Der DWD und seine Klimaprognosen oder warum in München im Oktober 2011 Polarlichter zu sehen waren und Weltklimagipfel: Sind unsere Politiker noch zu retten?

geschrieben von Leistenschneider | 18. November 2011

Ernährt sie doch eine Vielzahl von sog. Wissenschaftlern, Politikern, Bürokraten, Pressevertretern, Aktivisten, Lobbyisten, Glücksrittern u.v.m. Nun, in einem dürften die Anwesenden sicher sein, die zwei Wochen werden in angenehmer Umgebung verlaufen, liegt Durban doch am warmen indischen Ozean. Der Dezember ist der dortige Wonnemonat, in dem der Sommer beginnt. Das alles auf vergleichbarem Breitengrad wie die Karibik. Nur ein Schelm der dabei denkt, dass unsere Volksvertreter und deren Abgesandten etwas anderes im Sinn haben, als nur unser Bestes. Nein, nicht unser Geld zu kassieren, sondern unser Klima zu retten.

Werfen wir daher zuerst einen Blick, in welcher Umgebung solch schwierige Themen 2 Wochen lang „behandelt“ werden.

 

Abbildung 1 zeigt eine Hotelanlage in Durban. Wohl nicht typisch, jedoch auch nicht außergewöhnlich, da alle Hotelanlagen vor Ort benötigt werden, den riesigen Ansturm vom Besuchern, Delegierten, Aktivisten und Lobbyisten aufzunehmen und dazu, Durban´s  malerische Strandkulisse am indischen Ozean.

Da in Durban unser Klima und dessen Rettung auf der Tagesordnung stehen, soll der zweite Blick dem örtlichen Klima gelten.

Abbildung 2 gibt einen Überblick über die Temperaturen in Durban, die, da ebenfalls zugehörig zu den Erdtemperaturen, natürlich auch gerettet werden sollen und dazu eingerahmt, die Min-Max-Temperaturen für Dezember, denen die Delegierten des Weltklimagipfels ausgesetzt sind. Wohl jedem verständlich, dass solch angenehme Temperaturen rettungswürdig sind.

Nach diesem kleinen Exkurs zum anstehenden Weltklimagipfel, nun zu den Klimarettern selbst, hier insbesondere zum DWD, die den Weltklimagipfel mit ihren Meldungen, sozusagen den argumentativen Background geben, damit der Gipfel vor der Bevölkerung den Anschein der Notwendigkeit erhält. Dieser Bericht wird jedoch zeigen, dass der Klimagipfel und dessen Begleitmusik zur Erhaltung oder gar Schützung des Klimas so notwendig sind, wie die vierte Geige in einem Streichorchester, bzw. der Klimagipfel, der „Gipfel“ ist. Eine Begleitmusik kam im Jahr 2011 vom DWD und soll hier näher betrachtet werden.

Auszüge aus der Klima-Pressekonferenz des Deutschen Wetterdienstes (DWD) am 26. Juli 2011 in Berlin, von Herrn Müller-Westermeier (DWD). Die DWD-Oberen und mit ihnen der DWD stehen, wie bekannt, in völliger Eintracht zu den IPCC-Szenarien und den vermeintlichen Auswirkungen eines anthropogenen Global Warming. So veranstaltet der DWD einmal jährlich eine Pressekonferenz über die Klimadaten des abgelaufenen Jahres, in diesem Jahr wäre dies das Jahr 2010. Der Vortrag von Herrn Müller-Westermeier beschäftigte sich (nach eigenen Worten) indes hauptsächlich mit dem warmen und trockenen Frühjahr und streift das Jahr 2010, vor allem, wenn Extremwetterverhältnisse vorlagen.

„…möchte ich Ihnen heute das erste Halbjahr 2011 vorstellen und nur knapp das Jahr 2010 in seiner klimatologischen Bedeutung einordnen.“

„Markant war 2010 die Zahl der Tage mit starkem Niederschlag – also mindestens 30 l/m2 in 24 Stunden. Sie lag im Gebietsmittel von Deutschland mit 1,9 Tagen deutlich über dem lang-jährigen Durchschnitt von 1,4. Das mag sich für Sie nicht viel anhören, ist aber für uns Klima-Statistiker eine erhebliche Steigerung.“

„Durch den bei weitem nassesten August seit 1881 blieb uns der Sommer in Deutschland trotz heißer, sonniger Perioden im Juni und Juli als recht unfreundlich in Erinnerung – obwohl er der 9.wämste Sommer seit 1881 war.“

Nun passt das Jahr 2010 in Deutschland so gar nicht zu den Vorstellungen der IPCC und deren hörigen Institutionen. Mit einer Durchschnitttemperatur von 7,8°C lag diese um über 2°C unter den tiefsten Temperaturen der letzten 10 Jahre. Verständlich, dass der DWD nicht näher auf die Fakten eingehen möchte und im Jahresbericht nur lapidar feststellt „Unter dem Strich blieb der Winter 2010/2011 aber recht kalt“. Wie die Klassifizierung „recht kalt“ oder „unter dem Strich“ messtechnisch einzuordnen ist, entzieht sich der Kenntnis des Autors.

Abbildung 3 zeigt die Temperaturjahresmittelwerte in Deutschland seit 1999 und dazu, den linearen und den polynomischen Trend. Die Temperaturen fallen deutlich.

Umso präziser wird der DWD, gilt es, die vergleichsweise hohen Frühjahrstemperaturen und Wetterverhältnisse 2011 zu präzisieren:

·         „Der April war extrem warm, sonnenscheinreich und trocken – wie schon zweimal zuvor in den vergangenen fünf Jahren (2007 und 2009). Die Mitteltemperatur für Deutschland betrug 11,6 Grad Celsius (°C) und lag damit um enorme 4,2 Grad über dem Durchschnitt.“

·         „Mit einer Sonnenscheindauer von im Mittel 242 Stunden erreichte der Monat den dritten Platz der sonnenscheinreichsten Aprilmonate seit Beginn flächendeckender Sonnenscheinmessungen im Jahr 1951.“

·         „Da die Mitteltemperatur in Deutschland in allen drei Frühlingsmonaten klar über dem Referenzwert lag, war der Frühling insgesamt deutlich zu warm. Er lag, das zeigt ein Blick ins nationale Klimaarchiv des Deutschen Wetterdienstes, mit 10,1 °C auf dem 2. Rang seit 1881.“

·         „Alle Frühlingsmonate waren sehr trocken, so dass im Frühling insgesamt nur knapp 89 Liter pro Quadratmeter Niederschlag fielen – 52 Prozent weniger als im langjährigen Mittel. Damit war der Frühling 2011 der zweittrockenste seit Beginn der Messungen im Jahr 1881 – nur noch übertroffen vom Frühling 1893.“

·         „Und es gab sogar einen Rekord: Aufgrund der großen Sonnenscheinüberschüsse im März, April und Mai wurde die Jahreszeit mit 705 Stunden Sonne die sonnenscheinreichste seit 1951 – vor 2007 und 1953.“

Sogar ein Rekord 2010! Da haben die DWD-Oberen sicherlich lang suchen lassen, damit ein vermeintlicher Rekord zu melden ist. Wie solche „Rekorde“ einzustufen sind, hat EIKE in ihrem Artikel „Jedes Jahr mehrere „hundertjährige“ Wetterereignisse und das soll noch normal sein?“ anschaulich dargelegt. Sehen Sie hier:

http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/jedes-jahr-mehrere-hundertjaehrige-wetterereignisse-und-das-soll-noch-normal-sein/

Gegen Ende seines Berichts wird Herr Müller-Westermeier vom DWD endlich präziser, was das Jahr 2010, also der übliche Inhalt des Klimaberichts betrifft:

„Im Jahr 2010 war es in Deutschland 0,4 Grad kühler als im langjährigen Mittel, das bei 8,2°C liegt.“

Wie nicht anderes im Suchjahr des Kyotofolgeabkommens zu erwarten, findet der DWD schnell wieder die erforderliche Linie dazu:

„Leider können wir keine Entwarnung geben. Die globale Klimaerwärmung ging auch 2010 weiter. Weltweit war das Jahr 2010 sogar eines der drei wärmsten seit Mitte des 19. Jahrhunderts. Deutschland macht weniger als ein Tausendstel der Erdoberfläche aus. Es können sich damit immer wieder vom globalen Trend abweichende Mitteltemperaturen ergeben, ohne dass globale Trends in Frage gestellt werden.“

Da kommt es für den Betrachter gleich mehrfach knüppeldick: „keine Entwarnung“, „globale Erwärmung ging weiter“, „sogar drittwärmste Jahr“ und „weniger als ein Tausendstel der Erdoberfläche“. Daher sollen die vier Kernaussagen einer näheren Betrachtung unterzogen werden.

1. „weniger als ein Tausendstel der Erdoberfläche“

Ein Blick zu Wikipedia und die Beherrschung der Grundrechenarten (liegen beim DWD demnach vor) zeigt, dass diese Aussage geometrisch korrekt ist. Doch besteht überhaupt ein Zusammenhang des Flächenverhältnisses zu der Messabdeckung, auf die es bekanntlich ankommt?

Abbildung 4 zeigt das Netzwerk der meteorologischen Bodenstationen von denen unter anderem die von den Klimatologen verwendeten Messreihen der Lufttemperaturen stammen.

Abbildung 4 zeigt anschaulich, dass die größten Flächen der Erde, die Ozeane, kaum messtechnisch herangezogen werden, wie die Wüsten, Regenwaldgebiete, Steppen und Tundren, wogegen sich in Nordamerika und Europa die Mehrzahl von Stationen befindet. Durch die Größe der Einzelpunkte, die übrigens die Fläche Bayerns ausfüllen, wird zum einen, nicht ersichtlich, dass der DWD nach den Informationen des Autors, die Daten von 15 seiner Stationen des GHCN (Global History Climate Network – erstellt die globalen Temperaturreihen) meldet. Weiter befinden sich gegenwärtig 80% aller Messstationen in städtischen Gebieten, die aber nur 3% der Landfläche ausmachen. D.h. nichts anderes, als dass 97% der Fläche nicht oder nur unzureichend in die globale Temperaturbetrachtung einfließen. Da in Deutschland die Abdeckung der Temperaturmessungen als gut angenommen werden darf und die Fläche Deutschlands mit den verbliebenen 3% der Erdoberfläche in Relation gesetzt wird, ergibt sich ein Verhältnis von 1 zu 40, klingt etwas anders als 1 zu 1.000. Die Aussage des DWD ist demnach irreführend und nicht relevant für die Gewichtung von Temperaturerfassungen.

2. „sogar drittwärmste Jahr“

Über das vermeintlich so warme Jahr 2010 ging der Autor auf EIKE in seinem Bericht „Wärmstes Jahr 2010, aber nicht in Deutschland, auch nicht in Europa, nicht auf den Weltmeeren, wo denn eigentlich“ eingehend ein:

http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/waermstes-jahr-2010-aber-nicht-in-deutschland-auch-nicht-in-europa-nicht-auf-den-weltmeeren-wo-denn-eigentlich/

Dieser Artikel belegt, dass die Aussage „drittwärmste Jahr“ ein Artefakt ist und auf Tuning der Messwerte, insbesondere durch die geschickte Auswahl von „warmen“ Messstationen beruht, wie die Autoren d´Aleo und Watts darlegten (http://scienceandpublicpolicy.org/images/stories/papers/originals/surface_temp.pdf). Darüber hinaus auf dem Wärmeinseleffekt, der jeden Vergleich mit historischen Werten sinnlos macht, wird er nicht berücksichtigt. Hier sind zwei EIKE-Artikel, die dies belegen:

http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/der-waermeinseleffekt-wi-als-antrieb-der-temperaturen-eine-wertung-der-dwd-temperaturmessstationen/

http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/was-sind-temperaturmessungen-auf-grossflughaefen-wert-oder-wie-das-zdf-mit-bewusst-falschen-temperaturaussagen-die-oeffentlichkeit-taeuscht-und-die-abkuehlung-in-deutschland-verschleiert/

Insbesondere Großflughäfen haben einen künstlichen Temperaturanstieg von +2,5°C, wie am Beispiel von Frankfurt und London belegt wird. Unter Berücksichtigung, dass sich derzeit 52% aller Messstationen des GHCN auf solchen Großflughäfen befinden, sagt die Aussage, wie sie z.B. von der WMO oder des DWD zu vernehmen ist, dass die Erwärmung von Jahr zu Jahr fortschreitet, denn nichts anderes aus, als dass sich der Flugverkehr von Jahr zu Jahr vergrößert, da der WI von Großflughäfen direkt abhängig ist, vom Flugverkehr, der Anzahl der Starts und Landungen, bei denen die Jets die Messstationen mit ihren bis zu 600°C heißen Abgasen direkt oder indirekt beaufschlagen (indem sie die Luftmassen erwärmen), wie das Beispiel des Frankfurter Flughafens zeigt.

 

Abbildung 5a zeigt die Wetterstation auf dem Frankfurter Flughafen. Sie liegt nicht nur sehr nah am Rollfeld (ca. 70m), sondern in direkter Richtung zu den Abgasstrahlen der Jets, wie rechts zu sehen.

 

Abbildung 5b zeigt die Lage der DWD-Wetterstation auf dem Flughafengelände Frankfurt (roter Pfeil).

Der Autor empfiehlt dem DWD einen weiteren Artikel zur globalen Temperaturentwicklung „Wenn sich Blinde an Blinden orientieren – die Messreihen der GISS et al. – Oder Hütchenspieler unter sich!“

http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/wenn-sich-blinde-an-blinden-orientieren-die-messreihen-der-giss-et-al-oder-huetchenspieler-unter-sich/

In diesem Artikel wird minutiös gezeigt, wie solche Meldungen, wärmer und wärmer, wie sie vom DWD auf dessen Pressekonferenz wieder einmal verbreitet wurden, einzustufen sind.

Einen realistischen Temperaturvergleich zeigt die von EIKE WI-bereinigte Vergleichstemperaturreihe für Deutschland nach Quelldaten des DWD. Sie zeigt nichts dramatisches.

Abbildung 6 zeigt den unmittelbaren Vergleich der Deutschlandtemperaturen DWD und der WI-bereinigten von 1891 – 2009. Die blau gestrichelte Linie zeigt den Temperaturmittelwert im Betrachtungszeitraum. Die Temperaturen in Deutschland durchbrechen die Mittellinie nach unten, was bedeutet, dass 2010 kälter als im 120-Jahresvergleich ist. Zum berechneten WI wurde, wie dies beim IPCC üblich ist, der Fehlertoleranzbereich angegeben (grüner Bereich).

Die EIKE-Untersuchung zeigt, dass nach Abzug des WI kein nennenswerter Temperaturanstieg mehr übrigbleibt. Die obige DWD-Reihe ohne WI-Betrachtung (rote geglättete Zeitreihe) zeigt für die letzten 30 Jahre einen Temperaturanstieg für Deutschland von ca. 1,2°C. Der WI beträgt im gleichen Zeitraum etwa 0,9°C, was eine reale Temperaturerhöhung von ca. 0,3°C ergibt. Dieser Wert ist deckungsgleich mit den Satellitenbeobachtungen der globalen Temperatur, die für diesen Zeitraum eine Temperaturerhöhung von ca. 0,3°C ausweisen (Abbildung 7).

Abbildung 7 (http://www.climate4you.com/GlobalTemperatures.htm) zeigt die Temperaturentwicklung seit 1979 aus Satellitenbeobachtungen. Die dicke Linie zeigt den 37-Monatstrend. Die beiden starken Temperaturanstiege in 1998 und 2010 sind auf die damaligen starken El Niños zurückzuführen, also natürlichen Ursprungs. Der globale Temperaturanstieg im Betrachtungszeitraum der letzten 30 Jahre beträgt ca. 0,3°C. Was daran dramatisch sein soll, müsste der DWD erläutern. Wir warten auf EIKE gespannt darauf, ob dem DWD dazu etwas einfällt.

3. „Globale Erwärmung geht weiter“

Bereits Abbildung 7 zeigt, was es mit dieser Aussage von Herrn Müller-Westermeier vom DWD auf sich hat. Im 30-Jahrestrend ist eine moderate Steigung zu sehen, wogegen im 21. Jahrhundert, also den letzten 11 Jahren keine Steigung zu erkennen ist. Der Autor hat in seiner Berichtsreihe „Dynamisches Sonnensystem – die tatsächlichen Hintergründe des Klimawandels“ gezeigt, worauf die moderate Temperaturerwärmung und die Temperaturzyklen, die in Abbildung 7 zu sehen sind, beruhen.

http://www.eike-klima-energie.eu/klima-anzeige/teil-1-dynamisches-sonnensystem-die-tatsaechlichen-hintergruende-des-klimawandels/

Auszug:

Abbildung 8 oben zeigt die Temperaturdatenreihe UAH (Satellitendaten). Die kleine Abbildung zeigt die atmosphärische CO2-Entwicklung nach Mauna Loa, die übrigens keinerlei Übereinstimmung mit dem Temperaturgang aufweist. Die Abbildung darunter zeigt die El Niño-Anomalien (El Niño 3.4) der Wasseroberflächentemperaturen. Jede globale Temperaturspitze in den letzten 30 Jahren fällt mit einem El-Niño-Ereignis exakt zusammen und das bei 8 Ereignissen im Betrachtungszeitraum (grüne Pfeile und Blockpfeil). Die schwarzen Linien dienen zur zeitlichen Justierung der Datenreihen.

Abbildung 9 zeigt den El Niño 3.4, der z.B. von der NOAA zur Betrachtung von El Niño-/La Niña-Ereignissen herangezogen wird (ganz oben). Die mittlere Zeitreihe die solare Aktivität nach Angaben der PMOD (Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos) und die untere Datenreihe die Koronatemperatur der Sonne (http://rst.gsfc.nasa.gov/Sect20/A5a.html). Die blauen Linien dienen zur Zeitausrichtung der Kurven, die rote Linie zeigt den „Sprung“ der Koronatemperatur von 1 Million auf annähernd 2 Millionen Kelvin. Das blaue Rechteck die verstrichene Zeit vom Sonnenminimum, welches von der PMOD durch einen senkrechten Strich gekennzeichnet ist und das rote Rechteck die Zeitspanne vom Einschalten der „Koronaturboheizung“ bis zum El Niño-Maximum. Zu sehen ist, dass nach jedem Einschalten der Koronazusatzheizung (untere Datenreihe) ein El Niño ausgelöst wird (rote Rechtecke) und zwar innerhalb eines festen Zeitraumes und weiter, nach ca. 11 Monaten der El Niño sein Maximum erreicht. Darüber hinaus zeigt Abbildung 9 die magnetische solare Aktivität (zweite Datenreihe von oben, Quelle: Max Planck Gesellschaft http://www.mps.mpg.de/projects/solar-mhd/research_new.html). Wie unschwer festzustellen, wird nach jedem Maximum im Schwabe-Zyklus ebenfalls ein El Niño-Ereignis ausgelöst. Auch hier wird das Maximum im El Niño-Ereignis nach einer exakt festen Zeitspanne erreicht (graue Rechtecke).

Die beiden Abbildungen belegen, dass die Erdtemperaturen El-Niño-gesteuert sind (Abbildung 8) und jeder El Niño wiederum, durch die unterschiedlichen Sonnenparameter gesteuert wird. Die Sonne bestimmt demnach ganz allein den Temperaturgang auf der Erde, oder wie Herr Dr. Gunter Tiersch am 09.11.2011 in seiner Wettervorhersage so trefflich bemerkte: „Ohne die Sonne geht gar nichts“. Irgendwelche Treibhausgase spielen erkennbar keine Rolle, so dass anhand der solaren Aktivität auch eine Aussage getroffen werden kann, wohin sich die Erdtemperaturen bewegen werden. An dieser Stelle sind wir bei den Polarlichtern in München angelangt, die Ende Oktober zu sehen waren.

Polarlichter werden bekanntlich durch den Sonnenwind ausgelöst, wenn dieser auf die oberen Schichten der Erdatmosphäre trifft und dessen geladene Teilchen vom Magnetfeld der Erde entlang deren Bahnen beschleunigt werden und dadurch die dortigen Teilchen der Atmosphäre ionisiert werden. So beruht die grüne Farbe von Polarlichtern vom ionisierten Sauerstoff der Atmosphärenschichten. In unseren Breiten sind Polarlichter äußerst selten und ausschließlich bei starker solarer Aktivität sichtbar. Die Meldung zeigt also, dass die Sonne gegenwärtig äußerst aktiv sein muss. D.h. erhöhte Energiemengen zur Erde gelangen, was nicht ohne direkten und indirekten Einfluss auf unser Wetter bleibt. Wie stark die indirekten Einflüsse der Sonne sind, wurde jüngst am CERN in einer aufwendigen Versuchsreihe bestätigt. Der Einfluss basiert auf dem Svensmark-Effekt und hat unmittelbar Auswirkungen auf die Wolkenbildung. Kurz zusammengefasst:

Bei starker solarer Aktivität – geringe Wolkenbildung (viel Sonneschein) und bei

schwacher solarer Aktivität – starke Wolkenbildung.

Abbildung 10 zeigt die solare Aktivität im 23. und im gegenwärtigen 24. Aktivitätszyklus der Sonne, fachlich, Schwabe-Zyklus. Abbildung links den Stand Oktober 2011 und Abbildung rechts, November 2011. Im April 2011 stieg beispielsweise der 10,7 cm radio flux, der direkt die solare Aktivität, gemessen von der Erde aus, wieder gibt, um 25%. Zwischen August und September gar um 33% (Abbildung 11). Wie den obigen Abbildungen (Quelle: NASA) zu sehen, steigt seit etwa September 2011 die solare Aktivität stark an (jeweils linker Pfeil). In den vorherigen beiden Jahren, als weite Teile unseres Planeten unter einem strengen und schneereichen Winter ächzten, hatte die solare Aktivität ihren Tiefpunkt. Da die NASA ihre Trendkurven (weiße, durchgezogene Linien) der jeweiligen, tatsächlichen solaren Aktivität anpasst, sieht es so aus, dass sich die solare Aktivität zum Vormonat nicht änderte (rechter Pfeil jeweils auf gleicher Höhe zur aktuellen Aktivität). Dies ist jedoch nicht so, wie der Vergleich mit der Ordinate zeigt.

Abbildung 11 zeigt den 10,7 cm radio flux der Sonne, gemessen auf der Erde von Januar 2000 – Anfang November 2011, Quelle: (http://www.solarcycle24.com/). Im April 2011 stieg er um 25% und im September gar um 33%. In Verbindung des Einflusses der magnetischen Aktivität der Sonne (Sonnenwind) auf die Wolkenbedeckung, ist hier eine „heiße“ Erklärung zu finden, warum die Sonnenscheindauer im Frühjahr so hoch war und dann wieder im sog. „Altweibersommer“. Da die Wellenlänge des 10,7 cm radio flux der Sonne zwar in direkterem Zusammenhang mit der Sonnenaktivität als die Sonnenfleckenzahl steht, aber aufgrund der langen Wellenlänge in diesem Bereich nicht in der Lage ist, direkten oder indirekten Einfluss auf die Atmosphäre zu nehmen, muss zusätzlich der Röntgenfluss der Sonne betrachtet werden, wie dieser sich ändert. Hier ist erstaunliches festzustellen (Abbildung 12).

Abbildung 12, Quelle: (http://sidstation.loudet.org/solar-activity-en.xhtml) zeigt den Röntgenfluss von Januar 1994 – November 2011. Obwohl die Sonnenfleckenzahl, als auch der 10,7cm radio flux im Vergleich zum Vorgängerzyklus (Abbildung 10 und 11) deutlich niedriger sind, ist die Sonne im Röntgenbereich derzeit fast so aktiv wie im Maximum des 23. Sonnenzyklusses, d.h. nichts anderes, als dass die Sonne derzeit die Erde fast so stark vor der kosmischen Strahlung abschirmt (Röntgenfluss steht wiederum im direkten Zusammenhang mit dem Partikelstrom der Sonne*)), wie in den Hochzeiten des 23. Sonnenzyklusses. Nach Svensmark und CERN bedeutet dies wiederum nichts anderes, als dass derzeit signifikant (das CERN spricht in Verbindung zum Svensmark-Effekt von einem Faktor bis zu 10) weniger Kondensationskeime für Wassertropfen und damit Wolken entstehen, als z.B. vor 1 Jahr, womit sich der Beantwortung der Frage genähert wird, warum 2011 zu den Vorjahren so sonnenreich ausfällt.

*) Abbildung 12 b zeigt die heliosphärische Stromschicht (Quelle: Stanford University, siehe http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/teil-4b-dynamisches-sonnensystem-die-tatsaechlichen-hintergruende-des-klimawandels/), die ein direktes Maß für die Aktivität der Heliosphäre und damit der Sonne und ihres Sonnenwindes ist.

Abbildung 13 zeigt die (optische) Ursache, sowohl für die stark ansteigende magnetische solare Aktivität im 24. Sonnenzyklus, als auch für die Polarlichter über München. Rechts ist die Sonnefleckengruppe zu sehen, in deren Zusammenhang die starke magnetische Aktivität der Sonne auftrat, die dann die Polarlichter über München verursachte. Dazu im Größenvergleich die Erde (Pfeil). Mitte und rechts sind zwei Vergleichsonnenfleckengruppen zu sehen, die auftraten, als die Sonne in ihrem Vorgängerzyklus (23. Sonnenzyklus) ihr Aktivitätsmaximum hatte. 2003 hatte darüber hinaus der Hauptsonnenzyklus, der im Mittel 208-jährige de Vries-Suess-Zyklus sein 200-jähriges Maximum. Er wird deshalb Hauptsonnenzyklus genannt, weil die Datenanalyse (Fourier-Analyse) der Wolf-Zahl (Sonnenfleckenzahl) dort die stärkste Periode ergibt.

Anfang November 2003 war in der Weltpresse zu lesen, dass die Sonnenaktivität der ver-gangenen Tage bereits rekordverdächtig war und die neue Eruption (basierend auf der Fleckengruppe, Abbildung oben Mitte) alle bisherigen noch übertrifft. Sie hatte einen Wert von größer X 20 (Mega-Flares werden mit einem “X“ bezeichnet und die Stärke der Eruption mit einer Zahl angegeben) und ging von der Region 10486 (Sonnenfleck) aus. Eine X20-Flare hatten die Astronomen bislang nur am 04. April 2001 (basierend auf der Fleckengruppe, Abbildung oben links) beobachten können. Dies zeigt deutlich den Zusammenhang des de Vries/Suess-Zyklus und der Sonnenaktivität. Die NASA sagt hierzu 2003, dass die jetzige Aktivität der Sonne alle Eruptionen des vergangenen Jahrtausends übertrifft (siehe auch Abbildung 15).

Abbildung 14: Anhand der Fourier-Analyse, Quelle: Orgutschov et al., werden in der Sonnenfleckenzahl verschieden Perioden sichtbar. Die dominanteste ist die 205-Jahres-Periode, was dem Hauptsonnenzyklus, dem im Mittel 208-jährigen de Vries/Suess-Zyklus entspricht. Darüber hinaus eine 85-Jahres-Periode, der Gleißberg-Zyklus, eine 60-Jahres-Periode (Landscheidt-Zyklus) und die 1.020-Jahres-Periode.

4. „keine Entwarnung“

Der Hauptsonnenzyklus hat in 2003 sein Aktivitätsmaximum erreicht, übrigens stieg er parallel zu den Globaltemperaturen der Erde und seitdem fällt er, wie auch die Erdtemperaturen, bis er in etwa 100 Jahren sein Minimum erreichen wird. Da alle solaren Zyklen periodisch auftreten (warum dies so ist, hat der Autor in seiner vorgenannten Reihe zur Sonne dargelegt) und jedes Mal ihren unverkennbaren Fingerabdruck (Abbildung 15) in den Erdtemperaturen hinterlassen, lässt sich daraus unmittelbar auf die Temperaturentwicklung der Erde schließen.

Abbildung 15 zeigt die Kälteperioden der letzten 1.100 Jahre (ergänzt nach Quelle: United States Geological Survey). Die Maxima der Warmperioden korrelieren jeweils mit dem Maximum des de Vries/Suess-Zyklus. Nach jedem Hauptsonnenzyklus fallen zudem die Temperaturen deutlich.

In Deutschland interessiert natürlich die heutige und die zukünftige Wetter-, bzw. Klimaentwicklung. Leben wir wirklich in einer Zeit der Wetterextreme, wie Herr Müller-Westermeier und der DWD uns glauben machen wollen. Hierzu soll ein Blick auf Langzeittemperaturreihen geworfen werden, die wenig WI-behaftet und damit als Vergleichsaussage geeignet sind. Der Autor hat sich in seinem EIKE-Beitrag „Dynamisches Sonnensystem – Die wahren Hintergründe des Klimawandels, Teil 8“ (http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/teil-8-dynamisches-sonnensystem-die-tatsaechlichen-hintergruende-des-klimawandels/) anhand der solaren Aktivitätszyklen, historischer Vergleiche und durch Heranziehen sonnenähnlicher Sterne, der Beantwortung der Frage genähert, wohin die zukünftige Klimaentwicklung geht, Auszug:

Abbildung 16, Quelle: (http://www.lanuv.nrw.de/luft/wirkungen/klima_grundlagen.htm) zeigt den Temperaturgang des Hohenpeißenberg von 1781-1995 nach Fricke 1997. Die rote Linie markiert den Zeitpunkt, an dem der Hauptsonnenzyklus sein Maximum hatte.  Bis zu einem Zeitraum von 20 – 30 Jahren nach dem Hauptsonnenzyklus schwanken die Temperaturen noch stark zwischen warm und kalt (rote Fläche). Bis zu dessen Minimum sind immer noch relativ hohe Temperaturausschläge zu verzeichnen, jedoch auf insgesamt niedrigerem Niveau (grüne Fläche). Unmittelbar vor und nach dessen Minimum ist das Klimasystem sozusagen in seinem eingeschwungenen, kalten Zustand und die Ausschläge sind am geringsten. Vor einem Temperaturanstieg fallen die Temperaturen auf ein Minimum und steigen dann kontinuierlich an (schwarze Balken).

Abbildung 17: Temperaturgangreihe Zentralenglands von 1659 – 2000 (alle nicht eigens angegebene Zeitreihen, Prof. Ewert, EIKE). Mit seinem ausgeglichenen Seeklima zwischen Atlantik und Nordsee nimmt England sicherlich eine Sonderstellung ein. Dies zeigt sich, dass hier die „grüne“ Phase von der „roten“ Phase nicht so stark differiert, wie in Mitteleuropa. Aber auch hier ist das Muster, trotz der Moderation durch den Ozean, vorhanden. Die Temperaturgangreihe ist interessant, weil sie bis 1659 zurückreicht und damit an einem weiteren Hauptsonnenzyklus gespiegelt werden kann (Maximum um 1590). Während der Epoche der Kleinen Eiszeit zeigt sich auch hier deutlich das typische Temperaturgangmuster.

Sogar in unseren Großstädten, deren Messstation, je nach Lage, stärkeren WI-Einflüssen des Menschen unterliegen, zeigt sich das markante Temperaturgangmuster nach einem Hauptsonnenzyklus.

Abbildung 18: Temperaturgangreihe von Berlin-Dahlem von 1701 – 2008 mit den gleichen Merkmalen.

Abbildung 19: Ebenfalls das gleiche Bild bei der Temperaturgangreihe München im Zeitraum von 1781 – 1991.

Fazit

Anhand der solaren Aktivitätsschwankungen und der Vergleiche der Temperaturentwicklung nach einem Hauptsonnenzyklus, ist für die nächsten 40-50 Jahre mit einem spürbaren Rückgang der Temperaturen zu rechnen. Nach einem Hauptsonnenzyklus fallen die Temperaturen, dabei unterliegen sie hohen Schwankungsbreiten zwischen warm und kalt, wie wir es übrigens auch gegenwärtig wieder erleben, so dass der Temperaturgang für die nächsten 10 Jahre weiter diesen Extrema zwischen warm und kalt unterliegen sollte. Das Klimasystem verhält sich dabei wie ein physikalisch, elektrisches System, welches in seiner Übergangphase (Hysterese, beim Klima zwischen Warmzeit und Kaltzeit) empfindlich auf Veränderungen in seinen Eingangsgrößen reagiert. Im eingeschwungenen Zustand (z.B. Kalt) ist es weitgehend stabil und nur geringen Schwankungen unterworfen. Ca. 40 – 50 Jahre nach einem Maximum im Hauptsonnenzyklus sind die Schwankungen zwischen warm und kalt weiterhin relativ hoch, allerdings auf insgesamt niedrigerem Niveau. Im „eingeschwungenen“ Zustand ist das System stabil auf niedrigem Niveau.

Obwohl die Untersuchung anhand eines, bzw. 2 Hauptsonnenzyklen sicherlich zu gering ist, um eine abschließende Aussage treffen zu können, sie zeigt jedoch, dass starke Temperaturschwankungen, was der DWD Extremereignisse nennt, zwischen warmen und kalten Jahren in den ersten Jahrzehnten nach einem Hauptsonnenzyklus, insbesondere in Mitteleuropa, nichts ungewöhnliches darstellen. Die heutigen Schwankungen passen somit in sehr guter Weise zu den historischen.

Anhand des derzeit ansteigenden 24. Sonnenzyklus (in den beiden Vorjahren war die Sonne sehr inaktiv) sollten die damit verbundenen direkten und indirekten Einflüsse der Sonne dafür „sorgen“, dass der kommende Winter nicht so kalt werden wird, wie die beiden Vorgänger. Der Autor wagt diese Prognose, weil er „tiefstes Vertrauen“ in unsere Sonne und deren Einfluss auf unser Wetter/Klima hat.

Da auch der DWD in seinem Bericht wieder die Angsttrommel („keine Entwarnung“) schlägt, möchte der Autor nicht versäumen, unseren Lesern einen Überblick zu geben, wie und wo das derzeitige Temperaturniveau einzuordnen ist.

Abbildung 20 (http://joannenova.com.au/2010/02/the-big-picture-65-million-years-of-temperature-swings/) zeigt den Temperaturgang der letzten 10.000 Jahre. In der Vergangenheit gab es deutlich wärmere Jahre, mit z.B. daraus resultierender geringerer Eisbedeckung, als wir dies gegenwärtig erleben.

Insgesamt lässt der von Herrn Müller-Westermeier vorgetragene Klimabericht darauf schließen, dass der DWD bemüht ist, die von Politik und IPCC vorgegebene Mainstreamlinie nicht zu verlassen. Zu wissenschaftlicher Erkenntnis ist so nur schwer zu gelangen. Der DWD hat sich damit ein weiteres Mal als seriöse, der Wissenschaft verpflichtete Institution verabschiedet. Dies wird besonders in folgendem Satz deutlich: „Wir konnten dort 2010 Häufigkeiten extremer Niederschläge erleben, wie sie Mitte oder Ende des Jahrhunderts durch den Klimawandel in Deutschland zur Regel werden könnten.“ Dies hat nichts mit einer seriösen Prognose zu tun, sondern einzig mit einer nicht begründeten und nicht belegten Vermutung, die beim Zuhörer Ängste auslösen, der Presse eine reißerische Schlagzeile verschaffen und die Politik in Zugzwang (oder Argumente liefern soll) setzen soll. Ohne wissenschaftlichen Kontext zu Aktuatoren, die unser Wetter beeinflussen (Sonne), können heutige Wetterereignisse nicht einfach in die Zukunft übertragen werden, dann könnte man den DWD gleich abschaffen und das heutige Wetter am 11.11.2011, auf das Wetter am 11.11.2012 übertragen. Jeder erkennt sofort, dass dies nur ein Faschingswitz ist, wie auch die obige Aussage von Herrn Müller-Westermeier.

Herr Müller-Westermeier hat sich und den DWD mit seiner Aussage in die Reihe der Vermutungswissenschaftler gestellt, wie die Welt sie bisher vom PIK oder dem IPCC kennt. Um wieder auf den Pfad der Seriosität zu gelangen, empfiehlt der Autor den DWD-Verantwortlichen, ein Benchmark dort vorzunehmen, wo Wissenschaft nicht einem Mainstream untergeordnet wurde und damit ihren Charakter von Wahrheitsfindung, Objektivität und Realitätsnähe bewahren konnte. Ein solcher Wissenschaftszweig ist z.B. die Mutter aller Wissenschaften, wenn der Autor sie einmal so nennen darf, die Astronomie und als Teilgebiet der Astronomie und der Astrophysik, insbesondere die Sonnenforschung. Herr Müller-Westermeier und der DWD werden überrascht sein, wie viel praktische Anwendung sich daraus für das Verständnis unseres Wetters und Klimas auf der Erde ergeben…

In Durban werden einmal mehr unsere Steuergelder verschleudert. Dieser Gipfel wird das Klima auf der Erde nicht schützen können, schon allein deshalb nicht, weil es nicht geschützt zu werden braucht. Aber vielleicht hilft das gezeigte angenehme Ambiente, das Klima unserer Politiker und Bürokraten zu verbessern und was tut der Bürger nicht alles, um seine Politiker und Bürokraten bei Laune zu halten, ist er beiden doch allzu oft hilflos ausgeliefert, wenn auch der ersten Gruppe nur für vier Jahre. Allerdings ist in unserem Land zu befürchten, dass es dann nur noch schlimmer kommen kann. So bleibt einzig, sich aufzuschlauen, das gewonnene Wissen weiter zu vermitteln und in unserer Bevölkerung für Aufklärung zu sorgen. Dass dies ein langer, aber letztendlich erfolgreicher Weg ist, muss klar sein. Auch Martin Luther konnte unsere Bevölkerung nicht über Nacht von den kirchlichen Irrlehren seiner Zeit befreien. Da von unseren Bürokraten und Politikern kein Wissen zu erwarten ist, ist EIKE hierzu in unserm Land die erste Adresse.

Raimund Leistenschneider – EIKE

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Teil 8: Dynamisches Sonnensystem – die tatsächlichen Hintergründe des Klimawandels

geschrieben von Leistenschneider | 18. November 2011

Teil 1 – Die Sonne bestimmt den Temperaturgang

Teil 2 – Die Sonne, der faszinierende Stern

Teil 3 – Sonnenflecken und ihre Ursachen

Teil 4 – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht,
            interplanetares Magnetfeld

Teil 5 – Die variable Sonne

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen

Da die Temperaturentwicklung ausschließlich von der solaren Aktivität abhängt, werden die Temperaturen mit der derzeit zurückgehenden Sonnenaktivität ebenfalls zurückgehen, so wie wir dies seit etwa 10 Jahren auch beobachten. Zu dieser Erkenntnis kommen NASA, wie auch das Space and Science Research Center (SSRC) in Orlando.

Wie dargelegt, bestimmt der Hauptsonnenzyklus, der im Mittel 208-jährige de Vries/Suess-Zyklus maßgeblich unser Klima. Er hatte zu Beginn des Jahrhunderts (2002/2003) sein Maximum. Wie nach jedem Hauptsonnenzyklus, gehen seither die Temperaturen deutlich zurück.

 

Abbildung 183 zeigt die Kälteperioden der letzten 1.100 Jahre (ergänzt nach Quelle: United States Geological Survey). Die Maxima der Warmperioden korrelieren jeweils mit dem Maximum des de Vries/Suess-Zyklus. Nach jedem Maximum fallen die Temperaturen deutlich.

Daher werden der Temperaturverlauf ausgewählter Stationen nach dem davor liegenden Maximum des de Vries/Suess-Zyklus betrachtet. Dieses lag in den 1790-Jahren. Nur solche Stationen wurden betrachtet, in denen eine natürliche Schwingung zu sehen ist, um auszuschließen, dass menschliche Effekte, hier vor allen der Wärmeinseleffekt, auf den Temperaturverlauf störend wirken.

 

Abbildung 184, Quelle: Prof. Ewert, EIKE, zeigt den Temperaturgang von Kopenhagen im Zeitraum von 1768 – 2009. Die rote Linie gibt den Zeitpunkt des Maximums im Hauptsonnenzyklus an. Bis zu einem Zeitraum von 20 – 30 Jahren nach dem Hauptsonnenzyklus schwanken die Temperaturen noch stark zwischen warm und kalt (rote Fläche). Bis zum Erreichen seines Minimums, sind immer noch relativ hohe Temperaturausschläge zu verzeichnen, jedoch auf insgesamt niedrigerem Niveau (grüne Fläche). Unmittelbar vor und nach dessen Minimum ist das Klimasystem sozusagen in seinem eingeschwungenen, kalten Zustand und die Ausschläge sind am geringsten (blaue Fläche). Vor einem erneuten Temperaturanstieg (steigender Sonnenzyklus), fallen die Temperaturen auf ein Minumum und steigen dann kontinuierlich an (schwarze Linien).

Abbildung 185, Quelle: (http://www.lanuv.nrw.de/luft/wirkungen/klima_grundlagen.htm) zeigt den Temperaturgang des Hohenpeißenberg von 1781-1995 nach Fricke 1997. Die rote Linie kennzeichnet wieder das Maximum des Hauptsonnenzyklus. Auch hier sind bis 30 Jahre nach dem Hauptsonnenzyklus starke Jahresschwankungen der Temperatur zu sehen (rote Fläche), die dann geringer werden (grüne Fläche) und nach dem Minimum im Hauptsonnenzyklus die geringsten Werte einnehmen (blaue Fläche).

 

Abbildung 186: Zu sehen ist der Temperaturverlauf von Wien im Zeitraum von 1775 – 2008, Quelle: Prof. Ewert, EIKE. Der Temperaturverlauf verhält sich wie bei den vorherigen Datenreihen.

 

Abbildung 187: Ebenfalls das gleiche Bild bei der Temperaturgangreihe München im Zeitraum von 1781 – 1991.

 

Abbildung 188: Temperaturgangreihe von Berlin-Dahlem von 1701 – 2008 mit den gleichen Merkmalen.

 

Abbildung 189: Temperaturgangreihe Zentralenglands von 1659 – 2000 (alle nicht eigens angegebene Quellen: Prof. Ewert, EIKE). Mit seinem ausgeglichenen Seeklima zwischen Atlantik und Nordsee nimmt England sicherlich eine Sonderstellung ein. Dies zeigt sich, dass hier die „grüne“ Phase von der „roten“ Phase nicht so stark differiert wie in Mitteleuropa. Aber auch hier ist das Muster, trotz der Moderation durch den Ozean, vorhanden. Die Temperaturgangreihe ist deshalb besonders interessant, weil sie bis 1659 zurückreicht und damit an einem weiteren Hauptsonnenzyklus gespiegelt werden kann (Maximum um 1590). Während der Epoche der "Kleinen Eiszeit" zeigt sich auch hier deutlich das typische Temperaturgangmuster. Auch beim davor liegenden Hauptsonnenzyklus, fallen zuerst die Temperaturen stark, bevor sie dann wieder ansteigen (schwarze Linien).

 

Abbildung 190: Eine weitere Region, neben Mitteleuropa und Großbritannien, St. Petersburg, zeigt ebenfalls das typische Muster des Temperaturganges nach einem Maximum im Hauptsonnenzyklus.

 

Abbildung 191: In Vilnius ein ähnliches Bild.

 

Abbildung 192: Nicht nur in Europa, sondern auch in Amerika ergibt sich das gleiche Muster des Temperaturganges nach einem Hauptsonnenzyklus, wenn auch hier sozusagen der mittlere Teil fehlt, weil keine Messungen vorhanden sind.

Fazit

Anhand der solaren Aktivitätsschwankungen, dem derzeitigen und weiteren Rückgang der solaren Aktivität, sowie der Vergleiche der Temperaturentwicklung nach einem Hauptsonnenzyklus, ist für die nächsten 40-50 Jahre mit einem spürbaren Rückgang der Temperaturen zu rechnen. Nach einem Hauptsonnenzyklus fallen die Temperaturen deutlich, dabei unterliegen sie hohen Schwankungen zwischen warm und kalt, wie wir es übrigens auch gegenwärtig wieder erleben, so dass der Temperaturgang für die nächsten 10 Jahre weiter diesen Extrema zwischen warm und kalt unterliegen sollte. Das Klimasystem verhält sich dabei wie ein physikalisch, elektrisches System, welches in seiner Übergangphase (Hystherese, beim Klima zwischen Warmzeit und Kaltzeit) empfindlich auf Veränderungen in seinen Eingangsgrößen reagiert. Im eingeschwungenen Zustand (z.B. kalt) ist es weitgehend stabil und nur geringen Schwankungen unterworfen. Ca. 40 – 50 Jahre nach einem Maximum im Hauptsonnenzyklus, sind die Schwankungen zwischen warm und kalt weiterhin relativ hoch, allerdings auf insgesamt niedrigerem Niveau. Im „eingeschwungenen“ Zustand ist das System stabil auf niedrigem Niveau.

Obwohl die Untersuchungen anhand eines, bzw. 2 Hauptsonnenzyklen sicherlich zu gering sind, um eine abschließende Aussage treffen zu können, zeigt sie, dass starke Temperaturschwankungen zwischen warmen und kalten Jahren in den ersten Jahrzehnten nach einem Hauptsonnenzyklus, insbesondere in Mitteleuropa, nichts ungewöhnliches darstellen. Die heutigen Schwankungen passen somit in sehr guter Weise zu den historischen.

Lässt sich darüber hinaus eine weiter gehende Prognose für die Temperaturentwicklung herleiten. Der Autor hält dies nicht grundsätzlich für unmöglich, wenn dazu weitere solare Zyklen, wie der Hallstatt-Zyklus, der die Hüllkurve des de Vries-Suess-Zykluss darstellt zu Grunde gelegt werden. Sonnenzyklen bestimmen nicht nur auf kurzen Zeitskalen, sondern auch auf langen Zeitskalen das Klima auf der Erde, wie die folgenden Abschnitte zeigen.

 

Abbildung 193 zeigt den im Mittel 2.300 Jahre dauernden Hallstatt-Zyklus (geglättete Kurve), gewonnen aus 14C-Werten aus Baumringen (schwarze Kurve: de Vries-Suess-Zyklus), Quelle: United States Geological Survey, “The Sun and Climate“, August 2000. Der Autor hat hierzu die Zyklenzeiten, bzw. Halbzyklenzeiten, (zwischen zwei Extrema) eingefügt. Deutlich ist zu sehen, dass die Länge des Hallstatt-Zyklus zur Gegenwart hin zunimmt. Zwischen letztem Maximum (roter, senkrechter Pfeil) und Minimum (blauer, senkrechter Pfeil) liegt eine Zeitspanne von 1.500 Jahren (grünes Rechteck). Sein letztes Minimum hatte er um 650 nChr. Seinerzeit herrschten übrigens besonders kühle Temperaturen. Wird dieses grüne Rechteck gespiegelt, so zeigt sich, dass der Hallstatt-Zyklus nach dieser 14C-Auswertung sein Maximum um das Jahr 2150 haben wird (in der Abbildung ist die Skalierung der letzten 500 Jahre nicht maßstabsgerecht zu den übrigen, deshalb scheint es, dass das Maximum um das Jahr 2000 liegt). In der Zeit des Holozän-Klimaoptimums (roter Balken) war die Zykluszeit wesentlich kürzer.

Anhand dieser Untersuchung (längere Zykluszeiten) ist davon auszugehen, dass der Trend des Temperaturrückgangs im Holozän, wie es die Arbeit von Schönwiese zeigt, fortgeführt wird.

 

Abbildung 194, Temperaturgang im Holozän nach Schönwiese und dazu vom Autor, der linearen Trend (rot).

Die Analogie, dass mit kurzen Zyklenzeiten, höhere Temperaturen verbunden sind, wird durch die Untersuchungen erhärtet, dass auch beim Schwabe-Zyklus (kleine Skalen), die Zeiträume mit kurzen Zyklenzeiten, zu der aktiven Sonne und damit zu den Warmzeiten gehören! Erreicht der Hallstatt-Zyklus sein nächstes relatives Maximum, ist davon auszugehen, dass für mindestens die nächsten 1.500 Jahre der Temperaturtrend nicht nach oben, sondern im Gegenteil, nach unten, zu kälteren Temperaturen geht.

 

Abbildung 195 dient zum Vergleich der Ergebnisse aus der Abbildung 193. Sie stammt von Solanki, S.K., et al. 2005 (geglättete rote Kurve: Ray Tomes, “Cycles in Sunspot Number Reconstruction for 11,000 Years” – anhand von Berechnungen der Ausgleichskurve gibt Tomas das Maximum der Ausgleichskurve – Hallstatt-Zyklus – im Jahr 2.293 an). Auch diese Arbeit zeigt deutlich den Hallstatt-Zyklus. Wie in der Darstellung der USGS, war dessen Zykluszeit während des Holozän-Optimums kurz. Bei Solanki et al. auch der ansteigende Zyklus während des römischen Klimaoptimums (rechter rote Balken). Auch bei Solanki et al. werden die Zykluszeiten des Hallstatt-Zyklus zur Gegenwart hin länger, was dafür spricht, dass es einen, dem Hallstatt-Zyklus übergeordneten Sonnenzyklus gibt, der dessen Zykluslänge bestimmt. Nach der Untersuchung von Solanki et al., steigt der Hallstatt-Zyklus noch bis ca. zum Jahr 2.200 an, was in etwa der Untersuchung der USGS entspricht. Erst danach geht die solare Aktivität für längere Zeit (mindestens 1.500 Jahre, bis zum nächsten relativen Minimum im Hallstatt-Zyklus) wieder zurück. Nach M. A. Xapsos und E. A. Burke, ”Evidence of 6.000-Year Periodicity in Reconstructed Sunspot Numbers” (Solar Physics, Volume 257, Number 2, 363-369) gibt es diesen, dem Hallstatt-Zyklus, zeitlich übergeordneten Sonnenzyklus.

Die folgende Abbildung bestätigt ebenfalls den Temperaturtrend nach dem Hallstatt-Zyklus bis zum Jahr 2.200.

 

Abbildung 196 zeigt die gemittelten Temperaturen (rot) in 50-Jahresintervallen Quelle: (http://www.abd.org.uk/pr/274.htm). Deutlich ist eine Schwingung zu erkennen, die nur auf natürliche Ursprünge zurückzuführen ist. Wird die ansteigende Zykluslänge gleich der absteigenden gesetzt (komplette Schwingung), so ergibt sich das erweiterte Bild (grau) bis zum Jahr 2.200. Auch hier steigen bis um das Jahr 2150 die Temperaturen noch an. Der Temperaturrückgang nach C, also bis zum Jahr 2050, gibt zum einen, den bisherigen 10-jährigen Temperaturrückgang wieder, die bevorstehende zurückgehende Sonnenaktivität, sowie die Temperaturentwicklung nach dem davor liegenden Maximum des Hauptsonnenzyklus, nach dem die Temperaturen ebenfalls zurückgingen (rote Säule bei 1800).

Diese, auf langen Zeitskalen wirkenden solaren Aktivitäten geben den Langfristtrend an. Sie geben keine Auskunft über kurzfristige Schwankungen. Hierzu sind, wie gezeigt, die solaren Zyklen, wie Schwabe- und de Vries/Suess-Zyklus notwendig. Diese zeigen die klimatischen Veränderungen auf Zeitskalen von Jahren, bzw. Jahrzehnten. Anhand derer, in den nächsten 30-40 Jahren eine deutliche Abkühlung eintritt, wie wir sie seit einigen Jahren bereits beobachten.

 

Die beiden Charts in Abbildung 197, Quelle: (http://garymorris93.cwahi.net/weather/solar_variations.html), zeigen Periodendauer (links) und Phasenverzögerung (rechts) des Hallstatt-Zyklus. Deutlich zu sehen, dass während des Klima-Optimums im Holozän, Zykluszeit und Phasenverzögerung sehr gering, bzw. stark negativ waren, was für eine starke solare Aktivität typisch ist! Dessen Periodendauer hat wiederum einen Zyklus von ca. 7.800 Jahren.

 

Abbildung 198 zeigt den Temperaturgang in der Antarktis der letzten 5.000 Jahre (http://www.c3headlines.com/). Deutlich zeichnen sich die Warmperioden der mittelalterlichen Warmzeit, des römischen Klimaoptimums und dem Holozänoptimum ab. Das gegenwärtige Temperaturniveau ist als mäßig einzustufen. Allein in 13 Zeitabschnitten war es in den letzten 5.000 Jahren wärmer als heute. Seit Beginn dieses Jahrhunderts ist wieder ein deutlicher Temperaturrückgang zu verzeichnen. Die derzeitigen Temperaturen (2010) sind als moderat einzustufen. Der Trend ist negativ (türkisfarbener Pfeil)

Im Betrachtungszeitraum ist deutlich ein Schwingverhalten (grün) zu sehen, mit Extrema vor ca. 1.000 Jahren und vor ca. 4.500 Jahren, was nur auf natürliche Ursachen zurückzuführen ist. Anhand der halben Periodenlänge, die auf der Abbildung zu sehen ist, beträgt die gesamte Schwingungsdauer für einen Zyklus ca. 7.800 Jahre. Dies ist dieselbe Schwingungszeit, wie sie die Sonne bei ihren Langzeitaktivitätsschwankungen in Abbildung 197 aufweist. Auch die Extrema in Abbildung 197 stimmen recht gut überein mit Abbildung 198 überein – vor ca. 1.100 Jahren und vor ca. 4.300 Jahren.

 

Abbildung 199, Quelle: United States Geological Survey, “The Sun and Climate“, August 2000, zeigt das Energiespektrum der 14C-Daten. Deutlich sind Maxima zu erkennen, die Sonnenzyklen zuzuordnen sind.

 

Abbildung 200, Quelle: K.E. Behre, “Probleme der Küstenforschung“, Band 28, Isensee-Verlag, 2003,  zeigt die Meeresspiegelschwankungen an der deutschen Nordseeküste. Deutlich sind Schwingungen, mit einer mittleren Länge von ca. 510 Jahren zu sehen. Diese passen zu der vorherigen Abbildung, die zeigt, dass Anhand der Spektralanalyse eine Periode in der solaren Aktivität mit einer Länge von 504 Jahren vorhanden ist.

Über die direkte Sonnenaktivität hinaus, sind auch die Bahnparameter der Erde variabel. Langanhaltende periodische Änderungen in der solaren Einstrahlung, verbunden mit den Bahnparametern der Erde, sind die Milanković-Zyklen, die Änderungen in der Erdbahn, Neigung Erdachse, Änderung der Jahreszeiten auf der Erdbahn und Erdumlaufbahn um die Sonne beinhalten.

 

Milanković-Zyklen:

a)  Exzentrizität: Form des elliptischen Orbits um die Sonne

     Es findet eine Verschiebung der Sonneneinstrahlung zwischen den Erdhalbkugeln statt. Die Halbachsen können zwischen 0,005 und 0,058 variieren. Der Unterschied in der Sonneneinstrahlung variiert dabei zwischen 27 W/m2 und 314 W/m2 (Prof. Weber). Bei 0,0 sind beide elliptischen Halbachsen gleich (Kreisbahn). Mit zunehmender Exzentrizität wird die Erdbahn zunehmend zur Ellipse, wodurch sich im Laufe einer Umlaufbahn (Jahr) ständig der Abstand Erde zur Sonne und damit der Leistungseintrag ändert, was zu Temperaturschwankungen führen kann, aber nicht zwangsläufig führen muss, da Obligität und Präzession den Effekt entweder abschwächen, aber auch verstärken können. Es findet also eine Überlagerung statt.

     Gegenwärtig beträgt die Exzentrizität 0,0174, was 6,7% mehr Einstrahlung auf der Südhalbkugel bedeutet. Bei 0,058 beträgt der Unterschied ca. 28%. Die Periodendauer schwankt aus Gründen des Gravitationseinflusses der großen Planeten von 90.000 – 100.000 Jahre.

b)   Obligität: Neigung der Erdachse

     Bei starker Neigung gibt es ausgeprägtere Jahreszeiten und starke Schwankungen der absorbierten Sonnenenergie in den hohen Breiten. Die Schwankungsbreite beträgt 21,30° – 24,36°. Der heutige Wert liegt bei 23,47°. Auf der Nordhalbkugel (große Landmassen) wird die Abkühlung verstärkt, wenn die Neigung am geringsten ist. Schnee kann im Sommer wegen mangelnder Wärme nicht mehr ausreichend geschmolzen werden. Die Periodizität beträgt 40.000 – 41.000 Jahre. Die Sonneneinstrahlung variiert dabei um 30 W/m2 (Prof. Weber).

Durch die Neigung der Erdachse ändert sich der Einstrahlwinkel der Sonnenstrahlung auf die Erde. Der Bereich, in dem diese senkrecht auf die Erde fallen, wird subsolare Zone genannt.

Mit zunehmender Neigung der Erdachse verschiebt sich die subsolare Zone (der Begriff wird überwiegend im englischen verwendet) mehr und mehr in die gemäßigten Zonen und damit in Richtung Nord- oder Südpol (folgende Abbildung). Dies hat zur Folge, dass die Sonneneinstrahlung zwischen Sommer und Winter in diesen Breiten mehr und mehr schwankt, was zu heißen Sommern und kalten Wintern führt. Es herrscht dann ein Klima, mit großen Temperaturschwankungen. Eine geringere Neigung der Erdachse führt demnach zu einem ausgeglicheneren Klima.

 

Abbildung 201 (Quelle: www.Biosphaere.info) zeigt die Lage der subsolaren Zone (Sonne steht senkrecht am Firmament) zur Obligität und die Abbildung rechts die ihre tatsächliche Wanderung über das Jahr, Quelle: (http://joseph-bartlo.net/supp/sungeo.htm).

c) Präzession: der Erdachse und des Orbits – Wanderung des Frühlingspunktes

Die Präzession (vom lateinischen prae­cedere = voranschreiten) moderiert das Timing der Jahreszeiten. Nach jeder Sonnenumrundung kehrt die Erde nicht mehr genau an ihre Ausgangsposition zurück, sondern „wandert“ dabei in ihrem Orbit geringfügig vorwärts durch die Tierkreiszeichen. Derzeit erreicht die Erde z.B. ihre größte Nähe zur Sonne am 03. Januar. Der Zyklus dauert 25.780 Jahre. Dabei ändert sich nicht der Einstrahlungsbetrag, sondern der Zeitpunkt.

Mit Änderungen in der solaren Aktivität selbst, befassen sich die Milanković-Zyklen nicht. Daher soll an dieser Stelle nach langperiodischen Schwingungen gesucht werden, die den Milanković-Zyklen entsprechen.

 

Abbildung 202: Periodenlänge (links) und Phasenverschiebung (rechts) des 5.800 Jahres-Zyklus, der Einfluss auf den 200- und den 2.300-Zyklus hat, Quelle: (http://garymorris93.cwahi.net/weather/solar_variations.html). Auffallend ist, dass während dem Höhepunkt der letzten Eiszeit, vor 20.000 Jahren, die Zykluszeit sehr lang und damit die solare Aktivität entsprechend gering war. Zum Ende der letzten Eiszeit vor ca. 12.500 Jahren erreichte die solare Aktivität hohe Werte (geringste Periodenlänge).

Es liegt der Schluss nahe, dass neben den Milanković-Zyklen, die die Abhängigkeit der solaren Einstrahlung zu den Bahnparametern der Erde wieder geben, zusätzlich die solare Aktivität in großen Zeitskalen stark schwankt und die Milanković-Zyklen, die die Änderung in der Erdbahn und damit verbunden, eine Änderung in der solaren Einstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht beschreiben, die Einflüsse, die zu den Milanković-Zyklen führen, auch direkt die Sonnenaktivität ändern. Da die Milanković-Zyklen durch die Planeten des Sonnensystems verursacht werden und nach Landscheidt die Planeten die Sonnenaktivität auf kurzen und mittleren Zeitskalen moderieren, liegt der Schluss nahe, dass die Planeten nicht nur die Zeitintervalle der Erdbahnparameter, sondern auch die Sonne selbst auf langen Zeitskalen beeinflussen.

Die spannende Frage, wann oder ob sich die seit etwa 3 Millionen Jahre beobachteten Eiszeitintervalle fortsetzen, lässt sich anhand der derzeit vorliegenden Erkenntnisse über die solare Aktivität nicht beantworten. Sie lässt sich derzeit in erster Linie statistisch bewerten.

  

Abbildung 203, Quelle: NZZ vom 11. Juli 2007, “Genauere Informationen über die abrupten Klimaänderungen der Eiszeiten“ (Original: Matrat et al.) zeigt oben die Bahnparameter der Erde, Mitte, die Temperatur im Mittelmeerraum und unten, in der Antarktis. Im Betrachtungszeitraum sind drei ganze Eiszeitperioden zu sehen. Nach jedem Temperaturmaximum (rote gestrichelte Linie) kommt es zu einem typischen Temperaturrückgang nach gleichem Muster (blaue gestrichelte Linie). Die Zeitspanne dazwischen ist relativ konstant und beträgt ca. 18.000 Jahre. Die grüne gestrichelte Linie markiert den Zeitpunkt (ca. 13.700 Jahre nach Max), in dem die Temperatur dort ihren Mittelwert erreicht, also den Übergang zu kälteren Temperaturen im Betrachtungszeitraum durchschreitet.

Wie die Abbildung weiter zeigt, lag in den vergangenen drei Eiszeiten die großräumige Vereisung (blaue, durchgezogene Linie) in einem deutlichen Zeitabstand zum Temperaturmaximum. Die Zeitabstände sind wieder relativ konstant und legen den Beginn 55 – 60 tsd. Jahre nach Beginn des Temperaturmaximums. Inwieweit diese Temperaturmuster auf den jetzigen Zyklus, dessen Warmzeit vor ca. 12.500 Jahren begann, übertragen werden können, ist, wie eingangs genannt, derzeit wissenschaftlich nicht zu beantworten. Nach der statistischen Fortschreibung, stünde das Unterschreiten des Mittelwertes, also der Begin zu dauerhaft kühleren Jahren (blaue gestrichelte Linie) in ca. 1.200 Jahren an. Anhand der bekannten solaren Zyklen, beginnt zu diesem Zeitpunkt das solare Minimum im nächsten Hallstatt-Zyklus. Nach weiteren 5.000 Jahren beginnt der erste Kältezyklus. Dessen Dauer beträgt anhand der vorherigen Zyklen 2 – 3 tsd. Jahre.

Eine großräumige Vereisung, was allgemein mit dem Begriff “Eiszeit“ assoziiert wird, steht nach dieser statistischen Betrachtung erst in ca. 42 tsd. Jahren an. Wissenschaftsberichte, wie “Verhinderte der Mensch eine Eiszeit“ aus S.d.W. 02/06, der folgenden Untertitel trägt: “Anscheinend haben schon die Bauern der Jungsteinzeit einen bedeutenden Treibhauseffekt ausgelöst, als sie bei der Rodung von Wäldern und dem Anbau von Nassreis große Mengen Kohlendioxid und Methan freisetzten“ sind denn vor dem Hintergrund der realen Temperaturer-eignisse der letzten Eiszeiten, in denen die erste Warmepoche im Durchschnitt 18.000 Jahre andauert, blühender Unsinn und als solcher nicht zu überbieten. Es ist der tragische, zum scheitern verurteilte Versuch, einen nicht existierenden Effekt, den Treibhauseffekt herleiten zu wollen. Im vorliegenden Fall aus der Geschichte der Menschheit, um ihm damit eine vermeintliche Realität geben zu wollen. Aber auch hier hält der Wunsch der Wirklichkeit nicht stand. Anstatt weiter den Fokus in Richtung sog. THG zu lenken, sollten die Mittel besser in die Sonnenforschung investiert werden, um ihr die Geheimnisse zu entreißen, die uns die Frage beantworten, wann sich die klimatischen Bedingungen auf der Erde wirklich ändern.

Für Langfristbetrachtungen der Temperaturentwicklung werden, wie bereits geschildert, die Milanković-Zyklen herangezogen. Dies ist darauf begründet, dass das Klima der letzten 3 Millionen Jahre, als die Erde wieder größere Vereisungen aufweist, zwischen zwei Zeitzyklen, die den Milanković-Zyklen entsprechen, pendelt (folgende Abbildung)

 

Abbildung 204, Quelle: (http://www.moraymo.us/current_projects.php) zeigt die aus dem Sauerstoffisotopenverhältnis ermittelten Temperaturschwankungen der letzten 3 Millionen Jahre. Von 3 Mio. Jahren bis vor ca. 700.000 Jahren schwankte die Temperatur zyklisch in Zeiträumen von 41.000 Jahren. Danach wechselte der Zyklus zu 100.000 Jahren. Der 41 ky-Zyklus steht allgemein für die Obligität und der 100 ky-Zyklus für die Exzentrizität. Der Grund für diesen Wechsel ist in der Wissenschaft nicht verstanden. Rot gepunktet = Obligität, B/M = Brunhes–Matuyama-Event, J = Jaramillo-Event,  Told = Top of Olduvai-Event, G/M = Gauss/Matuyama – Event (jeweils Wechsel im Magnetfeld der Erde). An der Gauss/Matuyama-Grenze beginnt das Quartär, also die jüngste Erdepoche, die auch als Eiszeit bekannt ist.

Da in der Abbildung 203 zu dem Temperaturgang, sowohl alle drei maßgeblichen Milanković-Zyklen (Präzession, Obligität und Exzentrizität), sowie die daraus berechnete solare Einstrahlung für 65° Nord aufgezeigt sind, sollen ihre Extrema an der Temperaturentwicklung gespiegelt werden. In der ersten Abbildung, die Extrema von Präzession, Obligität und Exzentrizität.

 

Abbildung 205: Die Erdbahnparameter (Präzession und Exzentrizität), sowie die Neigung der Erdachse (Obligität), die die Einwirkung der Solarstrahlung auf der Nord-/Südhalbkugel moderiert, sind ganz oben, bzw. direkt darunter zu sehen. Die längste Periode hat die Obligität. Deren Maxima (Erdbahn besonders elliptisch) fallen jeweils mit Warmperioden der Eiszeitepochen zusammen (grüne gestrichelte Linien). Dies passt nicht zur These, da eine Kreisbahn die Erde am nächsten zur Sonne bringt. Extrema der Obligität (rote gestrichelte Linien) und Präzession (schwarze gestrichelte Linien) haben überhaupt keine Übereinstimmung zu Temperaturereignissen auf der Erde. Beide fallen sowohl mit Warm- als auch mit Kaltzeiten zusammen. Ganz oben sind noch die Pegel von CO2 und CH4 zu sehen die zu gar nichts passen.

Matrat et al. haben in Ihrer Datenreihe anhand der Milanković-Zyklen auch den berechneten Wert für die solare Einstrahlung für 65° nördlicher Breite angegeben. Dieser geographische Bereich ist besonders von Eiszeiten betroffen und dementsprechend dynamisch.

 

Abbildung 206: Die gestrichelte schwarze Datenreihe zeigt die Dynamik der solaren Einstrahlung für die letzten 420.000 Jahre für 65° Nord. Sie schwankt etwa zwischen 440 W/m2 und 550 W/m2. Der Autor hat die Bereich über dem Mittelwert rot (wärmer) und die Bereiche unter dem Mittelwert blau (kälter) gekennzeichnet. Manche Maxima/Minima in der berechneten solaren Einstrahlung stimmen mit dem Temperaturgang überein, andere wiederum nicht. Teilweise müsste es wärmer werden, wird aber kälter und teilweise kälter, wird aber wärmer (rote Blockpfeile). Zwei Beispiele: Am ersten Blockpfeil fällt die solare Einstrahlung stark ab, die Temperaturen bleiben aber konstant warm. Am dritten Blockpfeil steigt die solare Einstrahlung stark an, die Temperatur fällt jedoch auf ein absolutes Minimum. Rote Pfeile geben die Maxima und blaue Pfeile der Minima wieder.

Die Milanković-Zyklen geben kein einheitliches Bild zum Temperaturgang wieder, was auch in der folgenden Abbildung sichtbar wird.

 

Abbildung 207, Quelle: ”Pleistocene glacial variability as a chaotic response to obliquity forcing”, P. Huybers, Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University (2009), zeigt unten die Obligität und oben die aus 18O rekonstruierte Temperatur. Die Ganglinien sind uneinheitlich zueinander.

Wenn die Milanković-Zyklen die Temperaturentwicklung nicht eindeutig genug wiedergeben, sog. THG keine Rolle spielen, schon allein deswegen nicht, weil z.B. CO2 der Temperatur nachläuft und nicht vorläuft, bliebe noch die variable Sonne, die die Temperaturzyklen steuert.

 

Abbildung 208 zeigt das Frequenzspektrum der Temperaturdaten im Pleistozän. In beiden Arbeiten bilden sich Maxima bei 23 ky, 41, ky und 100 ky aus, die den Milanković-Zyklen zugeordnet werden, Quelle: (http://www.moraymo.us/current_projects.php).

Gibt es Sonnenaktivitätszyklen, die in ihrer Länge den Milanković-Zyklen entsprechen – Ja!

 

Abbildung 209 (http://garymorris93.cwahi.net/weather/solar_variations.html): Der 6.000-jährige Sonnenzyklus, der den Hallstatt-Zyklus moderiert zeigt, dass ihm ein Zyklus mit einer Länge von ca. 22.000 Jahren übergeordnet ist. Darüber hinaus gibt es einen 100.000 Jahres-Zyklus in der Sonnenaktivität, der damit dem Milanković-Zyklus der Exzentrizität entspricht, Abbildung 210.

 

Abbildung 210 ist ein Auszug aus der Arbeit von Prof. Dr. Mukul Sharma und zeigt den 100.000 jährigen Sonnenzyklus und dazu als Kalibrierung, den 18O-Gahalt aus Proxys. Sauerstoff kommt in drei Isotopen vor, 16O, 17O und 18O. Bei Warmperioden verdunstet zuerst das leichtere 16O, so dass die Menge des in den Proxys (z.B. Sedimenten) eingelagerten 18O, Aufschlüsse über die seinerzeit vorherrschenden klimatischen Verhältnisse wiedergibt. In “astronews.com“ vom 11. Juni 2002 ist hierzu folgendes festgehalten:

“Die magnetische Aktivität der Sonne zeigt einen 100.000 Jahre langen Zyklus, der offenbar mit einem gleichlangen Zyklus des irdischen Klimas in Einklang steht. Das zeigen Untersuchungen des Geochemikers Mukul Sharma vom Dartmouth College in Hanover im US-Bundesstaat New Hampshire. Der Forscher veröffentlichte seine Analyse jetzt im Fachblatt Earth and Planetary Science Letters. Sharma vergleicht darin die Produktionsrate des radioaktiven Isotops Beryllium-10 mit den Variationen des irdischen Magnetfelds. "Überraschenderweise zeigt sich in den Daten eine Variation der Sonnenaktivität über wesentlich längere Zeitspannen als bislang vermutet", so Sharma. "Noch überraschender ist, dass diese Variationen offenbar eng mit den Eiszeiten und Zwischeneiszeiten der vergangenen 200.000 Jahre verknüpft sind."

“Beryllium-10 wird durch hochenergetische Teilchen erzeugt, die aus dem Weltall in die Erdatmosphäre eindringen. Die Stärke dieser "kosmischen Höhenstrahlung", und damit die Erzeugungsrate von Beryllium-10, werden sowohl durch die Sonnenaktivität, als auch durch die Stärke des Erdmagnetfelds gesteuert. Da die Stärke des Erdmagnetfelds in den letzten 200.000 Jahren gut bekannt ist, konnte Sharma aus den Beryllium-Daten auf die Schwankungen der Sonnenaktivität schließen.“

“Für die Entstehung der Eiszeiten hatten die Klimaforscher bislang geringfügige Schwankungen der Erdbahn verantwortlich gemacht. Allerdings führen diese Variationen nur zu minimalen Änderungen der Sonneneinstrahlung. Wie diese kleinen Änderungen zu den großen Unterschieden zwischen Eiszeiten und Zwischeneiszeiten führen können, ist bislang ungeklärt. Sharma betont allerdings, dass auch seine These der weiteren Überprüfung bedarf: "Ich habe nur auf die vergangenen 200.000 Jahre geschaut – meine Berechnungen müssen nun für die letzte Million Jahre verifiziert werden."

Der Grund, warum die Milanković-Zyklen, also die Veränderung der Erdbahnparameter und der daraus berechneten solaren Einstrahlung den Temperaturgang, sowie Eiszeiten nicht eindeutig wiedergeben, liegt denn daran, dass die „Akteure“, die die Erdbahnparameter beeinflussen, die Planeten des Sonnensystems, hier die großen Gasplaneten, auch die Sonne direkt beeinflussen und hiermit deren magnetische Aktivität und damit ihre Energieabgabe (siehe auch Dr. Landscheidt). Dies ist bei den Milanković-Zyklen nicht berücksichtigt. Dies ist das fehlende Glied, die Sonne selbst, den Temperaturgang im Pleistozän zu erklären und damit den Beginn und das Ende von Eiszeiten. Der Wechsel zwischen dem 41 ky-Zyklus und dem 100 ky-Zyklus sollte auf Veränderungen der dynamischen Plasmamassen in der Tachocline und der Konvektionszone der Sonne zurückzuführen sein.

Von besonderem Interesse ist dabei, wie bereits gezeigt, die Tachocline, die als Ursprungszone für den Sonnendynamo gilt. Inwieweit deren Lage und Dicke, die beide die Magnetfelder in der Konvektionszone beeinflussen und damit die Energieabgabe der Sonne, über die Zeit konstant sind, ist nicht bekannt. Ist Dicke und/oder Lage der Tachocline variabel, hat dies natürlich Einfluss auf die magnetische Aktivität der Sonne. Bis vor ca. 10 Jahren wurde noch angenommen, dass die Tachocline konstant ist. Untersuchungen mittels Helioseismologie ergaben jedoch, dass sie in einem 16-Monatsrythmus oszilliert und in starker Wechselbeziehung mit der Strahlungszone steht.

Tachocline

Die Tachocline bildet die Grenzschicht zwischen starrer innerer Rotation der Sonne (obere Grenzschicht der Strahlungszone) und dynamischer Rotation in der Konvektionszone, deren Rotationsgeschwindigkeit erheblich von der der Strahlungszone abweicht. An der Grenzschicht kommt es wegen der stark unterschiedlichen Rotation zu einer starken Scherung. Diese Grenz-schicht wird Tachocline genannt (folgende Abbildung). Die in der Konvektionszone entstehenden Magnetfelder dringen bis zur Tachocline vor und werden durch die Scherung dort aufgewickelt, wodurch toroidale Felder entstehen, deren Feldlinien in Richtung der Rotationsgeschwindigkeit zeigen. Ab bestimmten Schwellwerten (“Instabilities in the Magnetic Tachocline“, R. Arlt, Astro-physikalisches Institut Potsdam) in der Feldstärke, kommt es zu Instabilitäten in der Tachocline.

 

Abbildung 211 links (http://lcd-www.colorado.edu/SPTP/sptp_global.html)  zeigt die Lage der Tachocline zum Sonnenradius und farbig die Rotationszeit. Die Abbildung rechts zeigt die Änderungen der Rotation zum Sonnenradius und zur geographischen Breite. Schwarzer Pfeil kennzeichnet die Tachocline, Quelle: (http://irfu.cea.fr/Sap/Phys/Sap/Activites/Projets/GOLF/science/page.shtml). Deutlich ist zu sehen, dass die differenzielle Rotationen im Bereich der Tachocline beginnt und diese damit ein wesentlicher Faktor für den Sonnenmagnetismus darstellt.

Die Tachocline bestimmt die Helizität (Drehrichtung, kann nur dort geändert werden, da sie die Basis für den Sonnenmagnetismus bildet) der Megnetfeldlinien, d.h. in welcher Form (rechtshändig = positiv / linkshändig= negativ) die Magnetfelder aufsteigen, bzw. abfallen. Dies ist mit entscheidend für eine Verstärkung oder Abschwächung der magnetischen Felder in der Konvektionszone. Die Lage der Tachocline liegt derzeit in Äquatornähe bei rt = 0,693 Sonnenradien und bei 60° bei rt = 0,717 Sonnenradien. Sie hat also eine prolate Form, womit sie der Rotationsformgebung, nach der rotierende Körper am Äquator am größten sind, wie auch alle Planeten entgegen läuft. Die Sonne selbst ist über Äquator und Pol etwa gleich. Da die Grenzfläche zwischen der Strahlungszone und Konvektionszone bei 0,713 Sonnenradien liegt, durchschneidet die Tachocline diese Grenzfläche. Die Tachocline hat eine Dicke von ca. 30.000 km.

 

Abbildung 212 links: Durch Drehung abgeplattetes Rotationsellipsoid (oblate)Abbildung 212 rechts: Durch Drehung verlängertes Rotationsellipsoid (prolat)

Wie eingangs geschildert, wurde nach Entdeckung der Tachocline vor gut 20 Jahren allgemein angenommen, dass es sich bei der Tachocline um ein weitgehend stabiles Gebilde handelt. Seit Ende der 1990-Jahre ist jedoch bekannt, dass die Tachocline hoch dynamisch ist und auf kurzen Zeitskalen mit einer Periodendauer von 16 Monaten pulsiert (folgende Abbildung).

 

Abbildung 213, Quelle: (http://soi.stanford.edu/press/GONG_MDI_03-00/pressbase.gif) zeigt die Oszillation im Sonneninneren (0,72 Sonnenradius oben und 0,63 Sonnenradius unten). Deutlich die die 16-Monatsschwingung zu sehen und dies in Gebieten, über die Tachocline hinaus. Das darin enthaltene Gas rotiert mal schneller und mal langsamer. Rot sind nach MDI (Michelson Doppler Imager, SOHO) und schwarz nach GONG-Daten (Global Oscillation Network Group). “Entdeckt wurden die von niemand vorausgesagten Strömungen in vierjährigen Meßreihen des MDI-Instruments auf dem Satelliten SOHO und des GONG-Netzes von Sonnenteleskopen rund um die Erde.“ (http://www.astro.uni-bonn.de/~dfischer/news/SuW-L-1-10.html)

Nach der gängigen Theorie von Rüdiger und Kitchatinov (1997) wird angenommen, dass während der Entstehung der Tachocline ein schwaches Magnetfeld in der Sonne eingeschlossen wurde, welches die differenzielle Rotation in den äußeren Randbereich der Strahlungszone drängt und so die Tachocline erzeugt wird. Weiter geht die Theorie davon aus, dass die Tachocline aktiv mit der Strahlungszone verbunden ist und starke Wechselbeziehungen bestehen, was auf Grund ihrer Lage auch naheliegend ist.

Inwieweit die Tachocline über ihre von niemanden vermutete Oszillation auf großen Zeitskalen konstant oder variabel ist, lässt sich aus heutiger Sicht nicht beantworten, bzw., ob die Tachocline ihre prolate Form beibehält, oder zwischen prolat und oblat wechselt, was erheblichen Einfluss auf die magnetische Aktivität der Sonne haben sollte. Weiter muss davon ausgegangen werden, dass Einflüsse, die z.B. die Erdachse kippen lassen, ihre Obligität ändern, auch Einfluss auch die Tachocline haben und deren Lage in der Sonne ändern. Insbesondere bei einem möglichen Wechsel in der Form und Lage der Tachocline wäre mit erheblichen Einflüssen auf das Magnetfeld der Sonne zu rechnen, wobei in einer Übergangszeit das Magnetfeld in der Konvektionszone ganz verschwinden kann und dadurch lang anhaltende Kälteperioden auf der Erde ausgelöst werden. Ob weiter, die Tachocline zwischen prolat (derzeit) und oblat wechselt, ist ebenfalls ein interessanter Aspekt, um den Sonnendynamo besser verstehen zu können. Ausgeschlossen sollte ein solcher Wechsel nicht. Interessant ist in dem Zusammenhang, dass die letzte Eiszeitepoche exakt an der Gauss-Matuyama-Grenze vor 2,588 Mio. Jahren liegt, als sich das Magnetfeld der Erde umpolte. Zufall ist dies sicherlich nicht. Inwieweit die „Akteure“, die die Erdbahnparameter ändern, die Sonne im Raum wobbeln/wackeln lassen, nach Landscheidt das Barryzentrum ändern, auch auf die Konvektionszone und Tachocline der Sonne und auf die dynamischen Massen im Erdmantel*), die letztendlich die Magnetfeldpolarität bestimmen, parallel Einfluss nehmen und somit z.B. Eiszeiten auslösen, lässt sich wissenschaftlich derzeit noch nicht beantworten, sollte aber Inhalt weiterer Forschungsarbeiten sein, da der Autor davon ausgeht, dass darin der Schlüssel für das Verstehen des Erdklimas auf allen Zeitskalen liegt.

*) In seinem EIKE-Artikel „Gibt es einen Zusammenhang zwischen Sonnenfleckenaktivität und Erdbeben-/Vulkantätigkeit?“ (http://www.eike-klima-energie.eu/news-anzeige/gibt-es-einen-zusammenhang-zwischen-sonnenfleckenaktivitaet-und-erdbeben-vulkantaetigkeit/) hatte der Autor gezeigt, wie sowohl die Erdbebenaktivität, als auch die Vulkanaktivität mit der Aktivität synchron laufen. Dass Gravitationseinflüsse anderer Planeten auf den Vulkanismus Einfluss nehmen, lässt sich übrigens am Beispiel des Jupitermonds „Jo“ sehr gut beobachten. Er hat den stärksten Vulkanismus im gesamten Sonnensystem. Grund dafür ist die Gravitationskraft des Jupiters auf Jo, der eine elliptische Bahn um seinen Planeten vollführt, aufgrund dessen seine innere Form konstant „durchgeknetet“ wird.

Da die Wissenschaft die Sonne erst seit ein paar hundert Jahren mit technischen Mitteln beobachtet und dieser Zeitraum im Lebenslauf der Sonne verschwindend klein ist, kann anhand der heutigen Beobachtungen nicht festgestellt werden, inwieweit die derzeitigen solaren Aktivitätsschwankungen auch für die Zeiträume davor galten, bzw. weiter gelten werden. Hier ist es hilfreich, andere Sterne, die etwa der Sonne entsprechen, zur Beantwortung heran zu ziehen.

Durch immer bessere Messsysteme gelang es Astrophysikern in den letzten Jahren, eine Vielzahl von Sternen mit magnetischer Aktivität zu erforschen. Beispielsweise befasst sich die Emmy Noether Research Group am Institut für Astrophysik der Uni Göttingen in einem groß angelegten Forschungsprogramm (“Magnetische Aktivität sonnenähnlicher Sterne und ultrakalter "Brauner Zwerge“) mit der Thematik. Deren Ergebnisse liegen derzeit noch nicht vor, da das auf 5 Jahre angelegte Projekt noch am laufen ist. Einzelbeobachtungen zeigten bereits einige Überraschungen, die darauf hindeuten, dass auch unsere Sonne Aktivitätsschwankungen unterliegt, die sich auf mehr als nur 0,1% im TSI-Strahlungsbereich, wie es die einschlägigen Veröffentlichungen des TSI zeigen und darüber hinaus, die Aktivitätsschwankungen ganz zum erliegen kommen.

Wissenschaftler vom Smithsonian Center für Astrophysics und das Dartmouth College in Hanover (US-Bundesstaat New Hampshire, “Evidence for long-term brightness changes of solar-type stars“) untersuchten 74 Sterne auf ihre magnetische Aktivität. Die Messreihen gingen dabei teilweise über 23 Jahre. Anhand ihrer Untersuchungen stellten die Forscher fest, dass ca. 2/3 der Sterne ähnliche Aktivitätsschwankungen unterliegen, wie die Sonne, wogegen ca. 1/3 überhaupt keine Aktivitätsschwankungen aufweisen. Unter der Annahme, dass sich die Sterne gleich verhalten, schlossen Sie daraus, dass stellare Objekte wie die Sonne grundsätzlich zwischen zwei Aktivitätsschema pendeln, einer aktiven Phase und einer passiven Phase, ohne jegliche Aktivitätsschwankungen, wie die Sonne während dem Maunder Minimum. In einer Ruhephase strahlt (Helligkeitsbereich) ein Stern ca. 0,4% weniger als in einer aktiven Phase. Bei dem Stern HD 3651 (“Piscium“ im Sternbild Fische, HD steht für Henry-Draper-Katalog) konnte dieser Übergang, von der Phase ausgeprägter zyklischer Aktivität, in die Maunder-Minimum-Phase mit sehr geringer magnetischer Aktivität beobachtet werden (Nesme-Ribes, E., Baliunas, S. L. und Sokoloff, D.: “The stellar dynamo“, Scient. American, August 1996, 51-52).

Die bisherige Datenlage zeigt, dass der Übergang von der Aktivitätsphase in die passive Phase zum einen, nach starker magnetischer Aktivität und zum anderen, der Wechsel abrupt erfolgt. Dies spricht dafür, dass die Prozesse in der Konvektionszone, die einen starken solaren Zyklus antreiben, bei ihrer Umkehrung, neue magnetische Aktivität, umso länger und stärker dämpfen, je stärker die vorangegangene magnetische Aktivität im Hauptsonnenzyklus ist. Bei der Sonne ist dies der de Vries/Suess-Zyklus. Dies würde auch erklären, warum nach jedem Maximum im de Vries/Suess-Zyklus die Temperaturen auf der Erde stark abfallen.

 

Abbildung 214, Quelle: (http://solar.physics.montana.edu/reu/2004/awilmot/introduction.html), zeigt am Beispiel von 11 Sternen, dass diese ähnliche Muster in ihren Aktivitätsschwankungen wie die Sonne (oben Mitte) aufweisen, was auf magnetische Aktivitätszyklen zurückzuführen ist und die Ausgangsthese vom Smithsonian Center für Astrophysics, dass sich die Sterne gleich verhalten, zu bestätigen scheint. Ausgewertet wurde die Ca II H and K-Linien.

Die Ca II H and K-Linien dienen zur Helligkeitsbestimmung von Sternen und gehen auf Joseph Fraunhofer zurück, der mit dieser Methodik die Sterne klassifizierte und die hellsten mit Großbuchstaben nummerierte. Die Nummerierung beginnt im roten Teil des Spektrums und endet im blauen. Die Calzium II-Linien liegen bei 397 nm (H-Linie) und 393nm (K-Linie) Wellenlänge. Die römische Ziffer kennzeichnet den Ionisationsgrad (I = neutral, II = einfach ionisiert, III = zweifach ionisiert, u.s.w.).

Die Datenreihen in Abbildung 214 zeigen weiter, dass die Aktivitätsschwankungen zeitlich sehr ähnlich sind und in der Amplitude meist deutlich stärker ausfallen als bei der Sonne. Bei HD 152391 (folgende Abbildung) fallen die Schwankungen gar fast 5-mal so stark aus wie auf der Sonne, was natürlich in erster Linie auf seine im Vergleich zur Sonne erhöhte Rotationsrate zurückzuführen ist.

 

Abbildung 215 links zeigt die Aktivitätsschwankungen des Sterns HD 152391, der mit 0,92 Sonnenmassen und einer Oberflächentemperatur von 5.500 Kelvin der Sonne sehr ähnlich ist. Rechts der Stern HD 143761, der nahezu keine Aktivitätsschwankungen aufweist, sich also in einer ruhigen Phase befindet, Quelle, wie oben.

 

Abbildung 216, Quelle: (http://e-collection.ethbib.ethz.ch/eserv/eth:24899/eth-24899-01.pdf) zeigt das Hertzfeld-Russel-Diagramm für 34 sonnenähnliche Sterne nach Radick et al., 1998. Sonne und HD 152391 gelb, orange: Sterne aus der Abbildung 214.

Selbst bei stellaren Objekten, bei denen die Astrophysiker bisher davon ausgingen, dass sie keine oder nur wenig magnetische Aktivität aufweisen würden, wie z.B. sog. Zwergsterne, ergaben Untersuchungen (roter Zwerg TVLM513-46546, 0,09 Sonnenmasse, Oberflächentemperatur: 2.400 Kelvin), dass sie entgegen der gängigen Lehrmeinung, nicht nur keine, sondern sogar eine komplexe magnetische Aktivität aufweisen (Carnegie Institution, 06.12.2007). Dies zeigt, dass in diesem Forschungsfeld noch mit einigen „Überraschungen“ zu rechnen ist.

Das Max Planck Institut für Sonnenforschung (MPS) gibt an, dass die Sonne gegenwärtig geringere Schwankungen der Helligkeit aufweist, als vergleichbar aktive Sterne (http://www.mps.mpg.de/homes/schuessler/klima.pdf) und stellt die Frage: “Wird das so bleiben?“ Insgesamt ist festzuhalten, dass stellare Objekte eine ausgeprägte magnetische Aktivität ausweisen und diese zwischen einer aktiven Phase, die teils deutlich über den jetzigen Sonnenaktivitätsschwankungen liegen und einer inaktiven Phase, vergleichbar dem Maunderminimum pendelt. Die derzeitigen Aktivitätsschwankungen der Sonne im Vergleich zu ihren „Schwestern“ sind als vergleichsweise gering einzustufen.

Man braucht kein Prophet zu sein, dass die Sonne noch viele Geheimnisse verborgen hält, die auf eine Entdeckung warten und die zum Verständnis den Klimas auf der Erde essenziell sind. Anstatt Unsummen an Gelder dafür zu verwenden, Exorzisten-gleich einem Teufel (CO2) nachzujagen, den es nicht gibt, sollten diese Gelder besser in die Sonnenforschung investiert werden. Ertrag und Ernte werden fruchtbarer ausfallen, als die bisherige Trockenernte bei den Treibhausgasen, die nach 20 Jahren nicht einmal den Beweis erbringen konnten, dass es einen Treibhauseffekt gibt – gibt keine wissenschaftlichen Beweise dafür, sondern einzig, zusammengebastelte Computermodelle, die mit manipulierten Daten (Climate Gate) und falschen Annahmen (siehe jüngstes Beispiel der NASA, die herausgefunden hat, dass die Erde fünfmal mehr Wärme in Weltall abstrahlt, als in den Modellen eingesetzt und daher in den Modellen viel zu viel Energie in der Atmosphäre verbleibt, was zur Folge hat, dass sämtliche Klimasimulationen grund-falsch, mit viel zu hohen Temperaturen sind) gefüttert werden und IPCC, PIK und Co. das Ergebnis anschließend als „Stein der Weisen“ verkaufen. Deren Absicht ist klar, wie die Karikatur in Abbildung 217 zeigt. Uns sollte das alles nicht gleichgültig sein, da IPCC, PIK und Co. ihr (bisher) sorgenfreies Leben mit unseren Steuergeldern betreiben.

 

Abbildung 217

Teufel, wie am Beispiel CO2, Horrorszenarien und Exorzisten sollten Hollywood vorbehalten bleiben, in der Realität und der Wissenschaft haben sie nichts zu suchen. Den Rückschritt ins Mittelalter gilt es zu verhindern. Die Artikelserie “Dynamisches Sonnensystem – die wahren Hintergründe des Klimawandels“ ist als Beitrag dazu zu verstehen. Weitere Aufklärung wird auf EIKE folgen.

 

Raimund Leistenschneider – EIKE

 

Übersicht über alle Teile:

Teil 1 – Die Sonne bestimmt den Temperaturgang

Teil 2 – Die Sonne, der faszinierende Stern

Teil 3 – Sonnenflecken und ihre Ursachen

Teil 4a – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht, 
            interplanetares Magnetfeld

Teil 4b – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht, 
            interplanetares Magnetfeld

Teil 5 – Die variable Sonne

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen



Teil 7: Dynamisches Sonnensystem – die tatsächlichen Hintergründe des Klimawandels

geschrieben von Leistenschneider | 18. November 2011

Teil 1 – Die Sonne bestimmt den Temperaturgang

Teil 2 – Die Sonne, der faszinierende Stern

Teil 3 – Sonnenflecken und ihre Ursachen

Teil 4 – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht,
interplanetares Magnetfeld

Teil 5 – Die variable Sonne

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Der Einfluss der kosmischen Strahlung auf die Temperatur zeigen die Abbildungen 148 und 149, Quelle: Science, Vol. 309, S. 2017-2024, 23. September 2005. Die Übereinstimmung der geglätteten Kurven ist dabei frappierend.

 

Abbildung 159: Die Abbildung zeigt auch hier keinerlei Korrelation der Temperatur mit der CO2-Kurve, jedoch eine deutliche Übereinstimmung der Temperatur mit der kosmischen Strahlung.

Abbildung 160 zeigt die Temperaturkurve (∆T) der unteren Troposphäre zur kosmischen Strahlung im Zeitraum von Dezember 2001 bis August 2006. Deutlich erkennbar, dass nicht nur der geglättete langjährige Trend (gepunktete Linie), sondern auch die Minima und Maxima übereinstimmen. Die Abbildung wurde am 21. Oktober 2007 zu der erst genannten Abbildung hinzugefügt.

Zu Beginn soll die Wirkung skizziert werden, über die die Sonne auf die Erdatmosphäre unmittelbar Einfluss nimmt und somit den Zustand in der Atmosphäre ändert, was unmittelbaren Einfluss auf Wetter und Klima ausübt. Die entscheidende Rolle dabei spielen el. geladene Aerosolpartikel in der Atmosphäre, die unmittelbar durch HCS (Heliosphärische Stromschicht) und Sonnenwind moderiert werden.

Durch die kosmische Strahlung werden Luftmoleküle ionisiert, also el. geladen. Mit Schwefeldioxid, welches sich in der Atmosphäre befindet, entsteht in mehreren chemischen Schritten ionisierte Schwefelsäure. Diese bildet mit „normaler“ Schwefelsäure und Wassermolekülen Clusterionen. Die Ladung (negativ) des Clusters erleichtert (bis um den Faktor 10) die Anlagerung von weiteren neutralen Molekülen. Dadurch kann sich ein sog. kritischer Cluster bilden. Durch die Anlagerung von weiteren Molekülen entsteht ein Aerolsolpartikel. Ab einer bestimmten Größe (100 nm) bildet sich ein Kondensationskeim für die Tröpchenbildung.

 

Abbildung 161, Quelle: Fangqun Yu, Atmospheric Sciences Research Center, State University of New York, “Cosmic Rays, Particle Formation, Natural Variability” zeigt den Beginn des Wolkenentstehungsprozesses. Es ist bekannt, dass Schwefelaerosole, insbesondere Schwefelsäure Temperatur, Druck und Dichte in den Atmosphärenschichten beeinflussen. Hierzu kommt ein weiterer Parameter, die Ionendichte. Verursacht durch z.B. kosmische Strahlung entstehen Ionen, elektrisch geladene Atome, die z.B. in der Atmosphäre vorhandene Schwefelsäure zu Clustern zusammenbilden. Diese Cluster sind die Ausgangsbasis für Kondensationskerne (CN = condensation nuclei). Eine Zunahme dieser Nanopartikel bewirkt, dass sich die Wolkenkondensationskeime (CCN = cloud condensation nuclei) vermehren, weil sich Wasserdampf an diese gut binden kann. Hierdurch entstehen kleine Wassertröpfchen (cloud droplets).

Weiter ist seit dem Erfinder der Nebelkammer, Charles Thomson Rees Wilson bekannt, dass Ionen von Sauerstoffmolekülen, sofort von Wassertropfen umschlossen werden. In der unteren Atmosphäre sind dies die Keimzellen für Regentropfen.

Erdboden und Atmosphäre besitzen unterschiedliche el. Potentiale. Daher besteht ein permanentes Potentialgefälle. Die Angaben in der Fachliteratur schwanken zwischen 250 kV und 500 kV. Es gibt demnach eine Vielzahl und freien Ladungen in der Atmosphäre. Der bekannteste Ladungsausgleich findet durch Blitze statt.

 

Abbildung 162: Elektrische Entladungen in der unteren Troposphäre, wie Blitze, oder in der Stratos- und Mesosphäre in Form von Blue Jets und Red Sprites sind nur die sichtbaren Erscheinungen für Elektrizität in der Erdatmosphäre. Damit es überhaupt dazu kommen kann, muss es freie elektrische Ladungen geben, durch deren örtliche Konzentration sichtbare Ausgleichströme entstehen, Quelle: “Red Sprites und Blue Jets“, Jens Oberheide, Bergische Universität Wuppertal.

Die Ionisation in der oberen Atmosphäre (Ionosphäre, elektrisch leitfähige Schicht) entsteht durch die Absorption der UV-Strahlung der Sonne durch die Luftmoleküle und Atome in der Ionosphäre. Durch das Herausschlagen der Elektronen durch die energiereiche UV-Strahlung entsteht eine positive Potentialschicht. Fachlich spricht man von “Ausgleichsschicht“, die der negativen Potentialschicht, dem Erdboden, gegenüber steht. Erdboden und Ionosphäre, beide elektrisch gut leitend, wirken wie ein Kugelkondensator, mit einem Dielektrikum, der Atmosphäre dazwischen. In diesem Dielektrikum findet ein ständiger Potentialfluss, der durch die Raumladungen und den Ladungstransport geprägt ist, statt. Im englischen wird dieser Potentialfluss “Global Electrical Circuit“ genannt, folgende Abbildungen.

 

Abbildung 163 links, Quelle: (http://www.meteo.psu.edu/~verlinde/meteo437/figures437.html) zeigt den globalen elektrischen Kreislauf in der Atmosphäre und dem Erdboden. Die Abbildung rechts, dessen elektrisches Ersatzschaltbild, Quelle: (http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/slac-wp-020-ch11g-Kirkby.pdf).

Das gezeigte elektrische Feld ist üblicherweise nach unten gerichtet. Nur bei Schlechtwetterfronten (z.B. Gewitter) ist das Feld nach oben gerichtet. Die Feldstärke beträgt in Bodennähe ca. 150 V/m und nimmt mit der Höhe rasch ab. Anhand von Ballonmessungen beträgt seine Feldstärke in 10 km-Höhe nur noch 5 V/m. Die Abnahme der Feldstärke kann nur darauf beruhen, dass in der Atmosphäre Raumladungen vorhanden sind, die zu dem Feld parallel verlaufen. Das resultierende Feld ist das Maß für die Feldstärke.

 

Abbildung 164: Wie bei einer angelegte Spannung an einem Kondensator, fließt zwischen der Ionosphäre und dem Erdboden ein gerichteter Ausgleichsstrom, der “Vertikalstrom“. Er ist gering und hat im Schönwetterfeld Werte von einigen Piko A/m2, die bei Schlechtwetterlagen um Größenordnungen ansteigen und von kurzer Dauer sind. Nach Angaben des Instituts für Atmosphärenphysik der Bergischen Universität Wuppertal liegt der Gesamtstrom aus Gewittern bei 1.250 Ampere. Über längere Zeitskalen ist die Elektrizitätsbilanz ausgeglichen, so dass es nicht zu einer Aufladung z.B. des Erdbodens kommt.

Welche weiteren Prozesse, als die energiereiche UV-Strahlung der Sonne führen zu Ladungsträgern (Ionen, Elektronen) in der Atmosphäre? Dies sind, wie bereits angesprochen, die kosmische Strahlung, die in der Stratos- und Troposphäre Luftmoleküle ionisiert und dies sind Turbolenzen in Luftschichten (z.B. Gewitterwolken), bei denen durch Zusammenstöße Elektronen herausgelöst werden.

Darüber hinaus hat Prof. Galembeck (Hygroelektrizität.

 

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass in der Atmosphäre durch unterschiedliche Prozesse ständig elektrische Ladungsträger entstehen, die als el. geladene Aerosolpartikel die Wolkenbedeckung und die Wetterlage beeinflussen. El. geladene Aerosolpartikel sind als Konstellationskeime bis zu 10-mal wirkungsvoller als ungeladene. Wie die Abbildung 165 (oben) zeigt, Quelle: Allgemeine Meteorologie (3. Auflage), Gösta H. Liljequist, Konrad Cehak, entstehen insbesondere in der unteren Stratosphäre und oberen Troposphäre durch die kosmische Strahlung Ionenpaare. Obere Troposphäre und untere Stratosphäre ist der Höhenbereich, in der der JET-Stream die Großraumwetterlage auf der Nordhalbkugel maßgeblich beeinflusst. Es ist daher nicht abwägig, dass eine Modulation der elektrischen Partikel in der Atmosphäre durch direkte oder indirekte Sonneneinflüsse, sowohl die Großraumwetterlage (Jet), als auch das örtliche Wettergeschehen (Wolkenbedeckung) beeinflusst.

Dies in den Bereichen des Jetstream umso mehr, da hier nicht nur die Ionendichte stark zunimmt, sondern wegen des geringeren Druckes (geringere Kollisionswahrscheinlichkeit) die Ionenbeweglichkeit zunimmt, sowie dadurch bestimmt, auch deren Lebensdauer vergrößert wird. Diese elektrisch geladenen Partikel sind grundsätzlich über ein äußeres Potentialfeld oder einen angelegten Strom zu beeinflussen.

 

Wie Abbildung 166, Quelle: V.C. Roldugin und G.V. Starkov, “Dependence of Atmospheric Transparency Variations on Solar Activity” (Polar Geophysical Institute, Apatity, Russland) belegt, gibt es einen eindeutigen Zusammenhang zwischen der Sonnenfleckenzahl (Wolf-Zahl) und der Aerosolschwächung (Index) im Wellenlängenbereich zwischen 344 und 369 nm. Die Aerosolbildung schwankt direkt mit der solaren Aktivität. Je stärker die Sonnenaktivität, desto mehr geht die Aerosolentwicklung zurück. Diese Arbeit ist konform zum Svensmark-Effekt, der fordert, dass durch verstärkte kosmische Strahlung die Wolkenbedeckung zunimmt, weil die Ionenentstehungsrate und damit die Anzahl der Kondensationskeime für Regentropfen zunimmt.

Auch die elektrische Leitfähigkeit der Atmosphäre, sowie die Blitzanzahl variieren mit der kosmischen Strahlung, Abbildung 167, Quelle: (http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/slac-wp-020-ch11g-Kirkby.pdf).

 

Abbildung 167 links zeigt die Schwankungen des Vertikalstromes zu der kosmischen Strahlung (GCR) in der Polarregion und die Abbildung rechts die Blitzhäufigkeit pro Jahr in Abhängigkeit zur GCR in den USA. Sowohl der Vertikalstrom, als auch die Blitzhäufigkeit schwanken mit der kosmischen Strahlung.

Wie sehr elektrische Effekte in der Atmosphäre die Kondensationsbildung und damit die Regenmenge steuern, wird bei einem Forbush-Ereignis (nach dem Geophysiker Scott E. Forbush, der den Effekt entdeckte) sichtbar. Ein Forbusch-Ereignis ist ein plötzlicher Abfall der kosmischen Strahlung wegen plötzlich auftretender starker Sonnenaktivität, da durch erhöhte Sonnenaktivität der Sonnenwind die kosmische Strahlung von der Erde ablenkt. Bei einem SCR-Ereignis (Solar Cosmic Ray) gelangen hochenergetische Protonen von der Sonne zur Erde.

Abbildung 168 zeigt den Rückgang bei Regen während einem Forbush-Ereignis (During Forbush GCR decrease). Deutlich zeigt sich, dass die Niederschlagsmenge stark zurückgeht, was darauf zurückzuführen ist, dass weniger elektrisch geladene Aerosole für Regentropfen zur Verfügung stehen. Quelle: http://www.slac.stanford.edu/cgi-wrap/getdoc/slac-wp-020-ch11g-Kirkby.pdf

 

Abbildung 169 zeigt die Änderung des Regenfalls während eines SCR-Ereignisses (During ground-level, SCR increase, Quelle wie oben). Es zeigt sich, dass die Regenmenge deutlich zunimmt, was auf die zunehmende Ionisation in der Atmosphäre und dadurch, eine Zunahme von elektrisch geladenen Aerosolpartikeln zurückzuführen ist.

Die gezeigten Untersuchungen untermauern, dass es in der Atmosphäre eine Vielzahl elektrisch geladener Aerosole gibt, sowie, dass sich Wasser in der Atmosphäre elektrisch auflädt und durch Veränderung der elektrischen Parameter in der Atmosphäre das Wetter beeinflusst wird. Die Beeinflussung kann niemals durch CO2 kommen – hierfür gibt es keine physikalische Grundlage, sondern nur von der Sonne.

Aus der folgenden Abbildung wird ersichtlich, wie die Sonnenaktivität (am Beispiel des aa-Index) den Luftdruck in der Atmosphäre in den Tropen grundsätzlich ändert.

 

Abbildung 170, Quelle: (http://climatechange1.wordpress.com/2009/11/08/the-climate-engine/)  zeigt die Schwankungen des aa-Index im Zeitraum von 1948 – 2009 (rot) und dazu die Schwankungen des bodennahen Luftdrucks in den Tropen (blau). Deutlich ist zu sehen, dass beide zusammenhängen, die solare Aktivität den Luftdruck in den Tropen und damit das Wetter moderiert – Luftdruckunterschiede treiben bekanntlich das Wetter an. Der geglättete Trend entspricht dem Gleißberg-Zyklus.

Abbildung 171 zeigt, wie der aa-Index durch die Sonnenaktivität, dem Schwabe-Zyklus und dem Anstieg des de Vries-Suess-Zyklus im 20. Jahrhundert bestimmt wird.

 

Abbildung 171, Quelle: Hathaway et al. 1999 ”10.1029/1999JA900313 , zeigt den aa-Index und den Schwabe-Zyklus (gepunktete Linie). Deutlich ist dieser im aa-Index abgebildet. Im 20. Jahrhundert steigt dieser parallel zum de Vries/Suess-Zyklus stark an.

Inwieweit die magnetische Aktivität der Sonne und die Polarität des solaren Magnetfeldes die Parameter des irdischen Wettersystems lenken, zeigt Abbildung 172, die die Wolkenbedeckung nach Daten des International Satellite Cloud Climatology Project (ISCCP) zeigt.

 

Abbildung 172 links zeigt die globale Wolkenbedeckung von Juli 1983 – Juni 2005, nach Daten des ISCCP, (http://www.leif.org/research/cloud-cover.png). Die Abbildung stammt aus der Arbeit von Evan et al. “Arguments against a physical long-term trend in global ISCCP cloud Amounts“. Bereits die linke Abbildung zeigt eine periodische Schwingung von größer 18 Jahren (grüner Pfeil). Dass Kurvenminimum liegt im Maximum des 23. Schwabe-Zyklus im Jahr 2000. Rechts ist der Kurvenverlauf an der gestrichelten Linie gespiegelt und ab 2005 angesetzt. Dabei wurde darauf geachtet, dass das Verhältnis zwischen Anstieg und Rückgang im Schwabe-Zyklus etwa 2 zu 3 beträgt (die Anstiegszeit ist nicht exakt fix, sondern davon abhängig, wie stark der kommende Zyklus ist – starker Zyklus = schnelle Anstiegszeit, schwacher Zyklus = langsame Anstiegszeit, insofern stellt das Verhältnis 2 zu 3 einen Mittelwert dar). Das Maximum der globalen Bewölkung hängt in eindeutiger Weise vom Hale-Zyklus (Polaritätszyklus der Sonne) und damit von der Polarität des magnetischen Sonnenzyklus ab.

Nun kann natürlich angeführt werden, dass es sich bei der obigen Spiegelung nicht um tatsächlich gemessene Werte handelt, aus denen eine Zykluszeit abgeleitet werden könnte. In der Tat zeigen die Messungen bis 2008 (dann wurde das Projekt IPCCP geschlossen und weitere Daten liegen dem Autor nicht vor), dass die Wolkenentwicklung ab 2005 nicht wieder ansteigt, sondern niedrig bleibt.

 

Abbildung 173 (http://isccp.giss.nasa.gov/climanal1.html) zeigt die gesamte Datenreihe der globalen Wolkenbedeckung bis 2008. Während die Wolkenbedeckung von ihrem Minimum in 2000 bis zum Jahr 2004 wieder ansteigt, bleibt sie dann auf diesem Level und steigt nicht weiter an. An den schwarzen senkrechten Linien dreht jeweils die Tendenz der Wolkenbedeckung, sie stimmt überein mit der Drehung des Polarfeldes der Sonne (Abbildung 174).

Wie passt dies nun zum Hale-Zyklus von 22 Jahren, der bekanntlich eine Schwingung, mit einer Periode von ca. 22 Jahren darstellt und keinen ausgeschwungenen Zustand, bei dem die Werte gleich bleiben und sich über Jahre nicht verändern? Die Antwort findet sich in der Sonnenaktivität des Schwabe-Zyklus, der bekanntlich ein Teil (die Hälfte) von ihm ist.

Zwei Schwabe-Zyklen, ergeben einen Halezyklus, weil dann die Polarität der Magnetfelder der nördlichen, und südlichen Sonnenflecken wieder gleich ist. Zur Erinnerung, mit einem neuen Schwabe-Zyklus ändert sich die magnetische Polarität auf der jeweiligen Halbkugel.

Der 23. Schwabe-Zyklus fiel bekanntlich mit einer Dauer von 14 Jahren deutlich länger aus, als der Durchschnitt von 11 Jahren. Während seine Anstiegszeit bis zum Erreichen seines Maximums mit 4-5 Jahren innerhalb derer seiner Vorgänger lag, dauerte sein Rückgang, bis zum Beginn des neuen Sonnenzyklus mit 9 Jahren außerordentlich lang, wie Abbildung 174 links zeigt.

 

Abbildung 174 links zeigt die letzten drei Sonnenzyklen bis 2010. Der 23. Zyklus dauerte deutlich länger als seine Vorgänger und sein Minimum hielt mehrere Jahre an, wobei sich die solare Aktivität kaum änderte. Dies sind die Jahre 2006 – 2009 (roter Kreis). Die Abbildung rechts, Quelle: Wilcox Solar Observatory, Stanford University (http://wso.stanford.edu/) zeigt das Polare Magnetfeld der Sonne bis 2010. Das polare Magnetfeld der Sonne, welches im Sonnenminimum dominiert und die Polarität (Dipolfeld) des solaren Magnetfeldes vorgibt, ist seit ca. 2005 äußerst stabil und zeigt ebenfalls einen „ausgeschwungenen“ Zustand (rechter Kreis), wogegen beim vorherigen Graphenminimum, dieses nur kurz ist und unmittelbar in seinen Schwingungszustand übergeht (linker Kreis).

Es ist somit festzuhalten, dass

1.  auch der ISCCP-Wolkenbedeckungsgrad nach 2005 exakt die solare Aktivität widerspiegelt, die durch den Schwabe-Zyklus bestimmt ist

2.  der über 3 Jahre andauernde, gleichbleibend niedrige und sich nicht ändernde Wolkenbedeckungsgrad mit dem lang auslaufenden 23. Schwabe-Zyklus übereinstimmt, der sich ebenfalls nicht änderte und daraus (Polar Feld, rechter grüner Kreis)

3.  in dieser Zeit keine Polumkehr stattfand, welche den Bedeckungsgrad hätte ändern können

4.  eine Polumkehr bis zu dieser Zeit ausblieb – im Gegenteil, die Polarität im gleichen Zeitraum über die gleiche Zeitdauer wie die Wolkenbedeckung um einen Mittelwert schwankt.

5.  mit einem Nulldurchgang des Polarfeldes (Polaritätswechsel, schwarze, senkrechte Linien) dreht der Wolkenbedeckungsgrad. Dies war um 1988/89 und dann wieder um 2001 der Fall.

Abbildung 175 zeigt den Hale-Zyklus (http://nexialinstitute.com/climate_el_nino.htm) von 1800 – 2009 (obere Datenreihe). Die Rauten geben US-Trockenjahre an und die untere Datenreihe zeigt El-Niño-Ereignisse.

Während El-Niño-Ereignisse keinen direkten Zusammenhang mit dem Hale-Zyklus erkennen lassen (wodurch El Niño von der Sonne gesteuert wird, wurde im Teil 1 detailliert gezeigt), zeigen die US-Trockenjahre, also bewölkungsschwache Jahre, eine deutliche Häufung zum Hale-Zyklus und zwar immer dann, wenn die Polarität des Sonnenmagnetfeldes N+ und S- beträgt. Dies weist auf einen Zusammenhang mit der Entstehung von Aerosolpartikel und damit Kondensationskeimen für Wolken hin.

Aus einer weiteren Arbeit, “Does the solar wind affect the solar cycle?”, Israelevich et al., Astron. Astrophys. 362, 379–382 (2000), stammt die folgende Datenreihe der Bz-Komponente.

 

Abbildung 176 zeigt die Bz von 1973 – 2000 als gleitendes Mittel über sieben Sonnenrotationen. Die gestrichelte Linie gibt ihren Mittelwert im Betrachtungszeitraum an. Auffällig ist der starke negative Peak in 1998 . Im gesamten Betrachtungszeitraum ist dies die stärkste negative Komponente. Sie fällt zusammen, mit dem stärksten El-Niño-Ereignis seit 50 Jahren. Wie im Teil 5 gezeigt, wird das Erdmagnetfeld umso mehr geschwächt und es treten umso verstärkt Polarlichter auf, je negativer die Bz ist.

Ein weiterer Hinweis, das die Polarität des IPF die Wolkenbedeckung beeinflusst, findet sich in den Belegen zum Einfluss der kosmischen Strahlung auf die untere Wolkenbedeckung.

 

Abbildung 177 (Quelle: Marsh & Svensmark, 2003) zeigt die untere Wolkenbedeckung (blau) von 1983 – 2002 nach Daten des ISCCP und dazu die kosmische Strahlung, gemessen in der Anzahl der Neutronen. Sie zeigt den deutlichen Zusammenhang beider Parameter. Die untere Wolkenbedeckung unterliegt im Takt der CR, Schwankungen von 2-3%. Es fällt sofort der starke Einbruch in der Wolkenbedeckung im Jahr 1999 auf , der sich in der kosmischen Strahlung nicht wieder findet. Er ist jedoch in der Bz-Komponente genauso deutlich zu sehen (vorherige Abbildung). Auch die Minima 2), 3) und 4) in der Bz finden sich in der Wolkenbedeckung gleichfalls wieder (Abbildung 176).

Anmerkung zur Abbildung: Da die Zeitreihe der unteren Wolkenbedeckung bei Marsh & Svensmark erst 1983 beginnt, wurde die Abbildung der Wolkenbedeckung, deren Zeitreihe bereits ab 1980 (1980 – 1995, kleine Abbildung) beginnt, allerdings eine andere Glättung aufweist, zum Vergleich des Minima 4 herangezogen. Dortiges Minima in der Wolkenbedeckung in 1982 fällt ebenfalls mit dem starken Minima der Bz in 1982 zusammen. In der kleinen Abbildung ist übrigens das Minima um 1990 nicht spitz ausgeprägt, wie in 1982, sondern flach, was darauf hindeutet, dass es von mehreren Auslösern stammt. Betrachtet man nun die Bz, finden sich in der Feinauflösung 3 Minima im Zeitraum 1990 – 1992 (Abbildung 176).

HCS und dem IPF sind die Folgen der solaren Aktivität, die ihrem Ursprung in der Konvektionszone und der Tachocline der Sonne haben. Das Zwischenstück, was sozusagen Ursache und Folgen miteinander verknüpft ist die Korona der Sonne, in der der Sonnenwind und mit diesem das IPF und die HCS entstehen. Deshalb war es notwendig, dies vorher zu behandeln.

Von diesen Erkenntnissen ist es nur ein kleiner Schritt zu der Aussage, dass die heliosphärische Stromschicht (HCS) die Wolkenbedeckung und damit das Wetter auf der Erde unmittelbar beeinflusst.

Die beiden Wissenschaftler D.R. Kniveton (University of Sussex) und Prof. B.A. Tinsley (University of Texas), ”Daily changes in global cloud cover and Earth transits of the heliospheric current sheet” (http://www.utdallas.edu/physics/pdf/tin_dcgcc.pdf) gingen der Frage nach, ob ein Durchgang der Erde durch die HCS die Bewölkung beeinflusst und fanden die folgende Abhängigkeit.

 

Abbildung 178 zeigt die Tagesänderungen in der zonalen Wolkenveränderung beim Durchgang der Erde durch die HCS. Während an den Polen die Wolkenbedeckung abnimmt, auf der Südhalbkugel gar um fast 5%, ist in den Tropen eine Zunahme von 2% zu verzeichnen. Dies sind Werte, wie bei der Wolkenveränderung durch die kosmische Strahlung. Gemessen wurde in den Jahren 1987 – 1994, also in der Kaltphase der AMO.

Die Arbeit von Kniveton und Tinsley zeigt, dass sich insbesondere in den Tropen die Wolkenbedeckung beim Durchgang der Erde durch die HCS verstärkt, wenn die Erdatmosphäre mit einem Stromfluss von ca. 25.000 Ampere beaufschlagt wird. Daher soll untersucht werden, inwieweit die HCS auf die atlantische Sturmentwicklung, insbesondere auf die Hurrikanaktivität Einfluss hat. Hierzu wird die Svalgaard-Liste des Wilcox Solar Observatory der Stanford University (http://wso.stanford.edu/SB/SB.Svalgaard.html), die die HCS-Durchgänge der Erde auflistet, sowie die ACE-Liste des Hurrikan-Centers der NOAA (http://www.nhc.noaa.gov/pastall.shtml) ausgewertet.

Abbildung 179 zeigt die jährliche Anzahl der HCS-Durchgänge der Erde von 1965 – 2009 (rot), sowie die Hurrikanstärke/10 im gleichen Zeitraum. Der Startzeitpunkt wurde auf das Jahr 1965 gelegt, weil ab diesem Datum für die ACE Satellitendaten vorliegen, die einen verlässlichen und einheitlichen Charakter besitzen. Davor wurde manuell gezählt/gemessen und die Daten aus mehreren Quellen zusammengetragen.

Abbildung 179 deutet darauf hin, dass die HCS Einfluss auf die Hurrikan-Aktivität hat. Wie bekannt, ist die nordatlantische Hurrikan-Aktivität mit der AMO, der AMM (Scherwinde) und den Easterlay-Waves verbunden. Abbildung 180 zeigt den Zusammenhang der Hurrikan-Aktivität mit der AMO.

 

Abbildung 180 zeigt die Atlantische Multidekaden-Oszillation AMO, Quelle: Landsea et al, 2010, “Impact of Duration Thresholds on Atlantic Tropical Cyclone Counts”. Dazu der Verlauf der tropischen Hurrikane (schwarze Linie). AMO und Hurrikan-Aktivität verlaufen parallel.

Daher liegt es nahe, die Hurrikan-Aktivität an der HCS plus der AMO, die ebenfalls von der Sonne moderiert wird, zu spiegeln (folgende Abbildung). Hierzu wurde der AMO-Datensatz der NOAA (http://www.esrl.noaa.gov/psd/data/timeseriesimeseries/AMO/) ausgewertet und auf den niedrigsten Wert im Betrachtungszeitraum normiert, also dieser als Bezugspunkt ausgewählt.

 

Abbildung 181 zeigt die normierten Werte des HCS + AMO für den Zeitraum von 1965 – 2010 (blaue Kurve). Dazu der ACE im gleichen Zeitraum. Zu besseren Vergleichbarkeit wurden die ACE-Werte jeweils durch 5 dividiert. Zu sehen ist also ACE/5 (rote Kurve). Insbesondere in der Warmphase der AMO ist eine gute Korrelation der HCS mit der Hurrikantätigkeit zu sehen.

Die Untersuchung zeigt, dass es einen Zusammenhang zwischen HCS-Durchgang und der atlantischen Hurrikanentwicklung gibt. Die Datenreihe ist nicht so eindeutig, wie die der Korona auf die El-Nino-Ereignisse (Teil 1). Dies kann auch nicht erwartet werden, da die Hurrikantätigkeit von weiteren Parametern wie Easterly Waves und Scherwinden abhängig ist, die in der obigen Abbildung nicht erfasst sind.

Weiter sind die Durchgänge der Erde durch das HCS natürlich keine Normdurchgänge. Den Einfluss, den das HCS auf die Atmosphäre der Erde ausübt, ist bei jedem Durchgang verschieden. Dies hängt zum einen mit dem Ballerina Skirt, also der Sonnenaktivität selbst zusammen und zum anderen, an der jeweiligen Stromverteilung in dem HCS, welche, wie gezeigt, inhomogen ist, mit örtlichen Maxima und Minima. So ist der Wert für die Stromstärke des HCS von ca. 25.000 Ampere, ein Mittelwert, der räumlich stark divergieren dürfte. Auch durchläuft die Erde teilweise bei einem Durchgang nicht nur eine Polarität, sondern zwei.

Die Datenreihe der HCS zur ACE legt nahe, dass die HCS ein weiterer Parameter ist, der die Hurrikantätigkeit auf dem Atlantik beeinflusst. Dies umso mehr, als die Arbeiten zu den Tagesveränderungen der zonalen Wolkenbedeckung beim Erddurchgang durch die HCS (Kniveton und Tinsley) in der Kaltphase der AMO durchgeführt wurden und Messungen in der AMO-Warmphase einen höheren Änderungswert in der zonalen Wolkenbedeckung in den Tropen erwarten lassen. Dies, wegen dem höheren Wasserdampfgehalt in der Atmosphäre bei wärmerem Wasser.

Insbesondere in der Warmphase der AMO besteht eine gute Korrelation der Hurrikanereignisse mit den Durchgängen der Erde durch die HCS. Da ein Hurrikan für seine Entstehung Energie benötigt und das Energievolumen bei warmer AMO höher ist, kann die HCS dann bevorzugt einen Hurrikan sozusagen triggern helfen. Die Triggerung benötigt warme Wassertemperaturen und damit begünstigt die Warmphase der AMO die Hurrikantätigkeit. Bei kaltem Oberflächenwasser (Kaltphase der AMO) steigt zwar der zonale Wolkenbedeckungsgrad in den Tropen beim Durchgang der Erde durch die HCS. Aufgrund der vergleichsweise niedrigen Wassertemperaturen fehlt dem Tiefdruckgebiet die Energie, bzw. Energiedifferenz zwischen Wasser und oberer Troposphäre, die es benötigt, um zu einem Hurrikan anzuwachsen.

Abschließend ist festzuhalten, dass über die Kopplung der kosmischen Strahlung, des Hale-Zyklus und der HCS auf die geladenen Aerosolteilchen in der Tropos- und Stratosphäre das Wetter/Klima deutlich beeinflusst wird.

Nicht nur die Hurrikantätigkeit wird durch die Sonne gesteuert, sondern auch die Tornadoaktivität in den USA.

 

Abbildung 182 zeigt die Anzahl der schweren Tornados in den USA im Zeitraum von 1950 – 2008. Die höchste Anzahl tritt ausgerechnet in Zeiten kühler Temperaturen auf der Nordhalbkugel in den 1960- und 1970-Jahre auf. Dies ist auf die größeren Temperaturgegensätze zwischen Tropen und Polargebieten zurückzuführen, was zu höheren Windgeschwindigkeiten führt (Jetstream – Tornados und auch Stürme/Orkane in Mitteleuropa hängen unmittelbar mit dem Auftreten, Verlauf und Stärke des Jetstreams zusammen). Bei verminderter Sonneneinstrahlung ist durch die Neigung der Erdachse die relative Energieänderung in den Tropen geringer als auf der Nordhalbkugel, was zu einem größeren Druckgradienten führt (Hub wird größer). In dem Chart lässt sich ein im Mittel 11-jähriges Wellenmuster (rote Linie, 1950 – 2005 = 5 Zyklen) erkennen, welches mit dem Schwabe-Zyklus der Sonne übereinstimmt. Wird die Schwingung weitergeführt, fällt das nächste Maximum der schweren Tornadoaktivität auf das Jahr 2011, so wie wir es dieses Jahr erlebten.

 

Raimund Leistenschneider – EIKE

 

Teil 8 in Kürze

 

Übersicht über alle Teile:

Teil 1 – Die Sonne bestimmt den Temperaturgang

Teil 2 – Die Sonne, der faszinierende Stern

Teil 3 – Sonnenflecken und ihre Ursachen

Teil 4a – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht,
interplanetares Magnetfeld

Teil 4b – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht,
interplanetares Magnetfeld

Teil 5 – Die variable Sonne

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen



Teil 6: Dynamisches Sonnensystem – die tatsächlichen Hintergründe des Klimawandels

geschrieben von Leistenschneider | 18. November 2011

Teil 1 – Die Sonne bestimmt den Temperaturgang

Teil 2 – Die Sonne, der faszinierende Stern

Teil 3 – Sonnenflecken und ihre Ursachen

Teil 4 – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht, 
           interplanetares Magnetfeld

Teil 5 – Die variable Sonne

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

 

Im Teil 1, „Die Sonne bestimmt den Temperaturgang“ wurde bereits gezeigt, wie die Sonne auf die El Niñoaktivität einwirkt und damit die Temperaturen der letzten 30 Jahre exakt moderierte. Weiter wurde im Teil 3 dargelegt, wie der Brückner/Landscheidt-Zyklus den Temperaturgang der letzten 1.200 Jahre bestimmt, sowie (Abbildung 45) der kleine Landscheidt-Zyklus im Temperaturgang der letzten 30 Jahre deutlich abgebildet ist. Darüber hinaus zeigt Abbildung 38, die hier nochmals gezeigt wird, wie der Brückner/Landscheidt-Zyklus wichtige Klimaparameter, wie AMO und PDO regelt.

 

Abbildung 38 links, Quelle: Dr. Landsea, zeigt die AMO-Schwingung, mit einer positiven und negativen Phase von im Mittel 33,5 Jahren. Abbildung rechts (NOAA) zeigt die PDO mit der negativen Phase von 33 Jahren.

Viel war in den letzten Jahren über einen dramatischen Gletscherrückgang zu hören, der auf die CO2-Ausbringung zurückzuführen wäre. Nun, die folgende Abbildung zeigt, was es damit auf sich hat und was den Gletscherrückgang tatsächlich bestimmt. Dass derzeit die Alpengletscher stark auf dem Rückzug sind, was für die Kurzzeitbetrachtung auch stimmt, ist auf die AMO und damit auf die Sonne zurückzuführen. Die folgende Abbildung gibt einen Überblick über die Entwicklung der österreichischen Alpengletscher seit 1890, Quelle: Slupetzky, 2005, Uni Salzburg.

  

Abbildung 133 zeigt die zyklische Entwicklung der österreichischen Gletscher von 1890 – 2002. Gut ist erkennbar, dass der derzeitige Rückzug auf einen längeren Eisvorstoß folgt und das in den Jahren von 1930 bis in die 1960-Jahre, ähnlich geringe Eisbedeckungen vorlagen, wie heute. Der Gletscherzyklus zeigt weiter sehr starke Ähnlichkeiten mit der AMO und keine mit einem CO2-Atmosphärenpegel (kleines Bild).

Abbildung 133 wurde durch Untersuchungen der ETH Zürich in 2010 bestätigt “Alpen-Gletscherschmelze von Atlantikströmung beeinflusst?“, Geophysical Research Letters (2010), 37, L10501. Die Untersuchungen anhand von 30 Gletschern zeige, dass die Massenbilanz der Schweizer Gletscher mit der AMO korreliere, so die Forscher. Und weiter “Es zeigte sich, dass die AMO die Perioden besonders markanter Gletscherrückgänge, wie etwa in den 1940ern und seit den 1980ern, so wie Stagnation oder Zuwachs in den 1910er und 1970er Jahren, erklären kann.“

In ihrer Studie geben die Forscher der Sonneneinstrahlung den maßgeblichen Anteil am Gletscherrückgang. Dabei dienten ihnen die seit 1934 vorliegenden Messungen der Sonneneinstrahlung in Davos. Während die ETH-Wissenschaftler die verstärkte Sonneneinstrahlung auf die alpinen Gletscher und auf die geringere Aerosolkonzentration der Atmosphäre zurückführen (Aerosole reflektieren direkt das Sonnenlicht, bzw. dienen über chemische Reaktionen als Kondensationskeime für Wassertropfen und beeinflussen somit maßgeblich die Wolkenbildung), sind direkte solare Aktivitätssteigerungen und damit verbundener geänderter Wetterlagen und höherer Temperaturen ebenso ausschlaggebend für die Periode der Gletscherrückgänge, wie Abbildung 133 zeigt.

Die ETH-Forscher ermittelten eine um 18 W/m2 höhere solare Einstrahlung als in den vergangenen 10 Jahren bis heute, was, angesichts dem Strahlungsantrieb von 1,5 W/m2, welcher das IPCC dem CO2 in seinen Klimamodellen zubilligt, ganz enorm ist. Die erhöhte Sonneneinstrahlung in den 1940-Jahren deckt sich weiter mit den Messungen der Globalstrahlung auf der “Säkularstation Potsdam Telegrafenberg“. Die folgenden beiden Abbildungen zeigen die solare Aktivität im Vergleichzeitraum, sowie die Durchlässigkeit der Atmosphäre.

 

Abbildung 134 links, Quelle: British Geological Survey, zeigt die magnetische- und Fleckenaktivität der Sonne im Zeitraum von 1867 – 2007. Im Zeitraum von 1930 – 1960 (grün) ist ein deutlicher Anstieg in der magnetischen, als auch in der Fleckenaktivität der Sonne erkennbar (die Aktivitätssteigerung hält bis zum Jahr 2003 an – dort hatte der Hauptsonnenzyklus*), der im Mittel 208-jährige de Vries-Suess-Zyklus sein Maximum), was mit dem Zeitraum der positiven AMO und des mit ihr in Verbindung stehenden Gletscherrückgangs (Abbildung 133) übereinstimmt. Die Abbildung rechts zeigt den SO2-Aerosolgehalt in der Atmosphäre im Zeitraum von 1880 bis 2000, Quelle: David Ian Stern, Australian National University, Centre for Resource and Environmental Studies.

Für die atmosphärische Aerosolentwicklung ist der atmosphärische Schwefeldioxid-, bzw. Sulfat-Gehalt (bildet sich über Wasser und SO2) wesentlich. Der unter dem Begriff “Global Cooling“ bekannte Temperaturrückgang durch zusätzliche Partikel in der Atmosphäre basiert auf SO2 und Rußpartikel. Den Einfluss von SO2 auf die globalen Temperaturen zeigen beispielsweise die Auswirkungen des Vulkanausbruchs Pinatubo in 1991, durch den große Mengen SO2 in die Atmosphäre gelangten, wodurch die global gemittelten Temperaturen für 2 Jahre um ca. 0,6°C zurückgingen.

Hohe solare Aktivität, verbunden mit geringer Aerosolbildung (klare Luft) sind demnach die Ursachen für den starken Gletscherrückgang in den 1940-Jahren. Da die Gletscher im Zeitraum davor wuchsen und die Luft seinerzeit damit noch klarer war (!), bleibt für den Gletscherrückgang in den 1940-Jahren einzig die starke solare Aktivität übrig, wie dies bis zu den letzten Jahren ebenfalls vorlag.

*) Periodizäten werden anhand der Fourier-Analyse der Sonnenfleckenzahl (Wolf-Zahl) bestimmt.

 

Abbildung 135: Anhand der Fourier-Analyse, Quelle: Orgutschov et al., werden in der Sonnenfleckenzahl verschieden Perioden sichtbar. Die dominanteste ist die 205-Jahres-Periode, was dem Hauptsonnenzyklus, dem im Mittel 208-jährigen de Vries/Suess-Zyklus entspricht. Darüber hinaus eine 85-Jahres-Periode, der Gleißberg-Zyklus, eine 60-Jahres-Periode (Landscheidt-Zyklus).

Das gleiche Bild der Korrelation auch für die schweizerischen Gletscher.

 

Abbildung 136 der schweizerischen Gletscherentwicklung im Zeitraum von 1890 – 2008 zeigt ebenfalls keinerlei Zusammenhang mit dem Anstieg eines atmosphärischen CO2-Pegels, dagegen aber einen nicht zu übersehenden Zusammenhang zur AMO. Während der AMO-Warmphasen kommt es zu einem deutlichen Gletscherrückgang und während der AMO-Kaltphase zu einem entsprechenden Gletschervorstoß, wobei der heutige Gletscherschwund nichts Außergewöhnliches darstellt und ebenfalls zyklisch ist.

So wundert es denn auch nicht (AMO und PDO geben die Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur an und das Hauptkriterium für Veränderungen des Meeresspiegels auf kleinen Zeitskalen ist die thermische Ausdehnung des Wassers), dass die Meeresspiegelschwankungen ebenfalls auf die variable Sonnenaktivität zurückgehen und mit einem atmosphärischen CO2-Pegel rein gar nichts zu tun haben,

 

Abbildung Abbildung 137 zeigt, dass die Meeresspiegelschwankungen gut mit den Schwankungen im Schwabe-Zyklus der Sonne korrelieren (Quelle: http://wattsupwiththat.com/2009/04/07/archibald-on-sea-level-rise-and-solar-cycles/). Dr. Simon Holgate (National Oceanography Centre – von ihm stammt die Untersuchung) gibt an, dass 70% der ermittelten Meresspiegelschwankungen auf thermische Ursachen und nur 30% auf Schmelzvorgängen beruhen.

Nicht nur die alpine Gletscherentwicklung und damit Eisbedeckung wird unmittelbar von der Sonne gesteuert, sondern auch die arktische Eisbedeckung, wie die folgende Abbildung zeigt.

 

Natürliche Schwankungen auf die Meeresströmungen im Nordatlantik und somit auf den Golfstrom, zeigt Abbildung 138, Quelle: Dr. Axel Mörner, “Keine Gefahr eines globalen Meeresspiegelanstiegs“. Die Abbildung wurde vom Autor um den de Vries/Suess-Sonnenzyklus ergänzt. Zu sehen ist die arktische Eisentwicklung in Verbindung mit den vorherrschenden Meeresströmungen in Relation zum Hauptsonnenzyklus (de Vries-Suess-Zyklus). Sowohl die arktische Eisbedeckung, als auch das Muster der Meeresströmungen folgt dem im Mittel 208-jährigen de Vries-Suess-Zyklus. Bei Sonnenminima erlebten Nordwesteuropa, der Nordatlantik und die Arktis Kaltphasen. Die Abbildung zeigt weiter, dass für die nächsten 30 – 40 Jahre eine arktische Eisausdehnung und keine Eisschmelze zu erwarten ist.

Der Hauptfaktor für das Wetter in Europa und für die dortigen Klimaschwankungen ist die Nord-Atlantik-Oszillation (NAO). Sie ist ein regionaler Teil der ringförmigen Arktik Oszillation (AO, siehe folgende Abbildung) und beschreibt den Druckunterschied zwischen dem Islandtief und dem Azorenhoch. Wie der Name sagt, ist dieser Druckunterschied nicht konstant, sondern Schwankungen unterworfen, die einen oszillatorischen Charakter haben.

 

Abbildungen 139 zeigt die positive (links) und negative (rechts) Phase der Arktischen Oszillation: Milde Winter in Europa, feucht im Norden und trocken im Süden, sowie Kälte in Ostkanada sind Ausdruck der von starker zirkumpolarer Luftmassenzirkulation geprägten positiven AO-Phase. Hingegen bringt die negative Phase Kaltluft nach Europa und weit nach Nordamerika, sowie Feuchtigkeit in den Mittelmeerraum. Die AO gibt die gemittelte Druckanomalie auf dem 1.000hPa-Niveau nördlich des 20. Breitengrads an.

 

Abbildung 140 zeigt den Verlauf der AO im Zeitraum 1951 – 2003, Quelle: ACIA.

Die NAO bestimmt den Verlauf der Zugbahnen atlantischer Sturmsysteme und der daraus resultierenden Beeinflussung von Niederschlags- und Temperaturmuster im Nordatlantik. Sie wird auch in Zusammenhang gebracht mit der arktischen Meereisausbreitung, dem Eisvolumen in der “Davis Strait“ und den Eisbergflussraten vor der Küste Labradors. Sie ist maßgeblich für unser Wettergeschehen und wird an dieser Stelle näher betrachtet.

Allgemein gilt, dass der NAO-Index die Differenz der Druckanomalie auf den Azoren minus der auf Island ist, d.h. ist der NAOI stark positiv, hat man ein ausgeprägtes Azorenhoch bzw. Islandtief, was mit einem starken westwärts gerichteten Grundstrom und dafür typischen wandernden Zyklonenfamilien im nord-west-atlantischen und west-europäischen Raum verbunden ist. Im Gegensatz dazu, wenn der NAOI niedrig oder negativ ist, dann ist der Grundstrom schwach, was oft mit meridionalen, blockierten Wetterlagen einher geht. Hieraus wird deutlich, dass der NAO eine besondere Bedeutung für das europäische Wettergeschehen, vor allem im Winter zukommt, da dann aufgrund des verstärkten meridionalen Temperaturgradienten zwischen Äquator und Pol die allgemeine atmosphärische Zirkulation in den gemäßigten Breiten verstärkt ist. Folgend sind die Auswirkungen einer positiven und negativen NAO auf die Atmosphäre und die Ozeane kurz zusammen gefasst. Positiver Index bedeutet meist nasses und warmes Wetter, negativer Index trocken und kaltes Wetter.

 

Auswirkungen der positiven NAO

Atmosphäre

·       In Grönland bestimmt die Polarluft das Wetter, somit ist es besonders kalt und trocken.

  

·         Der Jetstream (PFJ), ein Windsystem (Abbildung 141, zeigt nur die nördlichen Jetstream, es gibt gleichermaßen auch die südlichen Jetstream – sie werden durch große horizontale Temperaturunterschiede und die Corioliskraft verursacht), das in der oberen Tropos- und unteren Stratosphäre bei etwa 30° bis 70° nördlicher Breite um den Globus bläst und dabei Windgeschwindigkeiten von über 400 km/h erreicht, wird von dem Islandtief so beeinflusst, dass die über dem Atlantik gebildeten Tiefdruckgebiete mit ihren starken Stürmen direkt Nordeuropa erreichen. Starke Niederschläge und milde Temperaturen in unseren Breiten sind die Folge.

·         Währenddessen erreichen kalte Ausläufer des Russland-Hochs häufig den Mittelmeerraum. Dem entsprechend wird es dort kälter und trockener als gewöhnlich.

·         Über Nordafrika verstärken sich die Passatwinde.

Ozeane

·         Der Eisexport aus der Arktis scheint durch das kalte Wetter in Grönland größer als normal zu werden.

·         Die Oberflächentemperatur zeigt eine dreiteilige Struktur: Durch die kalten Winterstürme wird die Labradorsee besonders kalt. Die Region des Golfstroms dagegen erwärmt sich, wenn der Golfstrom und sein Ausläufer, der Nordatlantische Strom mehr warmes Wasser nordwärts transportiert.

Auswirkungen der negativen NAO

Atmosphäre

·         In Grönland wird es relativ warm, denn das schwache Tief kommt nicht gegen die warmen Luftströmungen vom amerikanischen Festland an.

·         Durch einen schwächeren Luftdruckgegensatz sind die Westwinde über dem Atlantik schwächer. Sie erreichen kaum Nordeuropa, sondern eher den Mittelmeerraum.

·         Dort sorgt die Luftströmung vom Atlantik für verstärkte Niederschläge.

·         Das Hoch über Russland kann nun seine volle Kraft entfalten und schickt Nordeuropa sibirische Temperaturen und trockenes Wetter.

Ozeane

·         Die Eismassen in der Arktis scheinen sich zurückzuziehen, genauso wie die Gletscher auf Grönland. Dies geschieht aber deutlich langsamer als die NAO schwankt.

·         Die dreiteilige Struktur im Nordatlantik hat sich umgedreht: Die wärmere Festlandsluft in der Labradorsee sorgt dafür, dass diese Gegend wärmer wird. Vor der Ostküste der USA bleibt es eher kühl, weil der jetzt schwächere Golfstrom weniger warmes Wasser nach Norden transportiert.

·         Die Passatwinde entlang des Äquators sind schwächer, so dass die Abkühlung dort geringer wird.

Wie aus Abbildung 142 ersichtlich, ist kein Zusammenhang des NAOI mit einer Erhöhung der CO2-Konzentration zu erkennen. Dagegen gibt es eine signifikante Korrelation zwischen NAO-Index (positiver, negativer NAO) und Sonnenaktivität. Quelle: ”Length of the solar cycle influence on the relationship NAO-Northern Hemisphere Temperature”, L. Torre, L. Gimeno, M. Tesouro, J. A. Añel, R. Nieto, P. Ribera, R. García, E. Hernández, Geophysical Research Abstracts, Vol. 5, 30-1-2003, European Geophysical Society.

 

Abbildung 142: Wintermittel der NAOI nach Hurrell (durchgezogen) 1865 – 1999 und nach Jones (gepunktet) 1865 – 1998 (Ordinatenwerte: Differenz des normalisierten, auf Meeresniveau reduzierten Luftdrucks in [hPa]). Quelle: W. Hurell and H. van Loon. “Decadal variations in climate associated with the North Atlantic oscillation.” Climate Change, 36:301-326, 1997.

Die folgenden Abbildungen zeigen den NOA-Winterindex nach Hurrel. Sowohl in der linken und noch mehr in der rechten Abbildung ist deutlich der Schwabe-Zyklus der Sonne abgebildet. Die Schwankungen der NAO sind in Übereinstimmung mit den Sonnenzyklen.

 

Abbildung 143 links zeigt den NAO-Winterindex von 1865 – 2000 (Quelle: Deutscher Wetterdienst). Deutlich ist in der Wellenform ein 10-Jahres-Zyklus abgebildet, der zeitlich mit dem Schwabe-Zyklus korreliert. Hohe Indexwerte sind mit einer intensiven nordatlantischen Westdrift und damit milderen Temperaturen verbunden. Rechts ist der NAO-Winterindex von 1982 – 1998 abgebildet (ergänzt nach Quelle: American Meteorological Society Journal Online, Volume 13, Issue 5, März 2000). Die kleine Abbildung ist hineinkopiert und zeigt den Schwabe-Zyklus der Sonne im selben Zeitraum. Er stimmt exakt mit dem NAO-Winterindex überein.

Die dargelegten Zeitreihen belegen nachhaltig, dass die NAO und somit unser Wetter nicht von einem CO2-Gehalt in der Atmosphäre beeinflusst werden, da kein Zusammenhang feststellbar ist, sondern von der Sonne.

 

Abbildung 144 zeigt oben die NAO im Zeitraum von 1973 bis 2002. Darunter das elektrische Feld (E) des Sonnenwinds. Als dritten Graph den planetary magnetospheric Kp-Index und den dynamischen Druck (P) des Sonnenwindes, Quelle: Lund-University, Schweden (http://sunspot.lund.irf.se/nao1.html). Der Kp-Index ist eine Maßgröße für die geomagnetische Sonnenaktivität, die aus den Daten von 13 weltweiten Observatorien bestimmt wird. Der Kp-Index geht zurück auf Prof. Julius Bartels, der ihn 1949 entwickelte.

Es ist ein deutlicher Zusammenhang zwischen dem NAO-Verlauf und den verschiedenen Sonnenaktivitätsparametern festzustellen. Dies zeigen auch die beiden folgenden Abbildungen. Die erste Abbildung stammt aus der Arbeit “Solar Wind Variations Related to Fluctuations of the North Atlantic Oscillation“ von Fredrik Boberg (Lund Observatorium, Schweden), Henrik Lundstedt (Swedish Institute of Space Physics) und die andere von der University of Colorado.

 

Die linke Abbildung 145 zeigt oben die Gruppe der Sonnenflecken (RG) für 33 Sonnenzyklen, vom Zyklus -12 bis Zyklus 20 und darunter die Stärke der positiven NAO, Quelle: (http://sunspot.lund.irf.se/NAO_article1.pdf). Die rechte Abbildung zeigt die Temperatur in den USA von 1885 – 2000 und dazu die positiven und negativen Phasen der PDO und NAO im Vergleich zur Sonnenzykluslänge (rote und blaue Balken), Quelle: (http://wxpaos09.colorado.edu/atoc1060/overheads/fig4.gif).

So ist mit dem Einfluss der Sonnenaktivität auf die NAO, die Sonne für die Änderungen in den Luftströmungen verantwortlich und damit für unser Wetter/Klima ursächlich. CO2 spielt erkennbar keine Rolle. Auch keine kleine – gar keine!

In der Abbildung 145 rechts ist der Zusammenhang zwischen Zykluslänge des Schwabe-Zyklus und der PDO und AMO dargestellt. Aus der Zykluslänge lässt sich die Sonnenaktivitätsstärke ableiten und sie ist somit ein direktes Maß für die solare Aktivität. Abbildung 146 verdeutlicht dies.

 

Abbildung 146: Das Bild zeigt die Länge der Sonnenzyklen und die Sonnenfleckenanzahl (SSN: Solar Sonspot Number). Der 23. Schwabe-Zyklus ist mit 14 Jahren Länge, einer der längsten seit Aufzeichnungsbeginn. Je kürzer der Zyklus, umso höher die Fleckenzahl, was nach der Dynamotheorie physikalisch zwangsläufig ist, da Ladungen schneller bewegt werden!

Wie bereits gezeigt, bestimmt die Sonne nicht nur das Wetter/Klima alleinig auf der Nordhalbkugel, sondern natürlich auch auf der Südhalbkugel und den Tropen, was am Beispiel ihres Einflusses (CO2 spielt auch hier keine Rolle, wie die Abbildungen zeigen) auf die QBO gezeigt wird.

Mit der QBO wird die periodische Umkehrung der äquatorialen Winde in der unteren Stratosphäre (quasi-zweijährige Schwingung des tropischen Windes) beschrieben. Sie dominiert die untere tropische Stratosphäre das ganze Jahr und beeinflusst auch die Winterhemisphäre der hohen Breiten deutlich. Perioden mit Ost- respektive Westwind in einer Höhe von 15 – 30 km wechseln sich etwa alle 26 Monate ab. Dabei geht die Windänderung von den oberen Schichten aus und pflanzt sich nach unten fort. Die QBO verläuft zonal über dem Äquator und erstreckt sich auf Breiten von weniger als 15°. Der unten aufgezeichnete QBO-Index entspricht dem monatlich gemittelten zonalen Wind über dem Äquator auf einer Höhe von 30hPa (standardisiert). Der Prozess der QBO ist heute noch relativ unerforscht. Als Ausbreitungs-mechanismus werden Wellen angenommen. Dagegen sind die Auswirkungen der QBO, beispielsweise auf die Verteilung des stratosphärischen Ozons relativ gut bekannt.

Während Westphasen der QBO, in denen die Temperatur der arktischen Stratosphäre mit der solaren Strahlung positiv korreliert, treten Stratosphärenerwärmungen nur zu Zeiten solarer Maxima auf. Hingegen treten während der Ostphase – die obige Korrelation ist jetzt negativ – markante Stratosphärenerwärmungen beinahe nur zu Zeiten solarer Minima auf. Quelle: Gruppe für Klimatologie und Meteorologie der Universität Bern. Die folgende Tabelle gibt den Zusammenhang wieder (Quelle: Prof. Karin Labitzke).

 

Abbildung 147: Die Tabelle zeigt den Einfluss der QBO und des Schwabe-Zyklus auf die Winterzirkulation der Stratosphäre. Darunter die QBO im Zeitraum von 1987 – 2005. (Quelle: Hamburger Bildungsserver) Deutlich ist ihre zweijährige Schwingung zu sehen. Jeweils vor einem solaren Maximum (1991 und 2001) ist ihre Phase länger ausgeprägt (Pfeile). Auch bei der QBO ist kein Einfluss vom atmosphärischen CO2-Pegel zu erkennen.

Der Einfluss, der durch die Sonnenaktivität modulierten Stratosphäre reicht über vertikale Zirkulation bis in die Troposphäre und bestimmt dort unser Wetter. So konnten Labitzke und Loon zeigen, dass sich die Hadley-Zirkulation in Abhängigkeit der QBO während des Sonnenfleckenmaximums verstärkt. Aktuelle Untersuchungen zeigen ebenso einen Einfluss auf die Walker-Zirkulation und damit auf die ENSO (El Niño Southern Oscillation). Wie bereits gezeigt, werden ebenso die AO und die NAO durch die Sonnenaktivität moduliert. Darüber hinaus wird bei schwächer strahlender Sonne die Stratosphäre durch UV-Anteile, die weit stärker variieren, als der sichtbare Anteil, nicht so stark erwärmt und wendiger Ozon von den Tropen polwärts transportiert (Brewer-Dobsen-Zirkulation). Der daraus resultierende geringere Temperaturunterschied zwischen Pol und Tropen erzeugt einen schwächeren Polarwirbel mit dem dazugehörigen Stratosphärenjet, wodurch sich der Polarjet abschwächt und dieser mehr mäandriert, wodurch es zu einer größeren Neigung von Kaltvorstößen kommt.

Nicht nur in unseren Zeiten, auch in der Vergangenheit hat die Sonne und nur sie allein, das Wetter- und Klimageschehen bestimmt, wie am Beispiel des 8,2k-Ereignisses gezeigt wird. Üblicherweise dient das 8,2k-Ereignis als Beleg dafür, wie sehr die Meeresströmungen, wie z.B. der Golfstrom, labil sind und durch Änderungen in der Wasserzusammensetzung, z.B. durch Süßwasser, verursacht durch Gletscherschmelze, beeinflusst werden und somit eine Gletscherschmelze eine Gefahr für Europa darstellt, da hierdurch der Golfstrom zum erliegen käme. Dies alles sind nichts weiter als Horrorgeschichten, jenseits der Realität. Im Hollywood-Streifen „The Day After Tomorrow“ wurde dieses Schreckgespenst gewinnbringend vermarktet. Diverse Institute, wie das PIK, nehmen gerne solche Streifen, um die Richtigkeit ihrer Modelle zu unterstreichen. Dass es mit beiden nicht viel auf sich hat, zeigt die Beleuchtung des 8,2-k-Ereignisses und den tatsächlichen Hintergründen, die es auslösten und Europa für ca. 200 Jahre eine Kälteperiode brachten. Eine Änderung des Golfstroms ist nicht ursächlich!!

 

8,2k-Ereignis

 

Abblildung 148 (Quelle: Klett) zeigt das thermophaline Förderband mir seinen kalten Tiefen- und warmen Oberflächenströmungen. Unterschiede in der Wassertemperatur und im Salzgehalt sollen die Ursache für das thermophaline Förderband sein. Kaltes Wasser, sowie salzhaltiges Wasser ist schwerer und sinkt nach unten, was die Strömung anwerfen soll. Bei Erwärmung sind die Unterschiede geringer und das Förderband entsprechend schwächer.

Anmerkung: Bereits in 2010 stellten die Untersuchungen von Susan Lozier, Professor für physische Ozeanographie an der Duke Universität dieses Modell in Frage (scinexx, “Ozeane: Hat das „Förderband“ ausgedient?“). Susan Loizer: “Das alte Modell ist für die Umwälzung des Ozeans nicht länger gültig – nicht weil es eine grobe Vereinfachung ist, sondern weil es entscheidende Elemente wie Wirbel und Windfelder völlig ignoriert. Das Konzept eines Förderbands für die Umwälzung ist vor Jahrzehnten entwickelt worden, bevor Meeresforscher die Wirbelfelder des Ozeans gemessen haben und bevor die verstanden hatten, wie die Energie des Windes die Umwälzung beeinflusst.“ Zurück zum 8,2k-Ereignis.

 

Abbildung 149, Quelle: (http://www.eos.ubc.ca/research/glaciology/research/LakeAgassiz.html) zeigt den Agassizsee im norden Kanadas, der sich aus dem abtauenden Eisschild der letzten Eiszeit bildete. Der Winnipegsee, Manitobasee und der Lake of the Woods sind die heutigen Übereste des Agassizsees.

Nach der Theorie verdünnten die gewaltigen Süsswassermengen der Agassizsee, welches nach einem Dammbruch in die Hudson Buy floss, das ozeanische Salzwasser und brachten damit das Förderband zum Erliegen, was sich in einem deutlichen Temperaturrückgang bemerkbar machte. Dieser Temperaturrückgang ist in den Daten der Eisbohrkerne deutlich zu sehen (folgende Abbildung).

 

Abbildung 150, Quelle: (http://mclean.ch/climate/Ice_cores.htm) zeigt den Temperaturgang in Grönland anhand von GISP-Eisbohrkerndaten. Vor 8.400 Jahren ist ein deutlicher Temperaturrückgang zu verzeichnen, der um 8.200 seinen Tiefpunkt erreichte und etwa 200 Jahre anhält. Der Temperaturrückgang wird allgemein dem plötzlichen Auslaufen der Agassizsee in die Hudson Buy zugeschrieben.

Das Problem dabei ist, dass der Agassizsee bereits mehrmals davor und in viel heftigeren Flutwellen auslief, die alle keinen Fingerabdruck in der Temperaturreihe hinterließen. Das Manitoba Geological Survey hat eine Auflistung für mehrere Überläufe der Agissisee im Zeitraum von 11.700 BP und 7.600 BP aufgestellt (Auszug):

  

Abbildung 151 links zeigt die Situation der Agassizsee vor 10.400 Jahren und rechts, nach dem Überlauf, 500 Jahre Später, vor 9.900 Jahren. Weis: Wisconsin Eisschild, blau: Agassizsee, Quelle: Manitoba Geological Survey. Nach dem Abfluss zeigt sich der See vor 9.900 Jahren deutlich kleiner. Zu einem Dammbruch kam es jeweils, wenn die eisigen „Staudämme“ dem Wasserdruck nicht mehr Stand halten konnten.

 

Abbildung 152 links zeigt die Situation der Agassizsee vor 8.200 Jahren. Rechts, nach dem Überlauf, 200 Jahre später, vor 8.000 Jahren. Weis: Wisconsin Eisschild, blau: Agassizsee, Quelle: Manitoba Geological Survey.

Die Abbildung zeigt, dass der Abfluss vergleichweise gering war, obwohl dieses Ereignis für den deutlichen Temperaturrückgang vor 8.200 Jahren verantwortlich sein soll und die Ereignisse davor, die teils viel heftiger waren, keinerlei Spuren in der Temperaturkurve hinterließen. Dies zeigt auch die folgende Arbeit.

 

Abbildung 153, Quelle: (http://www.geostrategis.com/p_agassiz.htm) zeigt die Pegelveränderung der Agassizsee im Zeitraum von 11.700 – 7.600 BP nach Thorleifson 1996 und Teller 2001. Dazu den Abfluss der Wassermassen. Gut erkennbar, dass die vorherigen Ereignisse, insbesondere vor ca. 11.000 Jahren, deutlich stärker waren, als das 8.2k-Ereignis.

In der folgenden GISP-Temperaturreihe, die 20.000 Jahre zurückreicht, hinterlässt keines dieser schwerwiegenderen Ereignisse irgendeine Spur in der Temperaturen.

 

Abbildung 154, Quelle: (http://mclean.ch/climate/Ice_cores.htm), zeigt den Temperaturgang in Grönland (GISP) im Zeitraum vor 20.000 – 5.000 Jahre. Während sich das 8,2k-Ereignis deutlich abzeichnet, hat kein Überlaufen der Agassizsee davor, die deutlich heftiger ausfielen, irgendeinen erkennbaren Einfluss auf die Temperatur.

Die bisherigen Betrachtungen legen den Schluss nahe, dass mit der These des 8,2k-Ereignisses und dem postulierten Zusammenhang (sein Einwirken) mit dem Golfstrom falsch sind. Dies umso mehr, als dass die vorherigen, größeren Wassermassen, nicht fernab des Golfstroms, in die Hudson Buy einflossen, sondern direkt in den Atlantik oder gar in den Golf von Mexiko und damit dem Golfstrom sozusagen direkt in die Flanke fielen.

  

Abbildung 155, Quelle: (http://www.webpages.ttu.edu/dleverin/quaternary_envs/quaternary_environments.html) nach Leverington und Teller, 2003, zeigt das maximale Überflutungsgebiet des Agassizsees. Die roten Pfeile kennzeichnen jeweils sein abfließen. HB=Hudson Buy, KIN= Angliers and Kinojévis, S=Southern (Golf von Mexiko), K=Kaministikwia Rute, E=Eastern und NW=Northwestern-Abfluss.

Das 8,2k-Ereignis, welches dem Agassizsee zugeschrieben wird und den Golfstrom geändert haben soll und demnach in Mitteleuropa wirksam war, lässt sich auch in andere Gebieten der Erde, die nichts mit dem Golfstrom zu tun haben, nachweisen (folgende Abbildung).

 

Abbildung 156, Quelle: (http://climateaudit.org/2007/09/30/dongge-cave/) zeigt die Temperaturentwicklung nach Yang et al. im Oman während des Holozäns. Deutlich ist vor 8.200 Jahren (rote Linie) ein Temperatursturz zu sehen. Vor ca. 9.100 Jahren lag ein noch heftiger Temperatursturz vor (blaue Linie). Zu diesem Zeitpunkt gab es keinen Überlauf der Agassizsee.

Anhand der bisherigen Analysen muss der Schluss gezogen werden, dass die These zur Erklärung des 8,2k-Ereignisses falsch ist. Aber was hat dann dieses Ereignis und darüber hinaus, den Temperatursturz vor 9.100 Jahren ausgelöst? Die Antwort findet sich in der Sonnenaktivitätskurve von Prof. Solanki, MPS.

 

Abbildung 157 zeigt die Sonnenaktivitätskurve nach Untersuchungen von Prof. Solanki, MPS. Sowohl vor 8.200 Jahren, als auch vor 9.200 Jahren war ein starker und lang anhaltender Rückgang in der solaren Aktivität (gestrichelte Linien), der sowohl das 8,2k-Ereignis, wie auch den Temperaturrückgang vor 9.100 Jahren erklärt. Ebenso die Temperaturrückgänge vor 7.000 Jahren, 6.400 Jahren, 5.500 Jahren, u.s.w. Sie stimmt somit mit nicht nur einem, dem 8,2k-Ereignis überein, sondern mit allen Temperaturentwicklungen im Holozän. Bezeichnend übrigens, dass die solare Aktivität vor dem Überlauf der Agassizsee, der vor 8.450 Jahren stattfand, ausgesprochen hoch war, wodurch viel Schmelzwasser den Agassizsee füllen konnte.

Es war keine Verdünnung des Golfstroms mit Süßwasser, der seinen Verlauf deswegen geändert haben soll. Es war die dynamische Sonne, die den plötzlichen Temperaturrückgang vor 8.200 Jahren hervor rief. Genauso wie die Dansgaard-Öschgar-Ereignisse, die ebenfalls starke, kurzfristige Temperaturschwankungen darstellen, auf die variable Sonne zurückzuführen sind, ist das 8,2k-Ereignis nicht auf den Agassizsee, sondern auf die Sonne zurück zuführen. Wie aber setzt die Sonne ihren Einfluss im irdischen Wetter-und Klimageschehen um? Eine Antwort findet sich im Polarfrontjet (PJF), der für das Wetter in den mittleren und hohen Breiten maßgeblich ist.

Der PFJ entsteht an der Luftmassengrenze zwischen warmer Luft und kalter Polarluft und beruht auf dem Temperatur/Druckgradienten zwischen Nord/Süd. Die größte Windgeschwindigkeit und damit der höchste horizontale Druckgradient entsteht dabei über der Polarfront. Stabile und deutliche horizontale Temperaturunterschiede (Zonalstrom) garantieren demnach einen stabilen und starken PFJ. In einer Erwärmungsphase schwächen sich bekanntlich die Temperatur- und damit Druckunterschiede (schwächerer Zonalstrom) zwischen den Tropen und den Polarzonen ab, was dazu führen sollte, dass die horizontalen Ausgleichsströmungen schwächer werden und damit auch der PFJ. Er mäandriert dann stark und seine Tröge reichen weit nach Süden. Dies hat zur Folge, dass polare Luftmassen in niedere Gebiete vordringen können und dort die Temperaturen herunterdrücken. Während einer Erwärmungsphase ist dies nicht weiter "von Belang", da die vermehrte Sonnenaktivität das Temperaturniveau schnell wieder anhebt und Warmluft die eingeströmte Kaltluft ersetzten kann.

Der PFJ sollte demnach in einer Erwärmungsphase schwächer werden. Lässt die Sonnenaktivität wieder deutlich nach, wie z.B. nach jedem Hauptsonnenzyklus, oder vor dem 8,2k-Ereignis, so ist zunächst einmal der PFJ schwach, da der Temperaturgradient nach wie vor (Wassermassen) gering ist. Einfallende Kaltluftmassen durch den stark mäandrierenden PFJ können nun nicht mehr schnell genug erwärmt werden, was zu einer deutlichen und schnellen Abkühlung führen sollte. Dies würde z.B. erklären, warum nach jedem Hauptsonnenzyklus binnen weniger Jahre die Temperaturen stark fallen und die Temperaturschwankungen vergleichsweise hoch sind. Der Rückgang der Temperaturen hat demnach nichts mit einer Veränderung des Golfstroms, wohl aber mit einer Veränderung des PFJ und der Luftströmungen zu tun, da die Sonnenaktivität seinerzeit vergleichweise hoch war und der PFJ entsprechend schwach war. Dies passt dann auch zu den regionalen Temperaturen bei uns, wie in der folgenden Abbildung zu sehen. Die geänderten Luftströmungen, durch den PFJ führten zu einer schnellen und deutlichen Abkühlung, wie sie durch träge Wassermassen oder Fließsysteme wie den Golfstrom nur schwerlich herbeigeführt werden können.

  

Abbildung 158 zeigt den Temperaturgang in Bayern während des Holozäns, anhand von Sedimentuntersuchungen am Ammersee. Vor 8.200 Jahren war Süddeutschland von einem Kälteeinbruch betroffen. Dieser Kälteeinbruch geht nach Ansicht des Autors nicht auf Änderungen am Golfstrom, sondern auf die variable Sonne und mit ihr auf Änderungen in den Luftströmungen zurück.

 

Raimund Leistenschneider – EIKE

 

Teil 7 in Kürze

Übersicht über alle Teile:

Teil 1 – Die Sonne bestimmt den Temperaturgang

Teil 2 – Die Sonne, der faszinierende Stern

Teil 3 – Sonnenflecken und ihre Ursachen

Teil 4a – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht, 
            interplanetares Magnetfeld

Teil 4b – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht, 
            interplanetares Magnetfeld

Teil 5 – Die variable Sonne

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen



Teil 5: Dynamisches Sonnensystem – die tatsächlichen Hintergründe des Klimawandels

geschrieben von Leistenschneider | 18. November 2011

Teil 1 – Die Sonne bestimmt den Temperaturgang

Teil 2 – Die Sonne, der faszinierende Stern

Teil 3 – Sonnenflecken und ihre Ursachen

Teil 4 – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht,
            interplanetares Magnetfeld

Teil 5 – Die variable Sonne

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen

Teil 5 – Die variable Sonne

Wie bereits dargelegt, ist die magnetische Aktivität der Sonne proportional zur solaren Aktivität und damit zu der Leistungsabgabe, die die Sonne in das Weltall abgibt. So kann es nicht verwundern, dass die globalen Temperaturen auf der Erde, mit der magnetischen Sonnenaktivität einhergehen. Der übergeordnete magn. Sonnenzyklus, der sich direkten Beobachtungen, wie z.B. der Sonnenflecken entzieht, ist der bereits genannte de Vries/Suess-Zyklus, der sich anhand radioaktiver Isotope aus 14C rekonstruieren lässt.

 

Abbildung 113 (Quelle: Max-Planck-Institut für Aeronomie Katlenburg-Lindau) zeigt die aus Baumringen gewonnenen 14C-Daten. Je geringer die Sonnenaktivität, desto höher ist die kosmische Strahlung, die den Isotopengehalt bestimmt (Svensmark). Die kleine Abbildung zeigt die Sonnenfleckenzahlen der letzten 400 Jahre. Während diese keine direkten Übereinstimmungen mit den Min. und Max. des 14C zeigt, lässt sich darin eine eigene Periodizität von ca. 200 Jahren erkennen (blaue Linien). Diese Periodizität wird dem im Mittel 208-jährigen de Vries/Suess-Zyklus der Sonne zugeordnet, der zu Beginn des 21.Jahrhunderts, als die Erdtemperaturen ihr Maximum erreichten, sein Aktivitätsmaximum (in 2002/2003) hatte. Die Sonne also ungewöhnlich aktiv war.

 

Abbildung 114 (Quelle: http://bobtisdale.blogspot.com/…) zeigt die PMOD-TSI-Kurve von 1900 – 2007 (blau, vor 1980 rekonstruiert) und in rot die Satelliten-ACRIM-TSI-Kurve. Deutlich ist erkennbar, dass die solare Aktivität zum ausgehenden 20. Jahrhundert deutlich ansteigt und ihr Maximum erreicht. Dies wird noch mehr in der Abbildung rechts deutlich, wird jeweils der polynomische Trend angelegt. Anzumerken ist noch, dass der 23. Zyklus aufgrund der anderen Messcharakteristik von ACRIM III gegenüber ACRIM I im Vergleich zu seinen beiden Vorgängerzyklen gedämpft ist, also, würde auf ACRIM I normiert, nochmals höher ausfiele.

Die von Satelliten direkt gemessene solare Stärke im Schwabe-Zyklus zeigt, dass zu Beginn des 21. Jahrhunderts das solare Aktivitätsmaximum liegt. Da die magnetische Feldstärke nach folgender Formel in direkter Abhängigkeit zum Strom steht und damit das Interplanetarische Magnetfeld von der Stärke der HCS abhängt, liegt es nahe, die HCS als weiteren Beleg für das solare Maximum zu Beginn des 21. Jahrhunderts heran zu ziehen.

                                   

Die magnetische Feldstärke in Tesla (rechts für Vakuum, µr = 1) ist direkt proportional zu dem inneliegenden Strom (µ0 ist die magnetische Feldkonstante, eine Naturkonstante).

Die folgende Abbildung, die sehr den Sonnenaktivitätszyklen im Schwabe-Zyklus gleicht, zeigt das HCS im Zeitraum von 1976 – 2009. Berechnet wird die Kurve aus den Datenreihen:

des Sonnenpolarfeldes
des zonalen magnetischen Flusses über drei Sonnenzyklen und
der solaren Dipolkomponenten, Quelle: (http://wso.stanford.edu/)

Der daraus ermittelte zeitabhängige Wert trägt den Namen “HCS Tilt Angle“ (folgende Abbildung).

 

Abbildung 115 (Quelle: ”Analysis of the heliospheric current sheet at Earth’s orbit and model comparisons”, Lepping, R. P.; Szabo, A.; Peredo, M.; Hoeksema, T., NASA Goddard Space Flight Center, International Solar Wind 8 Conference, p. 95, http://wso.stanford.edu/gifs/Tilts.gif) zeigt die Lage der Heliosphärischen Stromschicht der Sonne (Heliospheric Current Sheet) während der Sonnenzyklen 21 – 23 anhand zweier Analysemethoden, wobei angegeben wird, dass die Radialdaten möglicherweise genauer sind. Dies ist möglicherweise eine falsche Einschätzung der Fachleute in Stanford, wie die folgenden Abschnitte zeigen.

Zeitgleich mit dem Maximum im de Vries/Suess-Zyklus ist im 23. Sonnenzyklus die Heliosphärische Stromschicht am stärksten – Flächenintegral ergibt den größten Wert, was mit einer andauernden starken Sonnenaktivität zusammenhängt, die einen entsprechend starken Stromfluss auslöst. Somit ist die o.g. Abbildung der Stanfort University ein unmittelbares Maß für die solare Aktivität, was sich auch bei der kosmischen Strahlung (CR) wieder findet.

 

Abbildung 116 ganz oben (Quelle: Watts up with that, 29. September 2009) zeigt den Verlauf der kosmischen Strahlung 1999 – September 2009 und als besonderes Merkmal, die Meldung der NASA, dass die kosmische Strahlung in 2009 um 19% zurückging. Die schwarz gepunktete Linie zeigt die aus den Neutronenmonitordaten von 1951 – 2005 vorhergesagte Kurve, die ganz offensichtlich falsch ist. Die Abbildung darunter ist die gespiegelte HCS im 23. Sonnenzyklus aus Abbildung 108. Beide Charts sind zeitlich zueinander ausgerichtet. Die zeitliche Breite des HCS passt sehr gut zur zeitlichen Breite der CR (Blockpfeile). Zu Beginn 2008 fällt die CR leicht ab (kleiner roter Pfeil), was sich ebenfalls bei der HCS wiederfindet und insbesondere ist der 19%-Anstieg der CR exakt im Classic PFSS Model der HCS wieder zu finden (grüne Rechtecke).

Ein weiterer Beleg für die starke Sonnenaktivität und die Richtigkeit des klassischen Models der HCS und damit der Sonnenaktivität, sind die Koronalen Massenauswürfe oder Coronal Mass Ejections (CME). Der stärkste bekannte CME ereignete sich am 01.09.1859 und wurde durch den britischen Astronom Richard Carrington beobachtet. CME´s können auf der Erde großen Schaden anrichten. Bis zu 10 Milliarden Tonnen Plasma werden ins All geschleudert und treffen mitunter die Erde. Ist die Polarisation einer solchen Plasmawolke umgekehrt zur Erdpolarisation, kommt es zur Rekonnektion (Verbindung) der Magnetfelder. Elektrische Teilchen dringen dann bis tief in die Erdatmosphäre vor und induzieren Ströme, z.B. in Leitungsnetzen.

 

Abbildung 117: CME´s (bis zu 100 Milliarden Tonnen schwere Plasmawolken) entstehen durch Rekonnektion von magnetischen Feldlinien (links). Oft geht ihnen ein Sonnenflair voraus, wie beim stärksten je beobachteten CME im Jahre 1859. Dabei werden große Mengen Plasma ins All geschleudert (Mitte). CME´s werden stets durch magnetische Wolken, die sich im interplanetarem Raum ausbreiten, begleitet (Abbildung rechts). Quelle: NASA. Die magnetische Struktur einer solchen Wolke ist kreisförmig, wie Untersuchungen des Instituts für Weltraumforschung (IWF) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften in Graz ergaben.

Magnetische Rekonnektion

Eine magnetische Rekonnektion tritt ein, wenn verdrillte, antiparallele Magnetfeldlinien sich berühren, und sich Magnetfeldlinien mit gegensinniger Polung verbinden. Dabei entsteht in einer dünnen Grenzschicht ein elektrischer Strom, der einen Teil der im Magnetfeld gespeicherten Energie in Wärme umsetzt. In dieser Grenzschicht kommt es zu einer gegenseitigen Löschung der entgegen gerichteten Magnetfeldlinien, wobei sich die Magnetfeldlinien in der Stromschicht verbinden und neu ordnen. Dass in diesen Magnetfeldlinien gefangene elektrisch leitende Plasma entfernt sich schnell vom Ort der Rekonnektion und wird in beide Richtungen aus der Grenzschicht beschleunigt.

 

Abbildung 118: In einer Grenzschicht kommt es zwischen zwei antiparallelen Magnetfeldern zu einer gegenseitigen Löschung der Magnetfeldlinien. Magnetfeldlinien bilden sich dabei neu und vereinen die vorher getrennten Magnetfelder, wobei in die Grenzschicht benachbarte Magnetfeldlinien und Plasma nachdringen. Die abgetrennten Magnetfeldbündel, mit dem eingeschlossenen Plasma, dass sich spiralförmig um die Magnetfeldlinien bewegt (links oben), entfernen sich dabei schnell vom Ort der Rekonnektion (links). Die sich neu verbindenden Feldlinien bewirken eine Kraftkomponente entlang der Grenzschicht, die das Plasma beschleunigt (rechts). Die roten Pfeile geben die Plasmageschwindigkeit sowohl des ausgestoßenen Plasma, als auch des nachfließenden Plasma wieder. Die im Magnetfeld gespeicherte Energie wird dabei in thermische Energie des Plasma und Beschleunigung der Teilchen umgesetzt.

 

Abbildung 119: Auf der Sonne wird das ionisierte Plasma entlang der Magnetfeldlinien gefangen, wobei die Plasmateilchen auf Spiralbahnen relativ frei um die magnetischen Feldlinien kreisen (Abbildung Mitte). Durch die Hitze der Sonnenoberfläche sind die Fußpunkte der Magnetfelder, z.B. Sonnenflecken, in ständiger Bewegung. Bewegen sich nun Felder aufeinander zu, so wird das darin gebundene Plasma abgebremst, bis sich deren Bewegung an den Fußpunkten umkehrt. Die Teilchen werden hin und her reflektiert, wodurch sich das Plasma weiter erhitzt und es zu einer Eruption kommt, wenn sich die Magnetfelder neu ordnen.

 

Abbildung 119b: Werden Magnetfeldbögen durch konvergierende Magnetfeldlinien und nachfließendes Plasma zusammengedrückt, kann es zu einer großräumigen Rekonnektion und Eruption (z.B. Flare) kommen, wodurch anschließend schraubenförmige Magnetfeldlinien über den neu gebildeten Magnetfeldlinien schweben. Durch magnetische Kräfte kann sich dieses Plasma lösen und einen koronalen Massenauswurf auslösen. Die rechte Abbildung (NASA) zeigt, wie Bögen gerade abgeschnürt werden und sich eine Spitze ausbildet.

 

Abbildung 120: Eine magnetische Wolke kann man sich als Verdichtung des interplanetaren magnetischen Feldes vorstellen, die sich darin bewegt. Wie in der Abbildung links (Quelle: IWF Graz) zu sehen, breitet sie sich ellipsenförmig aus, wobei ihr Querschnitt kreisförmig ist. In der Wolke rotierenden die magnetischen und elektrischen Felder um die Längsachse des Torus. Die Polarität in der Wolke ist einem ständigen Wechsel unterzogen. Trifft sie auf das Magnetfeld der Erde, sind die Auswirkungen auf die Magnetos- und Atmosphäre am größten, wenn die Polarität der Wolke zur Erde negativ ist.

Magnetische Wolken sind die Kerne von CME´s, die sich im Sonnenwind ausbreiten, wobei die Elektronenfront der Ionenpartikel vorauseilt. Die CME-Ausbreitungsgeschwindigkeit kann Werte von bis zu 2.000 km/s erreichen (die der Elektronen, nahe Lichtgeschwindigkeit), wogegen der Sonnenwind, der aus aktiven Regionen stammt, lediglich Werte von 250 – 400 km/s erreicht.

 

Abbildung 121 links zeigt die Elektronenfront, die einem CME-Ereignis vorauseilt und die Abbildung rechts, das Eintreffen des ionisierten Plasmas auf die Erde, ca. 10 Minuten später, Quelle: NASA. Beide geladenen Teilchenarten folgen dem Verlauf der solaren Magnetfeldlinien. Solche Zusammenhänge werden zur besseren Vorhersage von Sonnenstürmen genutzt, um sensible, bzw. gefährdete elektrische Einrichtungen auf der Erde dann schützen, bzw. abschalten zu können, bevor das Ereignis diese direkt trifft.

Trifft ein CME auf das Magnetfeld der Erde, werden gewaltige Energiemengen feigesetzt, die sich optisch in Polarlichtern zeigen. Ein einziger Polarsturm setzt dabei bis zu 200 GW Leistung um, was der Leistung von etwa 80 Kernreaktoren entspricht. Aufgrund der erhöhten Elektronendichte in der Ionosphäre kommt es zu Störungen in der Rundfunkübertragung. Die durch die Ionenfront in der Atmosphäre ausgelösten Ströme sind so stark, dass die durch sie in Leitungsnetzen induzierten Ströme, Netze, wie Trafo- oder Relaisstationen zerstören. 1859 wurden durch die Ionenfront gar Brände in Schweden und den USA ausgelöst. In einigen europäischen Städten soll der Himmel die ganze Nacht über so hell gewesen sein, dass man auf der Straße Zeitung lesen konnte. Auf welchen solaren Ereignissen CME´s beruhen und welche physikalischen Gesetze hinter ihnen stehen, wusste die Wissenschaft indes 1859 noch nicht.

 

Abbildung 122: Ein koronaler Massenauswurf trifft auf das Magnetfeld der Erde (links). Das Erdmagnetfeld wird auf der sonnenzugewandten Seite stark zusammengedrückt und auf der Nachtseite stark gedehnt und aufgerissen. Durch die Rekonnektion des Erdmagnetfeldes und der magnetischen Wolke dringen geladene Partikel bis in tiefe Schichten der Erdatmosphäre und verursachen auch in tieferen Breiten Polarlichter (rechts).

Das Auftreten koronaler Massenauswürfe ist eng mit der Sonnenaktivität verbunden und an diese gekoppelt. Während im Minimum zum Anstieg des letzten Sonnenzyklus im Jahr 1996 lediglich 202 Ereignisse beobachtet wurden, stieg deren Anzahl im Maximum in den Jahren 2000, 2001 und 2002 auf 1547, 1417 und 1625 Ereignisse an. Während in den Jahren 2003 (1106 Ereignisse) und 2004 (1060 Ereignisse) ihr Auftreten zurückging, zog die Anzahl der CME in 2005 unverhofft wieder auf 1185 Ereignisse an, obwohl der Schwabe-Zyklus bereits fast sein Minimum erreicht hatte. Dies veranlasste den NASA-Sonnenforscher David Hathaway zu seiner Aussage „Das solare Minimum explodiert. Das solare Minimum sieht seltsamerweise aus, wie ein solares Maximum.“ Seitdem ging die Zahl der CME deutlich zurück. Der Rückgang wurde erst mit Beginn des 24. Sonnenzyklus in 2009 gestoppt. Datenquelle: Solar Cycle Variation of Real CME Latitudes, Wenbin Song et al., The Astrophysical Journal, 667: L101–L104, 20. September 2007.

 

Abbildung 123a: Da CME erst 1971 durch Wissenschaftler der Space Science Division (SSD) entdeckt wurden und sich in der Gesamtheit nur aus dem Weltraum beobachten lassen, liegen kontinuierliche Daten erst für den 23. Sonnenzyklus vor. Abbildung 117 zeigt die Stärke der CME (Total CME mass) von 1996 – 2010 (Quelle: Astrophysical Journal vom 16. November 2010) im Zeitraum von 1996 – 2010. Die Daten stammen von LASCO (Large Angle Spectrometric Coronagraph).

 

Abbildung 123b: Wird die schwarze Linie der HCS (Abbildung links oben) mit dem tatsächlichen Auftreten der CME verglichen, ist festzustellen, dass beide weitgehend übereinstimmen, so dass bewiesen ist, dass die Fachleute von Stanford in ihrer Einschätzung falsch liegen. Weiter zeigen beide Abbildungen, dass diese die tatsächliche Sonnenaktivität wahrheitsgetreuer wiedergeben, als dies die Anzahl der Sonnenflecken vermag (Abbildung links unten), die nicht mit der tatsächlichen Sonnenaktivität übereinstimmt.

Ein weiterer Parameter, der die Sonnenaktivität genauer abbildet, als es die Anzahl der Sonnenflecken vermag ist die Röntgenaktivität der Sonne.

 

Abbildung 124: zeigt die solare Röntgenaktivität im Messbereich von 1 – 8Å (0,1 – 0,8 nm) im Zeitraum von Januar 1994 – Jan 2010, Quelle: (http://prop.hfradio.org/). Sie stimmt sowohl mit der HCS, als auch mit der CME überein. Außerdem zeichnen sich Beginn und Ende eines Sonnenzyklus viel schärfer ab. Wie die Abbildung weiter zeigt, begann die Aktivität im 24. Sonnenzyklus erst gegen Ende 2009 (September).

Dass, was wir als dynamische Energieabgabe der Sonne erleben, stammt aus magnetischen Prozessen, die in der Konvektionszone der Sonne entstehen. Daher macht es wenig Sinn, Sonnenflecken, die lediglich einen optischen Eindruck vermitteln und aus der Frühzeit der Sonnenbeobachtung stammen, als Aussage der Sonnenaktivität heranzuziehen, wenn die solare magnetische Aktivität unmittelbar gemessen werden kann.

Das Gleiche gilt auch für die Helligkeit der Sonne. Solche Untersuchungen, wie sie von Henk Spruit vom Max Planck Institut für Astrophysik in Garching vorgenommen wurden und von Laien wie Prof. Rahmstorf als Argument für eine rückläufige solare Aktivität der letzten Jahrzehnte verwendet werden, sind denn auch lediglich als populärwissenschaftlich einzustufen, wie der bereits erwähnte Bericht des MPS (“SUNRISE enthüllt magnetische Grundbausteine der Sonne“) bestätigen.

Sonnenflecken als Aktivitätsparameter stammen denn auch aus einer Zeit, als keine anderen Beobachtungen möglich waren. Der TSI ist als Maßstab der solaren Aktivität ungeeignet, weil nur ein kleiner Energiebereich (200 – 2.000 nm) der Sonne aufgezeichnet wird. Insofern bilden HCS, CME und Röntgenaktivität die exakteren Parameter der solaren Aktivität. Dies belegt auch die folgende Abbildung.

 

Abbildung 125: (Quelle: “Relationship between Solar Wind and Coronal Heating: Scaling Laws from Solar X-Rays”, The Astrophysical Journal, 642:1173-1176, 10. Mai 2006) zeigt unten das variable Magnetfeld der Sonne, unterteilt aus sog. aktiven und ruhigen Regionen im Zeitraum von 1985 – 2004. Dabei fällt auf, dass das Minima zwischen 22. und 23. Sonnenzyklus gegenüber dem vorherigen angehoben ist, was darauf hindeutet, dass die Sonne zum ausgehenden 20. Jahrhundert besonders aktiv ist, der 23. Zyklus deutlich schneller ansteigt, ein breiteres Maximum aufweist und  die „ruhigen Regionen“ mehr Aktivität zeigen. All dies spricht bereits für einen stärkeren Zyklus 23, als dieser im TSI, z.B. von der PMOD wiedergegeben wird. In der Abbildung darüber ist zur gesamten solaren magnetischen Aktivität (schwarz), die Röntgenaktivität (blau) aufgetragen. Röntgenaktivität und magnetische Aktivität stimmen im Verlauf überein.

Das gleiche Bild der Sonnenaktivität zeichnen Wilson & Hathaway in ihrer Arbeit “On the Relationship Between Solar Wind Speed, Geomagnetic Activity, and the Solar Cycle Using Annual Values”, NASA (Marshall Space Flight Center). Dort ist die folgende Abbildung des geomagnetischen aa-Index abgebildet.

Der aa-Index ist der am längsten gemessene geomagnetische Index und wird aus Werten von zwei Stationen, je eine in England (Greenwich) und in Australien (Adelaide), gebildet. Durch das Zusammentreffen von Sonnen- und Erdmagnetfeld kommt es zu Neuverbindungen der Magnetfeldlinien, wodurch Energie und geladene Teilchen in die Geomagnetsphäre eindringen. Die eindringenden Partikel des Sonnenwindes führen zu Störungen im Geomagnetfeld, welche über den aa-Index erfasst werden. Die Störungen im Geomagnetfeld sind dabei äquivalent zur Stärke des interplanetaren Magnetfeldes, also dem Sonnenwind. Der aa-Index wurde zwischenzeitlich durch den IHV-Index (Inter-Hour Variability-Index) ersetzt.

 

Abbildung 126 oben zeigt den aa-Index von 1868 – 2006. Die blauen Balken geben das Sonnenminimum der Sonnenzyklen an. Deutlich ist zu sehen, dass die geomagnetische Aktivität ab 1900 zunimmt und ihr Maximum im 23. Schwabe-Zyklus um 2003 hat. Die Abbildung darunter zeigt den geomagnetischen aa-Index in Verbindung der Sonnenfleckenzahl R für die Jahre 1868 – 2006. Die blauen Balken zeigen das jeweilige solare Minimum und die roten Balken das jeweilige solare Maximum. Auch hier ist ab 1900 eine deutliche Steigerung der Sonnenaktivität zu verzeichnen und im 23. Schwabe-Zyklus um 2003 die Sonnenaktivität am höchsten.

Im ihrem Bericht weisen Wilson & Hathaway darauf hin, dass die magnetische Aktivität jeweils nach dem Zyklusmaximum, wie es anhand der Fleckentätigkeit ermittelt wird, ihr Maximum erreicht. Ausnahme Zyklus 11 – 13. Eine Erklärung dafür geben die Autoren nicht an, so dass diese hier gegeben wird. Bis 1900 (13. Zyklus) fiel der Hauptsonnenzyklus, der im Mittel 208-jährige de Vries/Suess-Zyklus. Seit dem Jahr 1900 hatte er sein Minimum verlassen und stieg wieder an, bis er um das Jahr 2003 sein Maximum erreichte (in der Literatur wird teilweise auch das Jahr 2002 angegeben). D.h. im Anstieg des Hauptsonnenzyklus ist die magnetische Aktivität nach dem Fleckenmaximum und im Abstieg vorzugsweise vor dem Fleckenmaximum.

 

Abbildung 127: Nebenstehend noch die Relation des aa-Index zum Sonnenflecken-Index R, der die Beziehung aaR ergibt. Eine solche Korrektur (aa – aaR) wird gewählt, um beide Beziehungen in Relation zu bringen und dadurch eine reellere Aussage über die solare Aktivität zu erzielen.

Dass Stanford mit seiner Einschätzung zur HCS falsch liegt und die HCS und damit die solare Aktivität höher lag, als in den voran gegangenen Sonnenzyklen, bestätigen weiter die Messungen der Sonnensonde Ulysses, wie die folgende Abbildung zeigt.

 

Abbildung 128: (Quelle: Prof. Balogh, Prof. Lanzerotti, Dr. Suess, “The Heliosphere through the Solar Activity Cycle”) zeigt die HCS nach dem klassischen Modell (rot) und dazu die gemessenen Werte beim Durchgang von Ulysses durch die HCS (blaue Rechtecke). Nach der Jahrtausendwende war die gemessene solare Aktivität nochmals höher, wie sie im klassischen Modell ausgewiesen wird.

Zu der direkt gemessenen Sonnenaktivität durch Satelliten, die den 23. Sonnenzyklus als den stärksten im Betrachtungszeitraum ausweisen und damit die verstärkte solare Aktivität im Hauptsonnenzyklus in 2003 bestätigen, untermauert die folgende Abbildung.

 

Abbildung 129: (Quelle: “Die aktuelle Wärmeperiode endet“, Dr. Borchert) zeigt Anzahl und Stärke der Sonnenflares, die mit solaren Eruptionen einhergehen. Während die zeitliche Häufung gestreckt ist, nimmt der absolute Wert zu und erreicht in 2003, dem Maximum im de Vries/Suess-Zyklus, ebenfalls Maximum. Die schwarze Gerade zeigt deren Anstieg, wogegen die Sonnenfleckenzahl ein falsches Bild der solaren Aktivität wiedergibt. Die blauen Kreise zeigen besonders starke Flares, die sich überwiegend im 23. Zyklus häufen.

Alle gezeigten Untersuchungen und Messungen belegen, dass die solare Aktivität im 23. Sonnenzyklus die höchste der vergangenen Jahrzehnte war, bis 2002/2003 ihr Maximum erreichte und die Sonnenaktivität parallel, auch für die letzten 30 und mehr Jahre, zur Temperaturentwicklung verläuft und nicht von dieser abgekoppelt ist. Dass die Sonnenfleckenzahl mitunter ein falsches Bild der Sonnenaktivität, insbesondere für Vergleiche abgibt, zeigen ebenfalls die folgenden Abbildungen.

 

Abbildung 130 links zeigt die Sonnenfleckenzahl (gepunktete Linie) und im Vergleich der Temperaturverlauf vom 1856 – 2000. Während bis ca. 1980 Temperatur und Sonnenfleckenzahl parallel verlaufen, beginnen sich ab ca. 1980 die Temperaturen zu entkoppeln, was nach der Theorie des Treibhauseffektes dem vermehrten Eintrag von sog. Treibhausgasen zugeschrieben wird, was, wie gesehen, blanker Unsinn ist. Die Abbildung rechts zeigt dagegen den ak-Index der geomagnetischen Aktivität, der die Einflüsse der solaren magnetischen Aktivität wieder gibt. Temperatur und Sonnenaktivität laufen synchron, Quelle: Georgieva et al. “Once again about global warming and solar activity“, Journal of the Italian Astronomical Society, Vol. 76, 969.

Die starke Sonnenaktivität zum ausgehenden 20. Jahrhundert, zeigt die Arbeit von Russell und T. Mulligan (Institute of Geophysics and Planetary Physics, University of California) “The 22-year Variation of Geomagnetic Activity: Implications for the Polar Magnetic Field of the Sun”, Geophysical Research Letters, 22, 3287-3288, 1995. Dort ist die folgende Abbildung zu sehen.

 

Abbildung 131 zeigt den geomagnetischen aa-Index von 1850 – 1990. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts beginnt die magnetische Aktivität der Sonne wieder anzusteigen (grüne Trendlinie) und erreicht zum ausgehenden 20. Jahrhundert ihren Höhepunkt. Dabei steigt der aa-Index um 100% (blaue waagerechte Linien), was Rückschlüsse auf den starken Anstieg der solaren Aktivität zulässt. Der Anstieg verläuft synchron zum Hauptsonnenzyklus, den im Mittel 208-jährigen de Vries/Suess-Zyklus.

Zum Abschluss des Kapitels ein Vergleich, wie genau die unterschiedlichen solaren Parameter mit das Interplanetarische Magnetfeld und damit den Part, der die Erde trifft, wiedergeben.

 

Abbildung 132a) zeigt die reziproke kosmische Strahlung (CR) und dazu die Anzahl der Sonnenflecken für die Sonnenzyklen 21-23 und dazu den Korrelationsfaktor.

Abbildung 132b) zeigt die reziproke CR und die radiale Komponente der IMF. Wie zu erwarten, ist der Korrelations-faktor deutlich niedriger.

In der Abbildung 132c) ist dagegen die reziproke CR zum Nonaxi-symmetric Open Flux dargestellt. Wie bereits der Kurvenverlauf zeigt, stimmen beide sehr gut miteinander überein. Der Korrelationsfaktor liegt denn bei hohen 0,86, Quelle: Wang et al., “Role of the Sun’s Nonaxisymmetric Open Flux in Cosmic-Ray Modulation“, The Astrophysical Journal, 644:638-645, 10. Juni 2006.

Die reale Aktivität der Sonne zeichnet sich nicht in der Sonnenfleckenzahl, sondern in ihrer magnetischen Aktivität ab.

Die Untersuchungen zeigen, dass die unmittelbare magnetische Aktivität der solare Parameter ist, der die Sonnenaktivität am genauesten wieder gibt und damit für die Energieabgabe der Sonne und damit auf unser Wetter/Klima am geeignetsten. Weiter konnte gezeigt werden, dass entgegen diverser Aussagen wie dem PIK (Rahmstorf), die solare Aktivität hätte seit 60 Jahren nicht mehr zugenommen falsch sind. Vielmehr nahm diese bis zur Jahrtausendwende, parallel zum Hauptsonnenzyklus, dem im Mittel 208-jährigen de Vries/Suess-Zyklus zu. Seitdem fallen die Temperaturen und werden dies für die nächsten Jahrzehnte auch weiterhin tun, wovon nicht nur die NASA ausgeht.

Raimund Leistenschneider – EIKE

Teil 6 in Kürze

Übersicht über alle Teile:

Teil 1 – Die Sonne bestimmt den Temperaturgang

Teil 2 – Die Sonne, der faszinierende Stern

Teil 3 – Sonnenflecken und ihre Ursachen

Teil 4a – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht, 
            interplanetares Magnetfeld

Teil 4b – Die Sonnenatmosphäre, Korona, Heliosphärische Stromschicht, 
            interplanetares Magnetfeld

Teil 5 – Die variable Sonne

Teil 6 – Der Einfluss der Sonne auf unser Wetter/Klima

Teil 7 – Der Einfluss der Sonne auf die Wolkenbedeckung über Svensmark hinaus

Teil 8 – Zukünftige Temperaturentwicklung und deren Schwankungen