Astronomi og klima

KATEGORI: ASTRONOMI OG KLIMA
Af Ole Terney, biolog

Disse svar blev oprindeligt skrevet som et supplement til tidsskriftet BioNyt Videnskabens Verden. Du kan tegne et abonnement på bladet her.


ANDRE PLANETER

Hvorfor blev Jorden ikke varm som Venus eller kold som Mars?

De tre nærmeste større planeter omkring solen er Venus, Jorden og Mars, i denne rækkefølge. Da de blev dannet, lignede de meget hinanden. Men de fik tre helt forskellige skæbner: En varmeovn, et hav og en kuldeørken. VenusPlaneten Venus, der ofte kan ses tæt på Solen på morgen- eller aftenhimmelen, har cirka samme størrelse som Jorden (3654 s.21). Men dens temperatur er så høj, at bly ville smelte, og trykket i dens atmosfære er som på 900 m havdybde på Jorden"Link. En lufttrykmåling på Venus ville vise ca. 100 gange større lufttryk end hos os. 3654 s.21).

Jorden er formentlig af samme opbygning som Venus, og den har samme størrelse, men den ligger længere væk fra solen. 3654 s.23). Der falder kun den halve mængde solenergi pr. kvadratmeter på Jorden, som på Venus. Den unge Jord startede med en koldere overflade. 3654 s.23). Dermed kunne der hele tiden indstille sig en ligevægt mellem Jordens overflade og en atmosfære, som var mættet med vanddamp. 3654 s.23). Jorden risikerer ikke en runaway-drivhusvirkning, som det skete på Venus. 3654 s.23).

Hvad er klimasituationen på Venus?

Et lille rumskiblaboratorium "Venus Express" har på Venus påvist hurtigere syreskyer og en orkan af størrelse som hele Europa på Jorden. Kilde: Nature 29 November 2007.

Ifølge ny forskning var Jorden og Venus ret ens, da de blev dannet. 7 forsøg på rumskiblaboratoriet tyder på, at ligner Jorden mere, end man tidligere har troet.

Man har længe haft den teori, at vandet på Venus blev tabt ud til rummet. To af undersøgelserne, som blev udført af rumskibet Venus Express tyder på, at denne teori er korrekt. Den ene undersøgelse viste, at hydrogenet i atmosfæren er blevet tabt til rummet, og hydrogen er en bestanddel af vandmolekylet. Analyserne tyder på, at venus kan have tabt vand nok til, at der ville kunne have været et hav på 4 meter over hele planeten Venus. Et andet forsøg bekræftede, at hydrogen og oxygen (basaldelene i vand) stadig tabes til atmosfæren.

Venus har en meget kraftigere drivhusvirkning. Drivhusvirkningen på Venus skyldes især kuldioxid (CO2) i dens atmosfære. Der er over 200.000 gange mere CO2 på Venus end på Jorden. Temperaturen er også meget højere, nemlig 450 grader Celsius.

En tusindkilometer-stor orkan hvervler rundt ved sydpolen af Venus. Det ligner det, som med mindre virkning ses ved Jordens poler om vinteren. Atmosfæregasserne på venus bevæger sig rundt på en måde, som ligner det, man ser på Jorden. Der er også tegn på, at der forekommer lyn på Venus. Det ser ud til, at de samme processer sker på Venus og Jorden.

På Jorden ved man ikke så meget om, hvilken rolle skyerne har. Der er masser af skyer på Venus. Studier af skyerne på Venus kan måske fortælle os noget om, hvilke virkninger skyer har generelt. Vindene på Venus blæser skyerne hen over planetens overflade, som vi kender det fra Jorden.

Forskerne er blevet overrasket over rumskibets fund. Venus kaldes Jordens onde tvilling. Det er muligt, at Venus og Jorden faktisk følger en livshistorie, som ligner hinanden. Det er faktisk muligt, at Venus en gang var en planet med et behageligt Jord-lignende klima. Så det er ganske muligt, at Jorden vil ende med at have et klima som Venus. Dette vil dog først ske om f.eks. en milliard år (link)

Atmosfæren på Venus består i meget stor udstrækning af kuldioxid. 3654 s.21). Men der er også skyer, som består af dråber af næsten ren svovlsyre. 3654 s.21). Disse skyer dækker hele Venus, og skyerne forhindrer det meste af solens stråler i at nå Venusoverfladen.3654 s.21).

Tætheden til solen medfører, at Venus modtager 1,9 gange mere solenergi end Jorden. Link. Men der er alligevel tusmørke nede på overfladen af Venus. Det kunne de russiske rumsonder, som landede der, rapportere hjem til Jorden (3654 s.21). Kun 1-2% af det sollys, som rammer venusatmosfæren, når ned til venusoverfladen. 3654 s.21). Netop fordi det meste sollys reflekteres på Venus, ser man ofte Venus som den mest lysende planet på himlen. Link. Man skulle så tro, at det var koldt på Venus. Men ifølge de russiske rumsonder er temperaturen ca. +525°C . 3654 s.22). Det er det dobbelte af, hvad en køkkenovn maximalt kan indstilles til).

Årsagen til den ekstreme varme er drivhuseffekten fra kuldioxidet, som ikke tillader ret meget af de nævnte 1-2% solindstråling at slippe ud i rummet igen. 3654 s.22). Det Det tykke kuldioxidtæppe omkring Venus svarer til ca. 500°C opvarmning. 3654 s.22).

Hvordan blev Venus så varm?

Da den unge Venus endnu ikke havde dannet en atmosfære, var dens overfladetemperatur lige over 50°C. 3654 s.23). Den fra starten høje temperatur på Venus fik alt vand på planeten til at fordampe. Vandet på Venus nærmest kogte hele tiden. 3654 s.23). Da vanddamp er en kraftig drivhusgas forhindredes varmestrålingen ud til rummet. Der opstod derfor en runaway-situation3654 s.22).: Jo mere der dannedes af vanddamp, jo mere varme tilbageholdtes, og denne mere varme medførte, at endnu mere vand fordampede til vanddamp og så fremdeles. 3654 s.22). Dette fortsatte til alt vand på Venus var fordampet. (Processen ville være stoppet, hvis atmosfæren var blevet mættet med vanddamp, men på grund af den høje temperatur ville det være umuligt at mætte atmosfæren med vanddamp, fordi varmen fik vandmolekylerne til at gå i stykker, så brintdelen af vandmolekylet forsvandt ud i rummet).

Hvad er klimasituationen på Mars?

Mars er mindre end Jorden, og har meget tyndere atmosfære. 3654 s.21). En lufttrykmåler ville vise et lufttryk på under 1% af det, vi kender fra Jorden. 3654 s.21). Atmosfæren på Mars består næsten udelukkende af kuldioxid, der giver en drivhuseffekt, men virkningen er lille, fordi lufttrykket er så lille. 3654 s.21).

Mars modtager 43% solindstråling i forhold til Jorden, hvilket er så lidt, at CO2 kondenserer og sammen med vand danner tøris ved polerne. "Link.Men Mars var for 3,8 milliarder år siden varm nok til at have flydende vand. "Link. Planetens lille størrelse medførte, at den manglede indre termisk varme i større udstrækning, og den har heller ikke forskydning af kontinentalplader, som vi kender det på Jorden."Link

For Jorden og Mars stoppede drivhuseffekten altså, da vand i dampform kom i ligevægt med vand i form af fast is eller flydende vand. 3654 s.22).

SOLEN

Skyldes klimaændringerne solen?

Video
Der har været teorier fremme om, at klimaændringen kan være solens skyld, men det afvises af FN's klimapanels forskere, at solen kan være årsag til de nuværende klimaændringer.

Man har fremsat den ide, at variationer i solens ultraviolette stråling vil påvirke ozonlaget og dermed klimaet. Denne idé er ikke sandsynliggjort ifølge de undersøgte data. 3654 s.139).

En ide om, at kosmiske stråler, ved at blive påvirket af et varierende magnetisk felt om solen, kunne påvirke skydannelse og dermed klimaet, har heller ikke kunnet sandsynliggøres (3654 s.139).

Er solen bliver kraftigere i sin udstråling?

Solen var formentlig ca. 30% svagere i Jordens tidlige alder, men klimaet var dengang varmere på grund af ekstremt meget drivhusgas, især CO2.

Siden 1978 har man ved hjælp af satellitter, som befinder sig uden for Jordens atmosfære, kunnet studere solens kraft. 3654 s.138). Målingerne viser, at solen i perioden siden 1978 har været meget konstant, med kun ca. 0,1% udsving mellem minimum og maximum (3654 s.138). Ved omhyggelige studier har man vurderet, at solen siden 1850 højst kan have varieret med 0,5 Watt/m2 solindfald på Jorden, hvilket svarer til ændringen i solindfaldet som følge af 10 års forøgelse af drivhusgasserne med den hastighed, som drivhusgasserne nu øges i atmosfæren. 3654 s.138).

Ideen om, at klimaændringerne i nutiden kan skyldes variation i solens stråling, er derfor ubegrundet. 3654 s.138).

Hvorfor skinner solen?

I dag ved vi, at solen er en almindelig stjerne, der er ca. midtvejs i sin livscyklus på ca. 11 milliarder år. Den lyser, fordi der sker kernefusioner i dens indre, drevet af solens egen tyngdekraft, hvorved lette stoffer som f.eks. hydrogen bliver omdannet til tungere stoffer. Den frigjorte energi bliver udsendt som elektromagnetisk stråling med forskellig bølgelængde og frekvens, samt som bevægelsesenergi i form af en partikelstrøm (solvinden).

VENUS/REFLEKTION

Hvor meget af sollyset reflekteres på Venus?

Video
De tykke skyer på Venus tilbagekaster 75% af sollyset, og lader kun 25% komme igennem (3623 s.34) [eller kun 1-2% ?]. Til sammenligning optager Jorden 70% af sollyset. På trods af at Venus er tæt ved solen optager den mindre solenergi end Jorden (3623 s.34).

SOLEN/ÆNDRINGER

Har solen ændret sig?

Solen har gennem de sidste 4 milliarder år, som Jorden har eksisteret, øget sin solenergi 30% (3623 s.161).

SOLEN/TEMPERATUR

Hvad er solens temperatur og udstråling?

Solens udstråling til rummet, ved en temperatur på 5760 °Kelvin, er 3,84 x 10(26) Watt (ref. 3620 s.20). Solen er 150 mill km væk. Energien er omvendt proportional med kvadratet på afstanden (ref. 3620 s.20). Med den store afstand til solen modtager Jorden derfor kun en lille del af solenergien. Den energi, som det øverste af atmosfæren modtager fra solen, kaldes solkonstanten (på en flade vinkelret mod solen, og i gennemsnitsafstanden til solen). Solkonstanten er 1368 Watt/m2 (ref. 3620 s.20). 8% er ultraviolet lys, 39% er synligt lys (0,4 - 0,7 mikrometer) og 53% er infrarødt, dvs. over 0,7 mikrometer (ref. 3620 s.20). Den gennemsnitlige temperatur på Jordens overflade er 288 Kelvin (15°C) (ref. 3620 s.20). Den gennemsnitlige temperatur af atmosfæren er 250 Kelvin (-23°C) (ref. 3620 s.20).

SOLEN/JORDEN/ENERGI

Hvor meget energi sender solen ned til planeten Jorden?

Jorden modtager i gennemsnit for hele Jorden 342 Watt pr. m2 solenergi (3626 s. 33). Halvdelen absorberes i havet og kontinenternes landområder (3626 s. 33). 20% absorberes af atmosfæren (3626 s. 33). Ca. 30% tilbagekastes fra skyerne, luften og jordens overflade (3626 s. 33).

SOLEN/VARIATION/SOLPLETTER

Hvad er solpletter?

Solpletter er mørke, dvs. koldere, områder på solen, som er synlige fra Jorden (ref. 3620 s.21). Deres antal og position varierer regelmæssigt. Det kaldes solpletcyklussen (ref. 3620 s.21). Disse cyklusser har længder på 11 år (varierende mellem 8 år og 13 år) (ref. 3620 s.21) og med 0,1°C udsving mellem maximum og minimum (3626 s. 34). , Der er også en 22-årig magnetisk cyklus (ref. 3620 s.21). Desuden er der en meget mindre vigtig 37,2 årig cyklus (ref. 3620 s.21) og måske en 80-90 årig cyklus (ref. 3620 s.21).
Mellem 1200-tallet og 1700-tallet var solpletaktiviteten generelt lav, med undtagelse af perioderne 1350-1400 og 1600-1645 (ref. 3620 s.21). Perioden 1645-1705 kaldes Maunder Minimum (ref. 3620 s.22). , hvor der stort set ikke var solpletter. Der var solpletmaximum 1895-1940 og efter 1970 (ref. 3620 s.22). Satellitmålinger har under solcyklussen i 1980'erne vist, at der er en lille nedgang i solenergien, når antallet af solpletter nærmer sig dets minimale antal (ref. 3620 s.22). Selv om solpletterne selv er kolde områder, er de omgivet af lysende områder, faculae, som har højere temperatur. Den samlede virkning for soludstrålingen varierer med antallet af solpletter.

Solstrålingen falder med ca. 1,5 Watt/m2 fra solpletmaksimum til solpletminimum. På Jorden ville en lang kontinuerlig forskel på 2% af solkonstanten kunne ændre den effektive gennemsnitstemperatur på jordoverfladen med 1,2°C (ref. 3620 s.22). Derimod kan de observerede variationer på ca. 0,1% kun ændre den gennemsnitlige globale temperatur med højst 0,06°C (ref. 3620 s.22). Danske undersøgelser har vist, at der tilsyneladende er en sammenhæng mellem variationer i solens aktivitet og temperaturvariationerne siden 1500-tallet (3626 s.49). En amerikansk undersøgelse har antydet en sammenhæng imellem solaktivitet og temperatur 12000 år tilbage i tiden (3626 s.49). Endnu en undersøgelse har vist, at en kortvarig nedgang i solens aktivitet for 10300 år siden medførte en kuldeperiode (3626 s.49). Sådanne sammenfaldende forhold er dog ikke egentlige beviser. Solaktiviteten kan ikke forklare temperaturændringerne efter 1980, idet temperaturkurven er steget mere end solaktivitetskurven i computermodellen (3626 s.53). Formentlig er der en kompleks og ikke forstået sammenhæng mellem solaktivitet og temperaturen på Jorden. Kurverne følges ad i første del af 1900-tallet.

SOLEN/JORDBANEN

Hvad betyder Jordbanens afvigelse fra en ren cirkelbane for den modtagne solenergi?

Jorden cirkler om solen med en bane, som er lidt elliptisk. Denne eccentricitet betyder, at solen f.eks. stråler med 7% mere den 3. januar (hvor jordbanen er i perihelion, dvs. tættest på) end den 4. juli (hvor jordbanen er i aphelion, dvs. længst væk) (ref. 3620 s.22). I teorien skulle dette tilføre Jorden 4°C mere energi i januar end i juli (ref. 3620 s.22). Det skulle også gøre nordlige vintre varmere, og sydlige somre varmere. I praksis betyder vinde og kontinenternes placering, at der vendes helt rundt på dette. For 10000 år siden var situationen omvendt, dvs. perihelion var ved den nordlige halvkugles sommer (ref. 3620 s.23). Dette mønster ændrer sig med intervaller. på omkring 10.000 år (ref. 3620 s.23).

VENUS/VAND/ÅRSAG

Hvordan forsvandt vandet fra Venus?

Ifølge en teori forsvandt vandet, fordi det fra starten var varmt på Venus på grund af solens nærhed og indre varme i Venus, men mest på grund af at der udvikledes en kraftig drivhuseffekt af CO2 (3621 s.323). Vandet kogte nærmest, så vand fordampede og mistedes til rummet, da vandmolekylerne spaltedes. Tanken om denne "runaway drivhuseffekt" har som alternativ en "våd drivhuseffekt". Denne opfattes af nogen [?] som mere korrekt (3621 s.323). Den går ud på, at der engang var have på Venus. Havene forsvandt ifølge denne teori i løbet af nogle hundrede millioner år fordi fraspaltet hydrogen forsvandt til rummet (3621 s 323).

KLIMAÆNDRING/JORDBANEN

Hvad betyder ændringer i jordbanen for klimaændringen?

Ændringer i Jordens bane om solen kan have betydning for, hvor meget solenergi et sted modtager på en bestemt årstid. Men for perioden fra år 1850 til år 2000 har ændringer i opvarmningsvirkningen som følge af ændringer i jordbanen om solen ikke nogen betydning. Navnlig når det gælder den globale gennemsnitstemperatur er virkningen af jordbanen i dette tidsrum meget tæt på nul og med meget lille usikkerhed (3733 comment 44 response).

KLIMAÆNDRING/SOLEN

Hvad betyder ændringer i solens aktivitet for klimaændringen?

Ændringer i solens aktivitet kan have betydning for, hvor meget solenergi Jorden modtager. Solens aktivitet er målt i den periode, man har haft satelitter ude i rummet. Ud fra disse data har man forsøgt at ekstrapolere til ændringerne over større tidsrum. Disse data er temmelig usikre, men det betyder, at virkningerne enten kan være væsentlig større eller væsentlig mindre end forventet. Observationerne fra satelliterne viser dog, at der ikke et sket en væsentlig større solaktivitet igennem denne periode. De ekstrapolerede tal for afkølingen under "den lille istid" er sammen med vulkansk aktivitet tilstrækkelig til at passe med FN's klimapanels antagelser for perioden. (3733 comment 44 response).

KLIMAÆNDRING/SOLEN

Hvor meget skulle solens aktivitet nedsættes for at vi fik en ny istid?

Et fald i indstrålingen fra solen med blot en tiendedel procent (dvs. en promille) ville forårsage en ny istid.(5734 s.26).

KLIMAÆNDRINGER/SOLEN/BETYDNING

Kan variation i solens aktivitet forklare klimaændringerne?

To danske forskere, Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen, har argumenteret for, at der er en sammenhæng mellem solpletaktiviteten på solen og Jordens klima. De mener, at ændringer i solpletaktiviteten nøje passer med Jordens middeltemperatur gennem flere århundreder.
I marts 1996 havde nyhedsskribenten hos det videnskabelige tidsskrift Science, Richard Kerr, skrevet en oversigtsartikel om spørgsmålet om en mulig forbindelse mellem klimaet og solen (3629 s.149). Artiklen havde en figur af Judith Lean fra Washington. Den viste, at hendes nyeste tal for den varierende sollysstyrke siden 1600 stemte godt overens med udsvingene i den nordlige halvkugles temperaturer (3629 s.149). Lysstyrkevariationerne kunne forklare halvdelen af opvarmningen frem til ca. 1970 (3629 s.149), men kun 1/3 af den efterfølgende opvarmning (3629 s.149). Richard Kerr's artikel havde titlen: "Et nyt daggry for sol-klima forbindelser?". Artiklen var netop udkommet, da Science modtog et manuskript fra danskerne Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen, hvori de påstod, at kosmiske stråler danner skyer. I 1995 fik Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen den ide, at hele atmosfæren er et tågekammer, og at den kosmiske stråling spiller en rolle for udviklingen af skyer. [3712].

I en artikel i Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics påviste de i 1997, at der var sammenhæng mellem den kosmiske stråling over 16 år og udviklingen af afkølende skyer. [3712]. Specielt var der sammenhæng med en klimamæssig kort periode fra et solpletminimum i 1987 til et solpletmaximum i 1990. Der var høj solaktivitet og lav kosmisk stråling i 1989-91 (3629 s.188).
De to konkurrerende teorier er følgende:
Den gængse teori er: Højere solaktivitet ==> højere solindstråling på Jorden ==> Stærkere opvarmning (højere global temperatur) ==> højere CO2-diffusion til atmosfæren fra havet
som følge af nedsat CO2-opløselighed i vand, der er varmere.

Den alternative teori af Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensen:
Høj solaktivitet ==> (stærkere solvind medfører at) mindre kosmisk stråling modtages af Jorden ==>Der dannes færre af de lavtliggende (kølnende) skyer ==> Stærkere opvarmning af atmosfæren ==> højere CO2-diffusion til atmosfæren over havet. [3712]
Den kosmiske stråling varierede med 20% gennem en solpletcyklus og påvirkede 3% af skyerne (3629 s.182). De kosmiske stråler er ansvarlige for omtrent en syvendedel af hele klodens skydække (3629 s.182). Man kunne næsten sige, at uden de kosmiske stråler ville hver søndag være skyfri(3629 s.182). Disse oplysninger er fra bogen "Den maniske sol" af Nigel Calder (reference 3629).
Da jeg viste bogen til Eigil Kaas på Danmarks Meteorologiske Institut var hans reaktion, at bogen tillagde solen for stor indflydelse på klimaet i forhold til drivhusgasserne. (Bogen mener, at drivhusgassernes virkning stadig er 0, medens al den påviste temperaturstigning skyldes solens påvirkning af de kosmiske stråler - ved at solvinden har forhindret de kosmiske stråler i at nå Jorden - og at det 21. århundrede derfor vil få et tilbagevendende køligere klima).
Diskussion om "Henrik Svensmark og Eigil Friis-Christensens teori"; SE HER: 3711
Yderligere oplysninger om klimaændringer og diskussionen om årsagen hertil:
www.realclimate.org

SOLEN

Kan klimaændringerne forklares af variationer hos solen?

Den globale opvarmning kan ikke skyldes øget solaktivitet, idet direkte satellitmålinger af solaktivitet har vist, at solens aktivitet på alle områder er faldet siden midt-1980′erne.

Mike Lockwood fra Rutherford Appleton Laboratory (som er en del af Science and Technology Facilities Council i Storbritannien) og hans kollega Claus Fröhlich, fra World Radiation Center i Schweiz har set på satellitmålinger af solens aktivitet over de sidste 40 år. Solens aktivitet lavede en omvendt U-vending midt i 1980′erne.

Mellem 1985 og 1987 gik alle solfaktorer, som kan have påvirket klimaet, i den forkerte retning. Hvis disse faktorer virkelig betød noget, ville vi nu have en afkølende Jordklode.

Antallet af solpletter, som bruges som indikator for solens aktivitet toppede i 1960 og igen i 1985, og er faldet siden.

Der er fremsat en teori om, at kosmiske stråler frembringer skyer, (som generelt afkøler atmosfæren, bortset fra særligt højtliggende skyer, som har drivhusvirkning, men som ikke øges af de kosmiske stråler ude fra rummet). Solvinden danner et beskyttende magnetfelt omkring vores solsystem, der delvist skærmer mod de kosmiske stråler.Dette magnetiske felt, som beskytter Jorden mod kosmiske stråler, nåede et maximum i 1987, og det svarer nogenlunde til, at de kosmiske stråler nåede et minimun i 1985 og er steget siden. Derfor burde virkningen være, at der er blevet flere lave skyer igennem de sidste snes år, med kølende virkning på Jorden.

Målinger af solens lyshed, som mål for mængden af energi, som kommer fra solen, påbegyndtes først i 1977. Lysheden steg mellem  1977 og 1985, men er faldet siden.

Lockwood og Fröhlich’s resultater tyder på, at selv  det internationale klimapanel (Intergovernmental Panel on Climate Change) har overvurdereet solens betydning for Jordens klima. IPCC publicerede nemlig i februar 2007 en rapport, som konkluderede, at solen cirka var ansvarlig for 10% af de varmende virkninger af menneskelige aktiviteter.

Analysen er publiceret her: Proceedings of the Royal Society A (DOI:10.10.98.rspa.2007.1880) - og refereret i New Scientist. (http://environment.newscientist.com/article/dn12234-suns-activity-rules-out-link-to-global-warming.html) (PNAS;5745) / (New Scientist)

DRIVHUSGASSER/VIRKNINGEN/VENUS-JORDEN-MARS

Hvad er varmevirkningen af drivhusgasser på Venus, Jorden og Mars?

Venus: 466°C [eller 500°C ?], Jorden 33°C [eller 21°C ?] og Mars 3° (3617 s.5). Albedoen er henholdsvis 75%, 30% og 15%. Solindstrålingen (solkonstanten) er henholdsvis 2613, 1367 og 589 Watt pr. m2.