A Földön sok minden megváltoztathatja a hőmérsékletet: kitör egy vulkán, és fényes köddel borítja be a Földet, amely elzárja a napfényt, és a hőmérséklet csökken; az üvegházhatású gázok megkötik a hőt a légkörben, és a hőmérséklet emelkedik. 1650 és 1710 között az északi félteke nagy részén csökkent a hőmérséklet, amikor a Nap a Maunder-minimumnak nevezett nyugalmi fázisba lépett. Ebben az időszakban nagyon kevés napfolt jelent meg a Nap felszínén, és a Nap általános fényessége kissé csökkent. A kis jégkorszaknak nevezett, az átlagosnál hidegebb időszak közepén Európa és Észak-Amerika mélyfagyba került: az alpesi gleccserek kiterjedtek a völgyek mezőgazdasági területeire; a tengeri jég délre kúszott az Északi-sarkvidékről; és a híres hollandiai csatornák rendszeresen befagytak – ami ma már ritka esemény.
A napminimum hatása jól látható ezen a képen, amely a Maunder-minimum közepén lévő 1680-as év és 1780, a normál naptevékenységű év közötti hőmérsékletkülönbséget mutatja egy általános keringési modell számításai szerint. A mélykék szín Észak-Amerika keleti és középső részén, valamint Eurázsia északi részén mutatja, hogy hol volt a legnagyobb a hőmérséklet-csökkenés. Szinte az összes többi szárazföldi terület is hűvösebb volt 1680-ban, amint azt a kék különböző árnyalatai jelzik. Az a néhány régió, amely 1680-ban melegebbnek tűnik, Alaszka és a Csendes-óceán keleti része (balra), az Atlanti-óceán északi része Grönlandtól délre (középen balra) és Izlandtól északra (középen felül).
Ha a Napból származó energia csak kis mértékben csökkent, miért csökkent a hőmérséklet olyan nagymértékben az északi féltekén? Drew Shindell éghajlatkutató és a NASA Goddard Űrkutatási Intézetének munkatársai ezt a kérdést a fák évgyűrűiből, jégmagokból, korallokból és a történeti feljegyzésekben rögzített kevés mérésből származó hőmérsékleti adatok és a Föld éghajlatának fejlett számítógépes modellje kombinálásával oldották meg. A csoport először kiszámította a Maunder-minimum idején a Napból érkező energia mennyiségét, és ezt az információt beillesztette egy általános cirkulációs modellbe. A modell annak matematikai ábrázolása, hogy a Föld különböző rendszerei – az óceánok felszíni hőmérséklete, a légkör különböző rétegei, a szárazföldről visszavert és elnyelt energia és így tovább – hogyan hatnak egymásra az éghajlat kialakulásában.
Amikor a modell a csökkent napenergiával indult, és a paleoklíma-feljegyzéseknek megfelelő hőmérsékleteket adott vissza, Shindell és kollégái tudták, hogy a modell megmutatja, hogyan okozhatta a Maunder-minimum a hőmérséklet szélsőséges csökkenését. A modell kimutatta, hogy a hőmérsékletcsökkenés a sztratoszférában lévő ózonnal függött össze, a légkörnek azzal a rétegével, amely 10 és 50 kilométerre van a Föld felszínétől. Az ózon akkor keletkezik, amikor a Napból érkező nagy energiájú ultraibolya fény kölcsönhatásba lép az oxigénnel. A Maunder-minimum idején a Nap kevesebb erős ultraibolya fényt bocsátott ki, így kevesebb ózon keletkezett. Az ózon csökkenése hatással volt a planetáris hullámokra, a sugáráramlat óriási hullámzására, amelyet a televíziós időjárás-jelentésekben szoktunk látni.
A planetáris hullámok megváltozása negatív fázisba rúgta az észak-atlanti oszcillációt (NAO) – a Grönland közelében lévő állandó alacsony nyomású rendszer és a tőle délre lévő állandó magas nyomású rendszer közötti egyensúlyt. Amikor az NAO negatív, mindkét nyomásrendszer viszonylag gyenge. Ilyen körülmények között az Atlanti-óceánt átszelő téli viharok általában kelet felé, Európa felé tartanak, ahol keményebb tél van. (Amikor az NAO pozitív, a téli viharok északabbra vonulnak, így Európában enyhébbek a telek.) A fenti modelleredmények azt mutatják, hogy a Maunder-minimum idején az NAO átlagosan negatívabb volt, és Európa szokatlanul hideg maradt. Ezek az eredmények megegyeztek a paleoklíma-feljegyzésekkel.
Azzal, hogy Shindell és munkatársai olyan modellt alkottak, amely képes volt reprodukálni a paleoklíma-feljegyzésekben rögzített hőmérsékleteket, jobban megértették, hogy a sztratoszférában bekövetkező változások hogyan befolyásolják az időjárási mintákat. Egy ilyen megértés birtokában a tudósok jobban megérthetik, hogy milyen tényezők befolyásolhatják a Föld éghajlatát a jövőben. Ha többet szeretne megtudni arról, hogyan használják az ősi hőmérséklet-felvételeket az éghajlati modellek javítására, olvassa el a Paleoklimatológia című részt: Understanding the Past to Predict the Future, a paleoklimatológiáról szóló cikksorozat utolsó része a Föld-megfigyelőközpontban.
- Further Reading:
- Glaciers, Old Masters, and Galileo: The Puzzle of the Chilly 17th Century, Drew Shindell, NASA Goddard Institute for Space Studies.
Map adapted from Shindell et al., 2001, copyright AAAS 2001. Az AAAS szerzői joggal védett anyagok felhasználási feltételei: Az olvasók kizárólag ideiglenes másolási céllal tekinthetik meg, böngészhetik és/vagy tölthetik le az anyagokat, feltéve, hogy ezek a felhasználások nem kereskedelmi, személyes célokat szolgálnak. A törvény által előírtak kivételével ez az anyag a kiadó előzetes írásbeli engedélye nélkül sem részben, sem egészben nem sokszorosítható, nem terjeszthető, nem továbbítható, nem adható át, nem módosítható, nem adaptálható, nem adható elő, nem jeleníthető meg, nem tehető közzé és nem értékesíthető sem részben, sem egészben.