Wiele rzeczy może zmienić temperaturę na Ziemi: wybuch wulkanu, spowijając Ziemię jasną mgłą, która blokuje światło słoneczne, a temperatura spada; gazy cieplarniane zatrzymują ciepło w atmosferze, a temperatura wzrasta. Od 1650 do 1710 roku temperatury na dużej części półkuli północnej spadły, gdy Słońce weszło w fazę ciszy, zwaną obecnie Minimum Maundera. W tym okresie na powierzchni Słońca pojawiło się bardzo niewiele plam słonecznych, a ogólna jasność Słońca nieco spadła. Już w środku zimniejszego niż przeciętnie okresu zwanego Małą Epoką Lodowcową, Europa i Ameryka Północna pogrążyły się w głębokim mrozie: lodowce alpejskie rozciągały się nad polami uprawnymi w dolinach; lód morski pełzał na południe od Arktyki; a słynne kanały w Holandii zamarzały regularnie – co dziś jest rzadkością.
Wpływ minimum słonecznego jest wyraźny na tym obrazie, który pokazuje różnicę temperatur między 1680, rokiem w centrum Minimum Maundera, a 1780, rokiem normalnej aktywności słonecznej, obliczonej przez model cyrkulacji ogólnej. Głęboki niebieski kolor we wschodniej i środkowej części Ameryki Północnej oraz północnej Eurazji ilustruje, gdzie spadek temperatury był największy. Prawie wszystkie inne obszary lądowe również były chłodniejsze w 1680 roku, na co wskazują różne odcienie niebieskiego. Nieliczne regiony, które wydają się być cieplejsze w 1680 roku to Alaska i wschodni Pacyfik (po lewej), północny Ocean Atlantycki na południe od Grenlandii (po lewej od centrum) i na północ od Islandii (górny środek).
Jeśli energia ze Słońca zmniejszyła się tylko nieznacznie, dlaczego temperatury spadły tak poważnie na półkuli północnej? Klimatolog Drew Shindell i współpracownicy z Instytutu Studiów Kosmicznych Goddarda NASA zmierzyli się z tym pytaniem, łącząc zapisy temperatur uzyskane z słojów drzew, rdzeni lodowych, koralowców i nielicznych pomiarów zarejestrowanych w zapisie historycznym z zaawansowanym komputerowym modelem klimatu Ziemi. Grupa najpierw obliczyła ilość energii pochodzącej ze Słońca podczas Minimum Maundera i wprowadziła te informacje do modelu ogólnej cyrkulacji. Model ten jest matematyczną reprezentacją sposobu, w jaki różne systemy ziemskie – temperatury powierzchni oceanu, różne warstwy atmosfery, energia odbita i pochłonięta od lądu i tak dalej – współdziałają w tworzeniu klimatu.
Gdy model zaczął się od zmniejszonej energii słonecznej i zwrócił temperatury, które pasowały do rekordu paleoklimatycznego, Shindell i jego koledzy wiedzieli, że model pokazuje, jak Minimum Maundera mogło spowodować ekstremalny spadek temperatur. Model pokazał, że spadek temperatury był związany z ozonem w stratosferze, warstwie atmosfery znajdującej się pomiędzy 10 a 50 kilometrem od powierzchni Ziemi. Ozon powstaje, gdy wysokoenergetyczne światło ultrafioletowe ze Słońca wchodzi w interakcję z tlenem. Podczas Minimum Maundera Słońce emitowało mniej silnego światła ultrafioletowego, a więc powstawało mniej ozonu. Spadek ozonu wpłynął na fale planetarne, gigantyczne wiggles w strumieniu jet stream, które jesteśmy przyzwyczajeni do oglądania w telewizyjnych raportach pogodowych.
Zmiana w falach planetarnych kopnęła Oscylację Północnoatlantycką (NAO)- równowagę pomiędzy stałym układem niskiego ciśnienia w pobliżu Grenlandii a stałym układem wysokiego ciśnienia na jej południu- w fazę ujemną. Kiedy NAO jest ujemne, oba układy ciśnienia są stosunkowo słabe. W takich warunkach zimowe sztormy przechodzące przez Atlantyk zazwyczaj kierują się na wschód w stronę Europy, która doświadcza bardziej srogiej zimy. (Kiedy NAO jest dodatnie, burze zimowe przemieszczają się dalej na północ, co sprawia, że zimy w Europie są łagodniejsze). Wyniki modelu, pokazane powyżej, ilustrują, że NAO było średnio bardziej ujemne podczas Minimum Maundera, a Europa pozostała wyjątkowo zimna. Wyniki te pasują do zapisów paleoklimatycznych.
Tworząc model, który może odtworzyć temperatury zarejestrowane w zapisach paleoklimatycznych, Shindell i współpracownicy osiągnęli lepsze zrozumienie tego, jak zmiany w stratosferze wpływają na wzorce pogodowe. Z takim zrozumieniem, naukowcy są lepiej przygotowani do zrozumienia, jakie czynniki mogą wpłynąć na klimat Ziemi w przyszłości. Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak starożytne zapisy temperatury są wykorzystywane do ulepszania modeli klimatycznych, zobacz Paleoklimatologia: Understanding the Past to Predict the Future, ostatnia odsłona serii artykułów o paleoklimatologii w Obserwatorium Ziemi.
- Dalsza lektura:
- Glaciers, Old Masters, and Galileo: The Puzzle of the Chilly 17th Century, przez Drew Shindell w NASA Goddard Institute for Space Studies.
Mapa zaadaptowana z Shindell et al., 2001, copyright AAAS 2001. Terms and conditions of use for material copyright AAAS: Readers may view, browse, and/or download material for temporary copying purposes only, provided these uses are for noncommercial personal purposes. Z wyjątkiem przypadków przewidzianych prawem, materiał ten nie może być dalej powielany, dystrybuowany, przekazywany, modyfikowany, adaptowany, wykonywany, wyświetlany, publikowany lub sprzedawany w całości lub w części, bez uprzedniej pisemnej zgody wydawcy.
.