Viele Dinge können die Temperaturen auf der Erde verändern: Ein Vulkan bricht aus und hüllt die Erde in hellen Dunst, der das Sonnenlicht blockiert, und die Temperaturen sinken; Treibhausgase halten die Wärme in der Atmosphäre zurück, und die Temperaturen steigen. Von 1650 bis 1710 stürzten die Temperaturen in weiten Teilen der nördlichen Hemisphäre ab, als die Sonne in eine ruhige Phase eintrat, die heute als Maunder-Minimum bezeichnet wird. Während dieser Zeit erschienen nur sehr wenige Sonnenflecken auf der Sonnenoberfläche, und die Gesamthelligkeit der Sonne nahm leicht ab. Europa und Nordamerika befanden sich bereits mitten in einer überdurchschnittlich kalten Periode, der so genannten Kleinen Eiszeit, und froren ein: Alpengletscher dehnten sich über das Ackerland in den Tälern aus, das Meereis schob sich von der Arktis nach Süden, und die berühmten Kanäle in den Niederlanden froren regelmäßig zu – ein Ereignis, das heute nur noch selten vorkommt.
Die Auswirkungen des Sonnenminimums sind auf diesem Bild deutlich zu erkennen, das den Temperaturunterschied zwischen 1680, einem Jahr in der Mitte des Maunder-Minimums, und 1780, einem Jahr mit normaler Sonnenaktivität, zeigt, wie von einem allgemeinen Zirkulationsmodell berechnet. Das tiefe Blau des östlichen und zentralen Nordamerikas und des nördlichen Eurasiens zeigt, wo der Temperaturrückgang am größten war. Auch in fast allen anderen Landgebieten war es 1680 kühler, wie die unterschiedlichen Blautöne zeigen. Die wenigen Regionen, in denen es 1680 wärmer gewesen zu sein scheint, sind Alaska und der östliche Pazifik (links), der Nordatlantik südlich von Grönland (links von der Mitte) und nördlich von Island (oben in der Mitte).
Wenn die Sonnenenergie nur geringfügig abnahm, warum sanken dann die Temperaturen auf der Nordhalbkugel so stark? Der Klimawissenschaftler Drew Shindell und seine Kollegen vom NASA Goddard Institute for Space Studies sind dieser Frage nachgegangen, indem sie Temperaturaufzeichnungen aus Baumringen, Eiskernen, Korallen und den wenigen historischen Messungen mit einem modernen Computermodell des Erdklimas kombiniert haben. Die Gruppe berechnete zunächst die Energiemenge, die während des Maunder-Minimums von der Sonne kam, und gab diese Informationen in ein allgemeines Zirkulationsmodell ein. Das Modell ist eine mathematische Darstellung der Art und Weise, wie verschiedene Systeme der Erde – Oberflächentemperaturen der Ozeane, verschiedene Schichten der Atmosphäre, vom Land reflektierte und absorbierte Energie usw. – zusammenwirken, um das Klima zu erzeugen.
Als das Modell mit der verringerten Sonnenenergie begann und Temperaturen lieferte, die mit den paläoklimatischen Aufzeichnungen übereinstimmten, wussten Shindell und seine Kollegen, dass das Modell zeigte, wie das Maunder-Minimum den extremen Temperaturabfall verursacht haben könnte. Das Modell zeigte, dass der Temperaturrückgang mit dem Ozon in der Stratosphäre zusammenhing, der Schicht der Atmosphäre, die zwischen 10 und 50 Kilometer von der Erdoberfläche entfernt ist. Ozon entsteht, wenn energiereiches ultraviolettes Licht der Sonne mit Sauerstoff interagiert. Während des Maunder-Minimums strahlte die Sonne weniger starkes ultraviolettes Licht aus, so dass sich weniger Ozon bildete. Die Abnahme des Ozons wirkte sich auf die planetarischen Wellen aus, die riesigen Wellen im Jetstream, die wir aus den Wetterberichten im Fernsehen kennen.
Die Veränderung der planetarischen Wellen brachte die Nordatlantische Oszillation (NAO) – das Gleichgewicht zwischen einem permanenten Tiefdrucksystem in der Nähe von Grönland und einem permanenten Hochdrucksystem in seinem Süden – in eine negative Phase. Wenn die NAO negativ ist, sind beide Drucksysteme relativ schwach. Unter diesen Bedingungen ziehen Winterstürme, die den Atlantik überqueren, im Allgemeinen ostwärts in Richtung Europa, das einen strengeren Winter erlebt. (Wenn die NAO positiv ist, ziehen die Winterstürme weiter nach Norden, wodurch die Winter in Europa milder werden). Die oben dargestellten Modellergebnisse zeigen, dass die NAO während des Maunder-Minimums im Durchschnitt negativer war, und Europa blieb ungewöhnlich kalt. Diese Ergebnisse stimmten mit den paläoklimatischen Aufzeichnungen überein.
Durch die Erstellung eines Modells, das die in den paläoklimatischen Aufzeichnungen aufgezeichneten Temperaturen reproduzieren konnte, gelang es Shindell und seinen Kollegen, besser zu verstehen, wie Veränderungen in der Stratosphäre die Wettermuster beeinflussen. Mit einem solchen Verständnis sind die Wissenschaftler besser in der Lage zu verstehen, welche Faktoren das Klima der Erde in Zukunft beeinflussen könnten. Weitere Informationen darüber, wie alte Temperaturaufzeichnungen zur Verbesserung von Klimamodellen verwendet werden, finden Sie unter Paläoklimatologie: Understanding the Past to Predict the Future, der letzte Teil einer Serie von Artikeln über Paläoklimatologie im Earth Observatory.
- Weitere Lektüre:
- Gletscher, alte Meister und Galileo: The Puzzle of the Chilly 17th Century, von Drew Shindell am NASA Goddard Institute for Space Studies.
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