Monet asiat voivat muuttaa lämpötiloja maapallolla: tulivuori purkautuu ja peittää maapallon kirkkaalla huurulla, joka estää auringonvalon, ja lämpötilat laskevat; kasvihuonekaasut pidättävät lämpöä ilmakehään, ja lämpötilat nousevat. Vuosina 1650-1710 lämpötila laski suuressa osassa pohjoista pallonpuoliskoa, kun aurinko siirtyi hiljaiseen vaiheeseen, jota kutsutaan nykyään Maunderin minimiksi. Tänä aikana Auringon pinnalle ilmestyi hyvin vähän auringonpilkkuja, ja Auringon kokonaiskirkkaus väheni hieman. Eurooppa ja Pohjois-Amerikka olivat jo keskellä keskimääräistä kylmempää ajanjaksoa, jota kutsuttiin pieneksi jääkaudeksi, ja Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa vallitsi syvä pakkanen: alppijäätiköt ulottuivat laaksojen viljelysmaiden päälle, merijää hiipi arktiselta alueelta etelään ja Alankomaiden kuuluisat kanavat jäätyivät säännöllisesti, mikä on nykyään harvinaista.
Auringon minimin vaikutus näkyy selvästi tässä kuvassa, jossa on esitetty Maunderin minimin keskipisteeseen sijoittuneen vuoden 1680 ja tavanomaisen auringon aktiivisuusvuoden 1780 väliset lämpötilojen väliset erot yleiskierron mallinnoksen laskemien lukemien perusteella. Syvänsininen väri Pohjois-Amerikan itä- ja keskiosissa ja Euraasian pohjoisosissa havainnollistaa, missä lämpötilan lasku oli suurin. Myös lähes kaikilla muilla maa-alueilla oli viileämpää vuonna 1680, kuten sinisen eri sävyt osoittavat. Muutamat alueet, jotka näyttävät olleen lämpimämpiä vuonna 1680, ovat Alaska ja itäinen Tyynimeri (vasemmalla), Pohjois-Atlantin valtameri Grönlannin eteläpuolella (vasemmalla keskellä) ja Islannin pohjoispuolella (ylhäällä keskellä).
Jos Auringosta peräisin oleva energia väheni vain vähän, miksi lämpötilat putosivat niin rajusti pohjoisella pallonpuoliskolla? Ilmastotutkija Drew Shindell ja hänen kollegansa NASA Goddard Institute for Space Studies -instituutissa selvittivät tätä kysymystä yhdistämällä puurenkaista, jäänäytteistä, koralleista ja harvoista historiallisista mittaustuloksista saadut lämpötilatiedot ja maapallon ilmastoa kuvaavan kehittyneen tietokonemallin. Ryhmä laski ensin Auringosta Maunderin minimin aikana tulevan energian määrän ja syötti tiedot yleiseen kiertomalliin. Malli on matemaattinen esitys siitä, miten maapallon eri järjestelmät – valtamerten pintalämpötilat, ilmakehän eri kerrokset, maasta heijastuva ja imeytyvä energia ja niin edelleen – vaikuttavat toisiinsa ilmaston aikaansaamiseksi.
Kun malli lähti liikkeelle vähentyneestä aurinkoenergiasta ja palautti lämpötilat, jotka vastasivat paleoilmastotietoja, Shindell ja hänen kollegansa tiesivät, että malli osoitti, miten Maunderin minimi saattoi aiheuttaa lämpötilojen äärimmäisen laskun. Malli osoitti, että lämpötilan lasku liittyi otsoniin stratosfäärissä, ilmakehän kerroksessa, joka sijaitsee 10-50 kilometrin päässä maan pinnasta. Otsonia syntyy, kun auringon korkeaenerginen ultraviolettivalo vuorovaikuttaa hapen kanssa. Maunderin minimin aikana aurinko säteili vähemmän voimakasta ultraviolettivaloa, joten otsonia muodostui vähemmän. Otsonin väheneminen vaikutti planetaarisiin aaltoihin, suihkuvirtauksen jättimäisiin heilahduksiin, joita olemme tottuneet näkemään television säätiedotuksissa.
Planetaaristen aaltojen muutos potkaisi Pohjois-Atlantin oskillaation (NAO) – tasapainon pysyvän matalapainejärjestelmän lähellä Grönlantia ja sen eteläpuolella sijaitsevan pysyvän korkeapainejärjestelmän välillä – negatiiviseen vaiheeseen. Kun NAO on negatiivinen, molemmat painejärjestelmät ovat suhteellisen heikkoja. Näissä olosuhteissa Atlantin ylittävät talvimyrskyt suuntautuvat yleensä itään kohti Eurooppaa, jossa talvi on ankarampi. (Kun NAO on positiivinen, talvimyrskyt kulkevat pohjoisemmaksi, jolloin talvi on Euroopassa leudompi.) Yllä esitetyt mallitulokset osoittavat, että NAO oli keskimäärin negatiivisempi Maunderin minimin aikana, ja Eurooppa pysyi epätavallisen kylmänä. Nämä tulokset sopivat yhteen paleoilmastotallenteiden kanssa.
Luomalla mallin, joka pystyi toistamaan paleoilmastotallenteisiin kirjattuja lämpötiloja, Shindell ja hänen kollegansa saivat paremman käsityksen siitä, miten stratosfäärissä tapahtuvat muutokset vaikuttavat säämalleihin. Tällaisen ymmärryksen avulla tutkijat pystyvät paremmin ymmärtämään, mitkä tekijät voivat vaikuttaa maapallon ilmastoon tulevaisuudessa. Jos haluat lukea lisää siitä, miten muinaisia lämpötilatietoja käytetään ilmastomallien parantamiseen, katso Paleoklimatologia: Understanding the Past to Predict the Future, viimeinen osa paleoklimatologiaa käsittelevästä artikkelisarjasta Earth Observatory.
- Further Reading:
- Glaciers, Old Masters, and Galileo: The Puzzle of the Chilly 17th Century, kirjoittanut Drew Shindell NASA Goddard Institute for Space Studies.
Kartta mukailtu lähteestä Shindell et al., 2001, copyright AAAS 2001. AAAS:n tekijänoikeudella suojattua aineistoa koskevat käyttöehdot: Lukijat voivat katsella, selata ja/tai ladata aineistoa vain väliaikaista kopiointia varten edellyttäen, että tämä käyttö on ei-kaupallista henkilökohtaista tarkoitusta varten. Ellei laissa toisin säädetä, tätä aineistoa ei saa edelleen jäljentää, levittää, välittää, muokata, mukauttaa, esittää, näyttää, julkaista tai myydä kokonaan tai osittain ilman kustantajan etukäteen antamaa kirjallista lupaa.