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Kosmische Strahlen und Wolken anno 2016

Es ist wichtig anzumerken, dass die neue CLOUD-Studie kein experimentelles Ergebnis präsentiert hinsichtlich der Auswirkung kosmischer Strahlen, die Ionen in Wolken erzeugen, sondern das Ergebnis numerischer Modellierung sind. CLOUD verwendet deren experimentelle Messungen, um die typische Kernbildung [nucleation] verschiedener Aerosole geringer Größe (1 bis 3 nm) abzuschätzen. Allerdings muss ein Aerosol erst auf eine Größe von 50 bis 100 nm wachsen, um Wolken (und das Klima) beeinflussen zu können und zu einem Wolken-Kondensationskern (CCN) zu werden. Dann verwendet CLOUD ein numerisches Modell, um die Auswirkung kosmischer Strahlen auf diesen Wachstumsprozess zu schätzen. Dabei kommt man zu dem Ergebnis, dass kosmische Strahlen hinsichtlich der Anzahl von CCN über einen Solarzyklus unbedeutend ist.

Diese Art der numerischen Modellierung ist keineswegs neu, ebensowenig wie das Ergebnis, dass Ionen in diesen Modellen offenbar keine Auswirkung auf die Wolkenbildung haben. Wir wussten das seit 7 Jahren. Zum Beispiel sind die CLOUD-Ergebnisse hinsichtlich kosmischer Strahlung und Wolken sehr ähnlich den Schlussfolgerungen von Pierce und Adams 2009 (2), die ebenfalls ein numerisches Modell herangezogen hatten, um das Wachstum kleiner Aerosole auf CCN-Größe zu modellieren. Auch sie finden nur eine geringe CCN-Änderung als Funktion von Ionen-Änderungen. Tatsächlich kamen ähnliche Modelle mehrfach zu diesem Ergebnis. Die Erklärung für die fehlenden Auswirkungen auf Ionen ist Folgende: Beim Vorhandensein von Ionen bilden sich zusätzlich kleine Aerosole, aber mit zunehmender Menge der Anzahl der Aerosole gibt es weniger Gas für jedes Partikel, weshalb sie langsamer wachsen. Dies bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit für größere Partikel abnimmt.

Warum also denke ich im Gegensatz zu dem oben Gesagten, dass der Gedanke kosmische Strahlung vs. Wolken immer noch gültig ist? Der Grund ist, dass wir versucht haben, die gleiche Frage (ob ion-nucleated Aerosole auf CCN-Größe wachsen) ohne den Gebrauch von Modellen zu beantworten – und völlig andere Ergebnisse erhalten haben.

Im Jahre 2012 testeten wir das Wachstum von geschlossenen Aerosolen auf CCN-Größe in unserem Labor und fanden Folgendes: ohne die Anwesenheit von Ionen war die Reaktion auf verstärkte Kernbildung deutlich gedämpft, was in Übereinstimmung ist mit den oben erwähnten Modellen. Sind jedoch Ionen präsent, wuchsen alle Partikel auf CCN-Größe, in krassem Gegensatz zu den Ergebnissen der numerischen Modelle (3). Nun kann es sein, dass unsere Bedingungen bei dem Experiment nicht so sind wie in der realen Atmosphäre. Es gibt komplexe Prozesse in der realen Atmosphäre, die wir nicht mit erfassen können und deren Auswirkung das experimentelle Ergebnis verändern könnte, wie man uns schon oft gesagt hat.

Es ist daher ein Glücksumstand, dass unsere Sonne natürliche Experimente mit der ganzen Erde durchführt. In seltenen Ereignissen führen „Explosionen“ auf der Sonne (koronale Massen-Ejektion genannt) dazu, dass eine Plasmawolke die Erde passiert mit der Folge, dass der Fluss kosmischer Strahlen plötzlich abnimmt und eine oder zwei Wochen lang niedrig bleibt. Derartige Ereignisse mit einer signifikanten Abnahme des Flusses kosmischer Strahlen nennt man Forbush-Abnahmen [Forbush decrease]. Sie sind ideal geeignet, um die Beziehung zwischen kosmischen Strahlen und Wolken zu testen. Wir zogen die stärksten Forbush-Abnahmen heran und verwendeten 3 unabhängige Satellitendatensätze bzgl. Wolken (ISCCP, MODIS und SSM/I) sowie einen Datensatz bzgl. Aerosole (AERONET). Da erkennen wir eindeutig eine Reaktion auf Forbush-Abnahmen. Dieser Ergebnisse zeigen, dass die gesamte Kette von Sonnenaktivität über kosmische Strahlung und Aerosolen bis zu Wolken in der Erdatmosphäre aktiv ist. Aus den MODIS-Daten erkennen wir sogar, dass sich die Wolken-Mikrophysik genau den Erwartungen gemäß verhält.

Die folgende Abbildung zeigt das überlagerte Signal der Wolken (blaue Kurve) auf der Grundlage von drei Satelliten-Datensätzen während der Tage, die einem Minimum der kosmischen Strahlung nach 5 der stärksten Forbush-Abnahmen folgten (rote Kurve). Die Verzögerung hinsichtlich des Minimums der beiden Kurven ist der Zeit geschuldet, die vergeht, um Aerosole auf CCN-Größe anwachsen zu lassen. Eine Monte-Carlo-Simulation wurde herangezogen, um die Deutlichkeit des Signals zu schätzen, und keines der 104 Zufalls-Realisationen ergab ein Signal ähnlicher Größe. Man betrachte unsere jüngste Studie aus diesem Jahr 2016 für weitere Beweise (4).

Abbildung: Statistische allgemeine Störung in Wolken (1 prinzipielle Komponente) auf der Grundlage von drei Wolken-Satellitendatensätzen (ISCCP, MODIS and SSM/I) überlagert für die fünf stärksten Forbush-Abnahmen (blaue Kurve). Die rote Kurve ist die Änderung (in Prozent) der kosmischen Strahlen für die gleichen fünf Ereignisse. Die dünnen Linien sind 1 bis 3 Standard-Abweichungen. Übernommen aus (4).

Und schließlich gibt es eine große Anzahl von Studien, die zeigen, dass Klimaänderungen der Vergangenheit eng korreliert sind mit Variationen der kosmischen Strahlung. Beispiel: Die Energie, die über einen 11 Jahre langen solaren Zyklus in die Ozeane geht, beträgt größenordnungsmäßig 1 bis 1,5 W/m². Das ist 5 bis 7 mal zu viel, um allein durch Variationen der Sonneneinstrahlung erklärt werden zu können (5). Daher wird der solare Zyklus durch irgendetwas verstärkt, und „kosmische Strahlen und Wolken“ ist ein guter Kandidat zur Erklärung des beobachteten Antriebs.

Schlussfolgerung: Beobachtungen und Experimente stehen gegen die oben erwähnten Ergebnisse numerischer Modelle [na, woran erinnert mich denn das? Anm. d. Übers.]. Meiner Einschätzung nach fehlt etwas in der vorherrschenden Theorie. Eine Lösung dieses Problems ist des Nachgehens wert.

References

[1] E. M. Dunne et al., Global atmospheric particle formation from CERN CLOUD measurements, (2016), DOI: 10.1126/science.aaf2649

[2] J. R. Pierce, P. J. Adams, Can cosmic rays affect cloud condensation nuclei by altering new particle formation rates? Geophys. Res. Lett. 36, L09820 (2009).

[3] H. Svensmark, M. B. Enghoff, and J. O. P. Pedersen, Response of Cloud Con­densation Nuclei (> 50 nm) to changes in ion-nucleation, Physics Letters A, 377, 2343–2347, (2012). https://dl.dropboxusercontent.com/u/51188502/CCN_Svensmark_PhysicsLettersA.pdf

[4] J. Svensmark,M. B. Enghoff, N. J. Shaviv, and H. Svensmark, The response of clouds and aerosols to cosmic ray decreases, J. Geophys. Res. Space Physics, 121, 8152–8181, (2016), doi:10.1002/2016JA022689. https://dl.dropboxusercontent.com/u/51188502/Forbush_long_JGR_rev3_nored.pdf

[5] N. J. Shaviv, ‘Using the oceans as a calorimeter to quantify the solar radiative forcing’ J. Geophys.Res., 113, 2156 (2008)

Link: http://www.thegwpf.com/henrik-svensmark-cosmic-rays-and-clouds-anno-2016/

Übersetzt von Chris Frey EIKE




Solareinfluss 1: Während die Sonne schläft!

Wenn sie das IPCC (International Panel on Climate Change) fragen, was die derzeitige Konsensmeinung zum Klimawandel darstellt, so lautet die Antwort „nichts“. Aber Geschichte und neuere Forschungen zeigen, dass dies möglicherweise absolut falsch ist. Lassen sie uns näher anschauen, warum. (Original in dänisch hier , in englischer Übersetzung hier)

Die Sonnenaktivität hat sich schon immer verändert. Um das Jahr 1000 war eine Periode hoher solarer Aktivität, was einher ging mit der MWP. In dieser Zeit war Frost im Mai ein weitaus unbekanntes Phänomen und wichtig für eine gute Ernte. Die Wikinger siedelten in Grönland und entdeckten die Küste Nordamerikas. Und die Chinesische Bevölkerung zum Beispiel verdoppelte sich in dieser Zeit. Aber um das Jahr 1300 begann die Erde kälter zu werden und das war der Beginn der Zeit, die wir die Kleine Eiszeit nennen. Damals verschwanden alle Siedlungen der Wikinger in Grönland. Die Schweden wunderten sich über den Frost in Dänemark und die Themse in London fror wiederholt zu. Immer häufiger gab es Missernten, was zur Unterernährung der armen Bevölkerung führte, Krankheit und Hunger ließen die europäische Bevölkerung um 30% schrumpfen. (Man sehe auch hier: Malberg über Solareinfluss)

Es ist wichtig festzustellen, dass die Kleine Eiszeit ein globales Ereignis darstellte. Sie dauerte bis in das späte 19. Jahrhundert, wo die solare Aktivität sich verstärkte. In den letzten 50 Jahren war die Sonne am höchsten in 100 Jahren seit der MWP. Und nun scheint es das die Sonne sich in Richtung eines „tiefen Minimums“ bewegt, wie wir es aus der kleinen Eiszeit kennen.

Der Zusammenhang von Solaraktivität und Klima durch die Jahrhunderte wurde versucht als zufällig zu erklären. Aber es stellte sich heraus, dass es fast egal war, welchen Zeitraum man betrachtete, nicht nur die letzten 1000 Jahre passen zusammen. Die Aktivität der Sonne wechselt über die vergangenen 10000 Jahre wiederholt zwischen hoch und niedrig. Bis jetzt befand sich die Sonne dabei 17% der Zeit im Tiefschlaf, gefolgt von einer Abkühlung der Erde.

Man wird sich vielleicht wundern, dass das IPCC glaubt, die wechselnde Sonnenaktivität hat keinen Einfluss auf das Klima – der Grund ist einfach, dass sie lediglich die Veränderung der Solarstrahlung berücksichtigen.

Satellitenmessungen der Solarstrahlung haben gezeigt, dass die Variationen zu gering sind für eine Klimaänderung, aber man hielt die Augen verschlossen vor einem zweiten, viel kräftigeren Weg, auf dem die Sonne in der Laage ist das Klima zu beeinflussen.

1996 entdeckten wir einen überraschenden Einfluss der Sonne – ihre Auswirkungen auf die Wolkenbedeckung der Erde. Ausgestossene energiereiche Teilchen explodierender Sterne, die kosmische Strahlung, unterstützen die Wolkenbildung.

Ist die Sonne aktiv, schirmt ihr Magnetfeld die kosmische Strahlung aus dem All ab, bevor sie die Erde erreicht. Mit der Änderung der Wolkenbedeckung kann die Sonne die Temperaturen der Erde erhöhen oder senken. Höhere Aktivität bewirkt weniger Wolken und es wird wärmer. Niedrige Aktivität hingegen verringert den Schutz gegen die kosmische Strahlung , mit dem Ergebnis zunehmender Wolkenbedeckung und deshalb wird es kühler.

Da das Magnetfeld der Sonne sich im 20.Jahrhundert in der Stärke verdoppelt hat, kann dies für einen Großteil der globalen Erwärmung in dieser Zeit verantwortlich sein.

Das erklärt auch, warum die meisten Klimawissenschaftler bestrebt sind diese Möglichkeit zu ignorieren. Es ist in der Tat zugunsten der Idee, dass der Anstieg der Temperatur im 20. Jahrhundert hauptsächlich auf die menschlichen CO2- Emissionen zurückzuführen ist.Wenn die Sonne einen signifikanten Beitrag zur Erwärmung geleistet hätte, wäre der Anteil des CO2 notwendiger Weise geringer.

Seit unsere Theorie 1996 herausgebracht wurde, war sie scharfer Kritik ausgesetzt, was normal in der Wissenschaft ist.

Zuerst wurde behauptet dass eine Verbindung zwischen Wolkenbildung und Solaraktivität auf Grund des unbekannten physikalischen Mechanismus nicht möglich sei. Aber im Jahr 2006 konnten wir nach vielen Jahren Arbeit Experimente am DTU Space durchführen, wo wir die Existenz des physikalischen Mechanismus demonstrieren konnten. Die kosmische Strahlung unterstützt die Bildung von Aerosolen, die die Grundlage für die Wolkenbildung sind.

Darauf folgte die Kritik, dass der von uns im Labor gefundene Mechanismus in der realen Atmosphäre keinen Bestand haben kann und deshalb praktisch wirkungslos sei. Aber diese Kritik haben wir ausdrücklich zurückgegeben. Es stellte sich heraus, dass die Sonne selbst tat, was wir natürliche Experimente nennen würden. Gigantische solare Flares können die kosmische Strahlung auf der Erde für einige Tage zurückdrängen. In den Tagen nach der Eruption verringerte sich die Wolkenbedeckung um 7%. Man kann sagen, die Wolken werden im All gemacht.

Deswegen beobachteten wir die solare magnetische Aktivität mit steigender Aufmerksamkeit, als sie Mitte der 90er Jahre begann zu schwinden.

Das die Sonne in ein tiefes Minimum (Tiefschlaf) fallen könnte wurde vor 2 Jahren auf einem Meeting in Kiruna (Schweden) bekannt gegeben. Als Nigel Calder und ich deshalb unser Buch „The Chilling Stars” überarbeiteten, Schrieben wir ein wenig provokativ: „Wir empfehlen unseren Freunden sich an der globalen Erwärmung zu erfreuen, so lange sie noch anhält.“

Tatsächlich endete die globale Erwärmung und eine Abkühlung beginnt. Letzte Woche erklärte Mojib Latif von der Uni Kiel auf der Weltklimakonverenz in Geneva, dass die Abkühlung 10-20 Jahre anhalten könnte.

Er erklärte es mit Veränderung der Nordatlantischen Oszillation, nicht mit der solaren Aktivität. Aber egal wie man es interpretiert, die natürlichen Variationen des Klimas werden immer deutlicher.

In der Konsequenz kann die Sonne selber ihre besondere Rolle für das Klima zeigen, um die Theorien der globalen Erwärmung zu prüfen. Im Gegensatz dazu hat kein Klimamodell eine Abkühlung der Erde vorhergesagt.

Das bedeutet, dass Projektionen des zukünftigen Klimas unberechenbar sind. Eine Vorhersage, dass es für die nächsten 50 Jahre wärmer oder kälter werden könnte, ist nicht besonders brauchbar, denn es ist nicht möglich, die solare Aktivität vorherzusagen.

In vielerei Hinsicht stehen wir am Scheideweg. Die nächste Zukunft wird extrem interessant werden und ich denke, es ist wichtig zu verstehen, dass die Natur völlig unabhängig davon ist, was wir über sie denken. Wird die Treibhaustheorie eine signifikante Abkühlung der Erde überstehen? Nicht in der derzeitigen beherrschenden Form. Leider werden zukünftige Klimaentwicklungen völlig anders verlaufen als die Treibhaustheorie- Vorhersagen, und möglicherweise wird es wieder populärer, den Einfluss der Sonne auf das Klima der Erde zu erforschen.

Diese Stellungnahme von Professor Henrik Svensmark wurde am 9. September in der Dänischen Zeitung „Jyllands Posten“ veröffentlicht. Übersetzung von der Seite WattsUpWithThat durch “Wetterfrosch”
Zuerst auf Deutsch veröffentlicht in Ökologismus.de 

Weitere Details hier: http://wattsupwiththat.com/?s=svensmark
Professor Henrik Svensmark ist Direktor des „Center for Sun-Climate Research at DTU Space“. Sein Buch „The Chilling Stars” ist auch in Dänisch erschienen als „Climate and the Cosmos” (Gads Forlag, DK ISBN 9788712043508)