nicht im sichtbaren Licht (Solarkonstante bei 5.800 Kelvin)- oder Infraortbereich, sondern im Röntgen- bis Ultraviolettbereich. Die Temperatur der Sonnenatmosphäre liegt bei ca. 100.000 Kelvin und die der magnetischen Auswürfe bei mehreren Millionen Kelvin.

All diese Energie, die in der Solarkonstanten nicht beinhaltet ist, erreicht aber die Erde und moderiert direkt oder indirekt deren Klima. Zum Vergleich, die Sonnenaktivität schwankt im Röntgenbereich zwischen Minimum und Maximum um bis das 100-fache. Diese Wellenlängen erreichen wegen der Erdatmosphäre und dem Strahlungsgürtel der Erde zwar nicht die Erdoberfläche oder die Troposphäre, moderieren aber über die Stratosphäre (UV-Anteil), Troposphäre (UVA) und die Abschirmung der Erde vor kosmischer Strahlung das Wetter/Klima.

Abb 6

Die Abbildung links zeigt den atmosphärischen 14C-Gehalt anhand von Baumringen (Pearson et al. 1986) und von Flachwasserkorallen (Bard et al. 1993). Die Datenreihe zeigt deutlich einen 200-Jahres-Zyklus, was nur auf die Sonne zurückzuführen ist. Quelle: (http://www.science.uottawa.ca/~eih/ch8/ch8.htm). Die Abbildung rechts zeigt die 30-jährig gleitende Temperaturkurve von 1701 – 2005. In der Temperaturkurve ist exakt der 208- jährige de Vries/Suess-Zyklus abgebildet. Der de Vries/Suess-Zyklus hatte um 2002/2003 sein Maximum, als die Temperaturen ihren Höchststand erreichten. Das letzte Temperaturmaximum war in den 90er-Jahren des 18. Jahrhunderts, genau im Maximum des de Vries/Suess-Zyklus! Auch gleichen sich beide Maxima in ihrer Doppelspitze frappierend.

Wie der Gleißberg-Zyklus den Schwabe-Zyklus moderiert, so wird der de Vries/Suess-Zyklus von einem „übergeordneten“ Zyklus, dem Hallstatt-Zyklus moderiert, folgende Abbildung.

Abb 7

Die Abbildung zeigt den Hallstatt-Zyklus von 10.000 BP bis heute.  Er korreliert mit größeren Eisvorstößen in Europa um 7.100, 5.500, 2.800 BP und der Kleinen Eiszeit! Quelle: United States Geological Survey.

Der de Vries/Suess-Zyklus hatte sein letztes Maximum um 2002/2003, genau zu dem Zeitpunkt, als die globalen Temperaturen auf der Erde (und den anderen Planeten des Sonnensystems) ihr Maximum erreichten. Die starke magn. Aktivität der Sonne, die sich in Sonneneruptionen auswirkt und mit dem Anstieg und dem Maxima des de Vries/Suess-Zyklus synchron läuft, veranlasste den Sonnenforscher der NASA, David Hathaway in 2005 (als z.B. in der Presse viel über die Hitzetoten des Sommers zu hören war) zu der Aussage: “Das Solare Minimum explodiert – Das Solare Minimum sieht seltsamerweise aus wie ein solares Maximum“  (http://science.nasa.gov/headlines/y2005/15sep_solarminexplodes.htm), folgende Abbildung rechts. Wenn die erwähnten Hitzetoten im Sommer 2005 auf das Klima zurückzuführen sind, dann auf die Sonne (de Vries/Suess-Zyklus).

 Abb 8

Die Abbildung links zeigt die Mega-Eruption am 05. Nov. 2003 um 09:22, Quelle: NASA/ESA und die rechte Abbildung die Verteilung der Flares im Schwabe-Zyklus, Quelle: David Hathaway, NASA. So kann es nicht verwundern, dass die stärksten je gemessenen Sonneneruptionen zu Beginn dieses Jahrtausends auftraten (04. April 2001, Anfang November 2003, mit einem Wert von größer X20). Mega-Flares werden mit einem “X“ bezeichnet und die Stärke der Eruption mit einer Zahl angegeben.

Wie stark der de Vries/Suess-Zyklus mit dem Klima in Relation steht, zeigen die drei folgenden Abbildungen.

Abb 9

Die Abbildung zeigt über die letzten 1.200 Jahre den de Vries/Suess-Zyklus und die mittelalterliche Warmperiode, sowie die Kleine Eiszeit mit dem Wolf- Spörer- und Maunder-Minimum, Quelle: (http://www.co2science.org/articles/V11/N23/EDIT.php). Bereits in dieser Abbildung wird deutlich, dass diese Epochen mit dem de Vries/Suess-Zyklus in direkter Korrelation stehen.

 Abb 10

Die Abbildung zeigt neben den Sonnengruppen (Schwabe-Zyklus), die Schwankung (Schwingung) des Atmosphären- 10Be und 14C-Gehalts aus Baumring- und Eisbohrkern-Proxys und dazu die Klimaschwankungen der letzten 1.000 Jahre, Quelle: (http://www.freerepublic.com/focus/f-news/2038883/posts). Sie bestätigt die vorherige Abbildung. Abb 11

Die Abbildung zeigt die Kälteperioden der letzten 1.000 Jahre (ergänzt nach Quelle: United States Geological Survey). Anmerkung: Der Temperaturanstieg (dessen Form und Steigung) unserer Zeit zeigt frappierende Ähnlichkeit mit Rückgang des 14C-Gehalts der vorherigen Abbildung unter http://www.co2science.org! Da dieser Rückgang einzig auf den de Vries/Suess-Zyklus zurückzuführen ist, ist der gemessene Temperaturanstieg zum Ausgang des 20. Jahrhunderts und zu Beginn des Jahrtausends auf den de Vries/Suess-Zyklus und damit auf die Sonne zurückzuführen.

Die vorherigen Abbildungen zeigen ganz deutlich, dass, sowohl die aktuelle Klimaperiode, als auch die Klimaperioden der letzten 1.200 Jahre auf die Sonne zurückzuführen sind und explizit mit dem de Vries/Suess-Zyklus synchron laufen. Sie zeigen auch, dass nach jedem Maximum des de Vries/Suess-Zyklus die Temperaturen deutlich fallen, so wie wir dies jetzt wieder erleben, folgende Abbildung.

Abb 12 

Die Abbildung zeigt die Temperaturentwicklung von 1979 – 2008, Quelle: University of Alabama, Huntsville.

Quo vadis Temperatur?

Entgegen den Prognosen des IPCC, ist anhand der aktuellen Temperaturentwicklung und dem aufgezeigten Klimazusammenhang mit dem de Vries/Suess-Zyklus, mit deutlich fallenden Temperaturen für die nächste Jahrzehnte zu rechnen. Die NASA geht z.B. davon aus (wenn sich dort auch nicht auf einen so langen Zeitraum festgelegt wird) und das Space and Science Research Center (SSRC) in Orlando (http://www.spaceandscience.net/id16.html), Pressemitteilung vom 02.01.2008. Betrachten wir uns daher die Sonnenbeobachtungen während der letzten Maxima im de Vries/Suess-Zyklus genauer.

 Abb 13

Das Muster in der Sonnenzyklenlänge gleicht derzeit sehr stark dem im letzten Maximum des de Vries/Suess-Zyklus. Anschließend begann damals mit dem Dalton-Minimum eine Kälteperiode, in der die Mitteltemperaturen um 1 – 2°C fielen.

Was hat nun auf einmal die Sonnenzyklenlänge (Schwabe-Zyklus) mit der Temperatur auf der Erde zu tun, ganz einfach, je länger ein Zyklus dauert, umso weniger Zyklen gibt es pro Jahrhundert und umso geringer ist deren integrierte Intensität der Sonneneinstrahlung auf die Erde. Des Weiteren gibt es einen direkten Zusammenhang zwischen Zykluslänge und Höhe des nächsten Maximums im Schwabe-Zyklus – je länger der Zyklus, um so geringer die nächste Sonnenaktivität. Der Zusammenhang zwischen Zykluslänge und Temperatur zeigt die folgende Abbildung:

Abb 14

Die Abbildung zeigt deutlich, dass die Länge der Sonnenzyklen umgekehrt proportional zur Temperatur ist. Je kürzer die Länge, desto höher die Temperatur, Quelle: ( http://www.intellicast.com/Community/ Content.aspx?ref=rss&a=130). Zur Ermittlung der Relation wurden die Temperaturdaten des Armagh-Observatoriums (Irland) verwendet, weil dieses mit die längsten Temperaturaufzeichnungen hat und somit besonders gut geeignet ist.

Die nächste Betrachtung bezieht sich auf Maximum des de Vries/Suess-Zyklus zu Beginn des 17. Jahrhunderts.

 Abb 15

Die Abbildung gibt die Sonnenbeobachtung seit 1610 (Erfindung des Fernrohrs) wider. Es ist schon frappierend, wie sich das Muster der Sonnenaktivität zu Beginn der Kleinen Eiszeit (Zwischen 1672 und 1704 wurde kein einziger Sonnenfleck beobachtet. Die Zeit wurde nach dem britischen Astronom Edward Maunder das Maunder-Minimum genannt.), mit dem des ausgehenden 20. Jahrhunderts gleicht. Die grüne Kurve zeigt die seit 1749 kontinuierlich gemessenen Monatswerte, die rote Kurve zeigt sporadische Beobachtungen. (1) hohes  Maximum.  (2) Zwischenminimum,  (3) erneutes Maximum.

 

Mögliche physikalische Erklärung – wie hängen die unterschiedlichen Sonnenzyklen zusammen?

Die Sonnenflecken und mit ihnen, die magnetische Aktivität der Sonne lassen sich aus der sog. Babcock-Theorie erklären, folgende Abbildung.

Babcock_model

• Zu Beginn des Zyklus vertikale Feldlinien in großer Tiefe.

• Die differentielle Rotation „wickelt“ die Feldlinien um die Sonne.

• Die Feldstärke wird dadurch verstärkt.

• Starke Flussröhren steigen auf und bilden dadurch die Sonnenflecken.

• Am Ende des Zyklus neutralisieren sich die am Äquator entgegen gesetzten Felder.

Die Dynamotheorie nach Babcock besagt, dass sich am Ende des Zyklus, die am Äquator entgegen gesetzten Felder neutralisieren. Diese Neutralisierung läuft umso länger, je stärker der vorherige Zyklus war, da dessen erzeugte Energie zuerst abgebaut werden muss, bevor sich Felder mit entgegen gesetzter magnetischer Polarität bilden können. Der Dynamo läuft sozusagen nach, vergleichbar mit einem realen Dynamo oder einer schnell laufenden Maschine, die umso länger ihre Drehrichtung beibehält, bzw. sich einer Änderung widersetzt, je höher ihre Geschwindigkeit, oder allgemein, je höher ihr erreichtes potentielles Energieniveau ist.

Bei einem Dynamo ist das abgegebene Magnetfeld äquivalent zum Drehimpuls, d.h. je höher die Drehgeschwindigkeit, umso höher die magnetische Energie. Folgt nach einem Maximum eine Verringerung und anschließend eine Polumkehr, so verhindert die sog. Lenzsche Regel (siehe unten) die Flussänderung umso mehr, je höher das vorherige Maximum war.

Weiter ist zu berücksichtigen, dass bei einem neuen Schwabe-Zyklus, die magnetische Polarität der Sonnenflecken gedreht ist. Damit es zu einer Drehung der magn. Polarität kommt, muss eine Umkehrung der Fließrichtung der magnetischen Massen, die letztendlich die Polarität bestimmen, stattfinden. Es setzt im Sonnenmantel eine Veränderung der Fließrichtung in den dortigen Schichten untereinander ein. In der Gesamtheit wirken also zwei Kräfte gegeneinander, die eine, die das bisherige System angetrieben hat und die andere, die das System umstellen möchte. Ist die vorherige Kraft besonders groß gewesen, so hat es die „neue“ Kraft schwer, dieses Moment aufzuheben. Vorher kann keine Änderung des Gesamtsystems erfolgen. Bildhaft kann man sich zwei Walzen vorstellen, die im Sonnenmantel wirken. Die untere (massereichere und trägere) verkörpert den de Vries/Suess-Zyklus und die obere(n) kleinere(n) den Schwabe-Zyklus. Die oberen Drehwalzen werden immer wieder von der unteren (die wegen ihrer hohen Intensität noch läuft und zwar in entgegen gesetzter Richtung) abgebremst, wobei sich gesamt die Kräfte aufheben, bzw. abschwächen.

Auf die Sonnenaktivität und den ausbleibenden 24. Sonnenzyklus heißt dies konkret, dass der 24. Zyklus so gut wie „ausfällt“ – extrem flach, mit einem geringen Wert der Sonnenfleckenrelativzahl von deutlich unter 100. Dies sind Werte, wie sie letztmalig im 17.- und 19. Jahrhundert, während des Maunder-Minimums, bzw. des Dalton-Minimums auftraten. So zeigen z.B. die Messdaten des NASA-Satelliten “Ulysses“, dass der Sonnenwind, der als Folge magnetischer Aktivität variiert, so schwach ist wie seit 50 Jahren nicht mehr. Es ist daher davon auszugehen, dass auf der Erde bald wieder ähnliche Temperaturen herrschen, wie im Dalton Minimum.

 

30_11_Lenz%27s_law

Lenzsche Regel http://www.physics.sjsu.edu/ 

Nach der Lenzschen Regel wird durch eine Änderung des magnetischen Flusses durch eine Leiterschleife (Abbildung) eine Spannung induziert, so dass der dadurch fließende Strom ein Magnetfeld erzeugt, welches der Änderung des magnetischen Flusses entgegenwirkt. Die Regel basiert auf dem russischen Physiker Heinrich Lenz.

Die Lenzsche Regel sagt also aus, dass der induzierte Strom eine Änderung des magnetischen Flusses zu verhindern sucht. Allgemein versucht ein elektro-magnetisches System, seinen momentanen Zustand beizubehalten.

Raimund Leistenschneider

Gastbeiträge geben nur die persönlichen Ansichten des Autors wieder und  nicht diejenigen des Blogs Weltenwetter!

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Written by jenschristianheuer

Juli 30, 2009 at 10:30 am

Veröffentlicht in Klimadebatte, Klimawandel