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Astronomie - Unser Sonnensystem
Einfluss der Sonnenaktivität auf den
Klimawandel und die Globale Erwärmung

Die Sonne


Durchmesser:
1 392 700 km

Temperatur im Kern:
15 000 000 ° Celsius

Temperatur an der Oberfläche:
5800 ° Celsius

Rotationszeit:
am Äquator ca. 25 Tage

Eigenbewegung:
mit ca. 20 km/sec. in Richtung auf das Sternbild Herkules
Unsere Sonne

Die gesamte Energieabstrahlung der Sonne beträgt 3,85 · 10 26 Joule pro Sekunde, was der Verbrennung von 13 100 000 000 000 000  (13 Billiarden) Tonnen Steinkohle pro Sekunde entspricht. Da die Sonne ihre Energie nicht aus Verbrennung bezieht, sondern aus der Umwandlung von Wasserstoff in Helium mittels Kernfusion, werden "nur" 4 Millionen Tonnen Masse pro Sekunde verbraucht. Das ist nur 0,1 % der Sonnenmasse in 10 Milliarden Jahren!

Die Sonnenaktivität und damit die abgestrahlte Energie schwankt in einem Zyklus von ca. 11 Jahren. Auf den ersten Blick könnte man meinen, das müsste sich direkt auf die Temperaturen der Erdoberfläche auswirken. Dass dies nicht so ist, liegt in erster Linie daran, dass sich die Temperatur und damit das Klima aus eingestrahlter und abgestrahlter Wärmestrahlung ergibt. Verstärkt sich die eingestrahlte Energie, steigt auch die abgestrahlte, so dass sich der Effekt größtenteils wieder ausregelt.

Energieeinstrahlung der Sonne in Watt pro Quadratmeter Energieeinstrahlung der Sonne
auf die Erde in Watt pro Quadratmeter
oberhalb unserer Atmosphäre
Grafik: Erwin Purucker, erstellt nach
Wikipedia und NASA (gemeinfrei)

Außerdem betragen die elfjährigen Energieschwankungen, wenn ich richtig gerechnet habe, nur grob 0,15 %. Allerdings stellt sich in letzter Zeit immer mehr heraus, dass der Einfluss dieser Aktivitätsschwankungen in verschiedenen Gegenden der Erde doch größer ist als früher angenommen. Durch Beeinflussung der Strömungsverhältnisse in der Atmosphäre und der Luftfeuchtigkeit können die Auswirkungen in manchen Gebieten sogar überproportional hoch sein. Als Ursache werden verschiedene Zusammenhänge genannt:
  • Bei www.wetterzentrale.de kann man z.B. lesen, dass "eine erhöhte Sonnenaktivität (Sonnenwind) vermehrt hochenergetische kosmische Strahlungspartikel aus der Galaxis von der Erde weglenkt, womit weniger Kondensationkerne in die Atmosphäre gelangen, an denen sich Wolken bilden können." Es würde somit wärmer.
  • In der Zeitschrift PM 08/2010 liest man, dass ein Professor Mike Lockwood herausfand, dass "eine verminderte Sonneneinstrahlung die Bildung von Wellen im Jetstream hoch über dem Atlantik fördert. Dadurch wird Europa vom Nachschub milder Meeresluft abgeschnitten, wodurch stattdessen kalte Luft aus Russland und der Arktis einfließen kann.
  • Nach Dr. Erich Roeckner vom Max-Planck-Institut für Meteorologie in Hamburg scheint die Sonnenaktivität Einfluss auf die Arktische Oszillation (Nordatlantische Oszillation) zu haben, damit also auf die Anordnung von Hochdruckgebieten und Tiefdruckgebieten in den nördlichen gemäßgiten Breiten vom Atlantik bis Mitteleuropa und auch deren Druckdifferenz. Für uns relevant ist vor allem das Islandtief und das Azorenhoch. Das Tief über Island dreht sich entgegen des Uhrzeigersinns, das Hoch bei den Azoren im Uhrzeigersinn. Je stärker beide ausgeprägt sind, um so mehr atlantische Meeresluft wird dazwischen Richtung Mitteleuropa geblasen, was vor allem milde Winter bedeutet. Im Sommer ist es so, dass sich ein starkes Azorenhoch oft nach Mitteleuropa ausdehnt und uns warme und trockene Sommer beschert. Welche Wetterlagen durch welche Sonnenaktivitäten hervorgerufen oder zumindest begünstigt werden, darüber herrscht anscheinend noch keine Einigkeit. So kann uns die bekannte, sehr beständige Omega-Wetterlage sowohl Flutkatastrophen wie auch Hitzewellen bescheren. Es kommt nur auf die Anordnung an.
Als Ursache der Kleinen Eiszeit vom 16. bis zum 18. Jahrhundert nimmt man neben einer hohen vulkanischen Aktivität eine verringerte Sonnenaktivität an. Die Aktivität der Sonne lässt sich durch den C-14-Gehalt in der Atmosphäre gut zurückverfolgen. So ergeben sich in dieser Zeit das sogen. Spörer-Minimum und das Maunder-Minimum. Ab der Industrialisierung im 19. Jahrhundert ist der starke Anstieg des C-14-Gehalts auf die vermehrte Verbrennung fossiler Energieträger zurückzuführen, deshalb kann man ab dieser Zeit nicht mehr vom C-14-Gehalt auf die Sonnenaktivität schließen und die Kurve ist ab da nur grau gezeichnet.

C-14-Gehalt der Atmosphäre als Abbild der Sonnenaktivität
C-14-Gehalt der Atmosphäre als Abbild der Sonnenaktivität 900 bis 1850 n.Chr.
Grafik: Erwin Purucker, erstellt nach United States Geological Survey (gemeinfrei)

Zum Ende des Maunder-Minimums sorgte 1783 der Ausbruch des Laki-Kraters auf Island und des Vulkans Asama in Japan für einen der kältesten Winter auf der Nordhalbkugel und vor allem in Europa. Auf Island, Großbritannien und in Frankreich starben viele Menschen an der schwefeldioxidhaltigen Aschewolke des Laki, die im Kontakt mit Wasser Schwefelsäure erzeugte. Daran war die Sonne natürlich unschuldig.

In der folgenden längerfristigen Grafik des Temperaturverlaufs ist die Kleine Eiszeit nur als kleine Delle erkennbar.

Temperaturveränderungen im Holozän
Temperaturschwankungen im Holozän 10 000 v.Chr bis 2000 n.Chr.
Grafik: Erwin Purucker, erstellt nach wikimedia.org (GNU-Lizenz)

Aktuell war ein Minimum im elfjährigen Zyklus der Sonnenaktivität für Herbst 2008 angekündigt. Danach hätte die Aktivität wieder ansteigen müssen zum 24. Zyklus. Dieser Anstieg hat sich verzögert und die Sonne bildete das längste und tiefste Minimum seit über 100 Jahren. Im Frühjahr 2010 erschienen wieder die ersten (bescheidenen) Anstiege und Sonnenflecken. Deshalb könnte es möglich sein, dass die nächsten Maximas geringer ausfallen, so dass die geringe Sonnenaktivität den Einfluss der Globalen Erwärmung vielleicht teilweise ausgleichen kann. Leider geschieht dies nicht gleichmäßig über die Erde verteilt. Es sieht so aus, dass gerade die Gegenden, die stark vom Klimawandel betroffen sind, am wenigsten Ausgleich abbekommen. Bleibt die Sonnenaktivität in den nächsten Jahrzehnten gering, könnte es sogar in den kalten Gegenden Europas noch kälter werden! Bei uns im  Fichtelgebirge in  Oberfranken könnten wir leichter ein paar Grad mehr vertragen als die Tropen. Die ruhige Sonne 2008 bis 2010 hat uns aber sehr kalte und lange Winter beschert, und das obwohl schon seit 150 Jahren große Mengen Kohlendioxid in die Luft geblasen werden!

Bestimmt wird die Aktivität der Sonne vor allem mittels ihrer Aussendung von elektromagnetischen Wellen im Bereich einer Wellenlänge von 10,7 cm= 2,8 GHz und mittels der mit einfacheren Mitteln feststellbaren Sonnenflecken-Relativzahl R. In den Phasen erhöhter Sonnenaktivität bilden sich auf der Sonnenoberfläche Flecken durch Störungen des Magnetfelds der Sonne. Je mehr Flecken, desto größer ist die Sonnenaktivität. Die Sonnenflecken-Relativzahl berechnet sich folgendermaßen:

R = Anzahl der Flecken + 10 x Anzahl der Fleckengruppen

Systematische Aufzeichnungen begann Galileo Galilei im Jahr 1610. Während des Maunderminimums von 1645 bis 1715 konnten 70 Jahre lang fast keine Sonnenflecken festgestellt werden. Die Kleine Eiszeit führte nach den Wirren des Dreißigjährigen Krieges zu großen Hungersnöten. Aktuelle Werte finden Sie hier beim Space Weather Prediction Center (SWPC), bei der NASA oder auf deutsch bei den sehr interessanten Seiten der Wetterstation Zwönitz.

Interessant ist in diesem Zusammenhang, dass wir uns langfristig gesehen immer noch in einem Eiszeitalter befinden. Man nennt es das Känozoische Eiszeitalter. Was wir als die letzte große Eiszeit kennen und vor mehr als 20 000 Jahren den  Neandertaler ausgerottet hat, ist nur eine Kaltzeit in diesem Eiszeitalter. Wir leben in einer Warmzeit des Eiszeitalters. Das große Eiszeitalter wird erst beendet sein, wenn Nordpol und Südpol nicht mehr dauerhaft von Eis bedeckt sind. Inwieweit Änderungen der Sonnenaktivität die Ursache für die großen Schwankungen sind, kann wahrscheinlich niemand sagen, ich nehme an, sie sind eher gering. Rekonstruierte Temperaturschwankungen im Phanerozoikum, also vom ersten Leben bis heute
Temperaturrekonstruktion über 550 Millionen Jahre
Grafik: GNU-Lizenz nach Wikipedia
In den vergangenen 10 000 Jahren waren wärmere Zeiten immer gute Zeiten für die Menschen, auch im Mittelalter. Dass dieses immer als "finster" bezeichnet wird, liegt an den Menschen!

Warum ist es mit der globalen Erwärmung nicht ebenso?
  1. Die Erwärmung geschieht sehr schnell.
  2. Wir sind zu viele. Gäbe es wie vor tausend Jahren nur(!) 500 Millionen Menschen, wäre die Erwärmung ein geringeres Problem. Wir könnten uns andere Siedlungsgebiete suchen, aber mit 7 Milliarden Menschen und mehr wird es durch den Anstieg des Meeresspiegels noch enger als es sowieso schon ist. Auf lange Sicht müsste auf eine drastische  Reduzierung der Weltbevölkerung hingewirkt werden.
  3. Feste Kulturgüter, die nur wenige Meter über dem Meeresspiegel liegen, werden wohl größtenteils verloren sein. Wir sollten schon jetzt anfangen, für die wichtigsten Rettungsmaßnahmen zu ergreifen, die globale Erwärmung und der Anstieg des Meeresspiegels wird auch mit drastischen Maßnahmen nicht zu verhindern sein!
Dass die Sonne erlischt, oder zum Roten Riesen und dann zum Weißen Zwerg wird, darüber brauchen wir uns erst mal keine Sorgen zu machen, das versichern uns alle Wissenschaftler. Sie hat noch Brennstoff für ein paar Milliarden Jahre!







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