Många saker kan förändra temperaturerna på jorden: en vulkan bryter ut och sveper in jorden med ett ljust dis som blockerar solljuset och temperaturerna sjunker; växthusgaser fångar in värme i atmosfären och temperaturerna stiger. Mellan 1650 och 1710 sjönk temperaturen över stora delar av norra halvklotet när solen gick in i en lugn fas som nu kallas Maunderminimum. Under denna period uppstod mycket få solfläckar på solens yta och solens totala ljusstyrka minskade något. Europa och Nordamerika, som redan befann sig mitt i en period som var kallare än genomsnittet och som kallas den lilla istiden, gick in i en djupfrysning: alpina glaciärer bredde ut sig över dalarnas jordbruksmark, havsisen kröp söderut från Arktis och de berömda kanalerna i Nederländerna frös regelbundet – en händelse som är sällsynt i dag.
Inverkan av solminimumet är tydlig i den här bilden, som visar temperaturskillnaden mellan 1680, ett år mitt i Maunder-minimumet, och 1780, ett år med normal solaktivitet, enligt beräkningar av en modell för den allmänna cirkulationen. Djupt blått över östra och centrala Nordamerika och norra Eurasien visar var temperaturfallet var som störst. Nästan alla andra landområden var också kallare år 1680, vilket framgår av de olika blå nyanserna. De få områden som verkar ha varit varmare 1680 är Alaska och östra Stilla havet (till vänster), Nordatlanten söder om Grönland (till vänster om mitten) och norr om Island (övre mitten).
Om energin från solen bara minskade något, varför sjönk då temperaturen så kraftigt på norra halvklotet? Klimatforskaren Drew Shindell och hans kollegor vid NASA:s Goddard Institute for Space Studies tog itu med den frågan genom att kombinera temperaturuppgifter från trädringar, iskärnor, koraller och de få mätningar som registrerats i historisk tid med en avancerad datormodell av jordens klimat. Gruppen beräknade först hur mycket energi som kom från solen under Maunderminimum och förde in informationen i en allmän cirkulationsmodell. Modellen är en matematisk representation av hur olika system på jorden – temperaturerna på havsytan, atmosfärens olika skikt, den energi som reflekteras och absorberas från land och så vidare – samverkar för att skapa klimatet.
När modellen började med den minskade solenergin och returnerade temperaturer som stämde överens med paleoklimatregistret visste Shindell och hans kollegor att modellen visade hur Maunder Minimum kunde ha orsakat det extrema temperaturfallet. Modellen visade att temperaturfallet var relaterat till ozon i stratosfären, det skikt i atmosfären som ligger mellan 10 och 50 kilometer från jordytan. Ozon bildas när ultraviolett ljus med hög energi från solen interagerar med syre. Under Maunder-minimumet sände solen ut mindre starkt ultraviolett ljus och därför bildades mindre ozon. Minskningen av ozon påverkade planetariska vågor, de jättelika vickningar i jetströmmen som vi är vana att se i TV:s väderleksrapporter.
Förändringen av de planetariska vågorna sparkade in den nordatlantiska oscillationen (NAO) – balansen mellan ett permanent lågtryckssystem nära Grönland och ett permanent högtryckssystem i söder – i en negativ fas. När NAO är negativ är båda trycksystemen relativt svaga. Under dessa förhållanden drar vinterstormar som korsar Atlanten i allmänhet österut mot Europa, som upplever en strängare vinter. (När NAO är positiv drar vinterstormarna längre norrut, vilket gör att vintrarna i Europa blir mildare). Modellresultaten, som visas ovan, visar att NAO i genomsnitt var mer negativ under Maunder Minimum och att Europa förblev ovanligt kallt. Dessa resultat stämde överens med paleoklimatregistret.
Då Shindell och kollegor skapade en modell som kunde återge temperaturer som registrerats i paleoklimatregistret, uppnådde de en bättre förståelse för hur förändringar i stratosfären påverkar vädermönstren. Med en sådan förståelse är forskarna bättre rustade för att förstå vilka faktorer som kan påverka jordens klimat i framtiden. För att läsa mer om hur gamla temperaturregister används för att förbättra klimatmodellerna, se Paleoclimatology: Förstå det förflutna för att förutsäga framtiden, den sista delen i en serie artiklar om paleoklimatologi på Earth Observatory.
- Fördjupad läsning:
- Glaciärer, gamla mästare och Galileo: The Puzzle of the Chilly 17th Century, by Drew Shindell at NASA Goddard Institute for Space Studies.
Karta anpassad från Shindell et al., 2001, copyright AAAS 2001. Användningsvillkor för material med upphovsrätt till AAAS: Läsare får visa, bläddra och/eller ladda ner material endast för tillfälliga kopieringssyften, förutsatt att dessa användningar är för icke-kommersiella personliga syften. Med undantag för vad som föreskrivs i lag får detta material inte reproduceras, distribueras, överföras, modifieras, anpassas, framföras, visas, publiceras eller säljas, vare sig helt eller delvis, utan föregående skriftligt tillstånd från utgivaren.