Ο ρόλος του ήλιου στις κλιματικές αλλαγές

Άρθρο, Δεκέμβριος 2003

Υπάρχει μια άποψη που τον τελευταίο καιρό αναπτύσσεται αρκετά, που υποστηρίζει ότι ο ήλιος είναι ένας σημαντικός παράγοντας στην αλλαγή του κλίματος. Ίσως και μεγαλύτερος απ' όσο οι ανθρώπινες δραστηριότητες, λόγω των αερίων που ελευθερώνονται στην ατμόσφαιρα και της παγίδευσης μέσα σε αυτήν της θερμότητας.

Γιατί έχει παρατηρηθεί ότι ορισμένες διαδικασίες πάνω στον ήλιο, θα μπορούσαν να έχουν επίδραση στην θερμοκρασία της Γης, όπως και οι αυξανόμενες εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα (CO₂).

Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τον Ήλιο δεν είναι σταθερή, μεταβάλλεται συνεχώς σε όλα τα μήκη κύματος και σε όλες τις χρονικές κλίμακες (από μερικά δευτερόλεπτα έως αιώνες). Οι μεταβολές αυτές εμφανίζουν μια περιοδικότητα με ελάχιστα και μέγιστα να εναλλάσσονται κυκλικά ανά περίπου 11,22,80,200, αλλά και περισσότερα, χρόνια. Μια τέτοια περιοδική συμπεριφορά παρουσιάζει και η εμφάνιση διαφόρων σχηματισμών πάνω στην επιφάνεια του Ηλίου. Οι πιο γνωστοί σχηματισμοί, που χρησιμοποιούνται ως δείκτες της ηλιακής δραστηριότητας, είναι οι ηλιακές κηλίδες, κυρίως γιατί ο αριθμός τους άρχισε να καταμετρείται, και άρα να μας είναι γνωστός, από τον 16ο αιώνα με την εμφάνιση του τηλεσκοπίου. Ως δείκτες της ηλιακής δραστηριότητας χρησιμοποιούνται επίσης οι μεταβολές διαφόρων σωματιδίων (πρωτόνια, ηλεκτρόνια), αλλά και η μεταβολή της ροής της κοσμικής ακτινοβολίας.

Οι μεταβολές αυτές της ηλιακής ακτινοβολίας μετρούνται και από το έδαφος αλλά και από δορυφόρους. Έτσι βρέθηκε ότι η ενέργεια που εκπέμπει μεταβάλλεται σταθερά κατά 0,1% περίπου από το ελάχιστο στο μέγιστο του 11-ετούς κύκλου της ηλιακής δραστηριότητας. Και μπορεί αυτή η διαφορά να θεωρείται αμελητέα, είναι όμως δυνατόν να έχει σημαντικές επιπτώσεις στο κλίμα της Γης, αν λάβει κανείς υπόψη το τεράστιο ποσό της ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τον Ήλιο. Σημαντικό είναι επίσης ότι η εκπομπή στο υπεριώδες παρουσιάζει διακυμάνσεις της τάξεως του 1% μέσα σε 11 χρόνια.

Η ακτινοβολία αυτή είναι υπεύθυνη τόσο για την καταστροφή όσο και για την παραγωγή του όζοντος στη στρατόσφαιρα της Γης. Το όζον απορροφά την επικίνδυνη για τον ανθρώπινο οργανισμό υπεριώδη ακτινοβολία. Εμποδίζει ιδιαίτερα την πλέον επικίνδυνη μορφή της, τη UV-B, που επιδρά κατ' ευθείαν στην έλικα του DΝA διασπώντας την και προκαλώντας καρκίνο. Μείωση κατά 1% στο όζον της ατμόσφαιρας είναι δυνατόν να προκαλέσει αύξηση κατά 2% στους καρκίνους του δέρματος. Είχε βρεθεί παλαιότερα ότι το όζον αυξανόταν και μειωνόταν σύμφωνα με τον 11-ετή κύκλο της ηλιακής δραστηριότητας.

Η γνώση  επομένως του ρόλου της μεταβολής της ηλιακής υπεριώδους ακτινοβολίας στη μεταβολή του όζοντος θα μας βοηθήσει ώστε να μετρήσουμε καλύτερα την ελάττωση του που οφείλεται στις ανθρώπινες δραστηριότητες.

Το κλίμα της Γης και ο Ήλιος

Από ιστορικά στοιχεία είναι γνωστό ότι και το κλίμα στη Γη μεταβάλλεται. Στις μεταβολές αυτές ρόλο παίζουν τόσο φυσικοί παράγοντες, όπως η μεταβαλλόμενη ηλιακή ακτινοβολία, τα ηφαίστεια, όσο και ανθρωπογενείς παράγοντες. Καθημερινά διαβάζουμε ότι οι επιστήμονες προειδοποιούν την ανθρωπότητα γιατί πιστεύουν ότι η θερμοκρασία του πλανήτη μας αυξάνεται και αυτό οφείλεται κυρίως στα παραγόμενα από τον άνθρωπο ρυπογόνα αέρια (κυρίως στο διοξείδιο του άνθρακα), που εντείνουν το φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η αύξηση αυτή της θερμοκρασίας, αν συνεχιστεί με αυτόν τον ρυθμό, πιστεύεται ότι θα έχει δραματικές συνέπειες, καθώς θα καταστήσει πολύ σύντομα το γήινο περιβάλλον ιδιαίτερα εχθρικό για τη ζωή.

Είναι όμως φανερό ότι για να μπορέσουμε να μελετήσουμε τον ρόλο που παίζουν οι ανθρωπογενείς παράγοντες στην παρατηρούμενη σήμερα αύξηση της θερμοκρασίας ή στην καταστροφή του όζοντος και πώς αυτή θα εξελιχθεί μελλοντικά πρέπει να είμαστε σε θέση να πούμε αν σε αυτήν συνεισφέρει, και σε ποιον βαθμό, η μεταβαλλόμενη ηλιακή ακτινοβολία

Σήμερα οι μεταβολές τόσο της ηλιακής ακτινοβολίας όσο και του κλίματος της Γης στο παρελθόν είναι δυνατόν να αποκρυπτογραφηθούν με τη βοήθεια των αρχαίων στρωμάτων του πάγου που βρίσκονται στους πόλους. Επίσης, οι μεταβολές της ηλιακής δραστηριότητας στο παρελθόν είναι δυνατόν να εκτιμηθούν από την εναπόθεση του ποσού του ραδιενεργού άνθρακα στους δακτυλίους κάποιων δέντρων πεύκης ή από ένα ισότοπο του βηρυλλίου που εναποτίθεται στους πάγους.

Η κοσμική ακτινοβολία που έρχεται από το Διάστημα πέφτοντας στα άτομα του αέρα είναι δυνατόν να δημιουργήσει ραδιενεργό άνθρακα 14. Κατά τη διάρκεια αυξημένης ηλιακής δραστηριότητας οι κοσμικές ακτίνες εκτρέπονται από τη Γη λόγω του αυξημένου μαγνητικού πεδίου του Ηλίου. Έτσι σ' αυτές τις περιόδους υπάρχει λιγότερος άνθρακας 14 στον αέρα, ενώ το αντίστροφο συμβαίνει στις περιόδους χαμηλής ηλιακής δραστηριότητας. Καθώς είναι γνωστό το ποσοστό του άνθρακα 14 που μεταπίπτει σε άνθρακα 12, ανάλυση του λόγου αυτών των ατόμων στους δακτυλίους ενός δέντρου μπορεί να μας δώσει πόσος ραδιενεργός άνθρακας ήταν στον αέρα όταν δημιουργήθηκε ο δακτύλιος και κατά συνέπεια αν ο Ήλιος ήταν ενεργός ή όχι. Η εναπόθεση του βηρυλλίου στους πάγους επηρεάζεται με τον ίδιο τρόπο από την κοσμική ακτινοβολία και μας δίνει επίσης πληροφορίες για το πώς μεταβαλλόταν η ηλιακή δραστηριότητα στο παρελθόν.

Έχει προταθεί ότι ο ηλιακός άνεμος και το μαγνητικό πεδίο του ήλιου μπορούν να περιορίσουν τον αριθμό των κοσμικών ακτίνων (σωματίδια υψηλής ενέργειας) που εισέρχονται στη γήινη ατμόσφαιρα. Οι κοσμικές ακτίνες είναι αυτές που συγκρούονται με τα μόρια αέρα για να παραγάγουν τα δευτερογενή σωματίδια που δίνουν τους τύπους των σύννεφων που ενεργούν για να ψύξουν τη Γη.

Με άλλα λόγια, η αυξανόμενη ηλιακή δραστηριότητα σημαίνει λιγότερες κοσμικές ακτίνες, λιγότερα σύννεφα, και περισσότερη θέρμανση.

Μερικοί σκεπτικιστές του φαινομένου του θερμοκηπίου υποστηρίζουν ότι αυτός ο συσχετισμός μεταξύ της γήινης θερμοκρασίας και της ηλιακής δραστηριότητας είναι καλύτερος και ομαλότερος απ' ό,τι ο οποιοσδήποτε συσχετισμός με το CO2.

Δορυφόροι παρακολουθούν καθημερινά τις δραστηριότητες του ήλιου. Παρατηρήστε τις δραματικές αλλαγές στην ατμόσφαιρα του ήλιου από το ηλιακό ελάχιστο του 1996 (αριστερή εικόνα) μέχρι το ηλιακό μέγιστο του 2000 (δεξιά εικόνα). (Ηλιακό Διαστημικό παρατηρητήριο SOHO).

Οι ειδικοί επιστήμονες πάνω στο κλίμα έχουν παρατηρήσει ήδη τις αλλαγές που σχετίζονται με τη δραστηριότητα των κηλίδων του  ήλιου - έναν κύκλο περίπου 11 ετών - και τις μακροπρόθεσμες αλλαγές στη φωτεινότητα του ήλιου, η οποία έχει έναν κύκλο που διαρκεί επί αιώνες.

Όμως, έχουν απορρίψει την επίδραση και των δύο φαινομένων στην αύξηση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια του τελευταίου αιώνα, είτε γιατί αυτές συμβαίνουν σε ένα πολύ μικρό χρονικό διάστημα ή γιατί είναι πάρα πολύ ασθενείς.

Αλλά μέχρι τώρα έχουν παραλείψει να πάρουν υπ' όψιν τους δύο άλλους παράγοντες:

• Οι μεταβολές στην ποσότητα της υπεριώδους ακτινοβολίας που έρχεται από τον ήλιο έχουν επιπτώσεις στο στρώμα του όζοντος. Το στρώμα του όζοντος είναι ένα πολύ σημαντικό μέρος της ατμόσφαιρας γιατί εκεί γίνονται πολλές χημικές αντιδράσεις, που παίζουν ρόλο στον τρόπο που εξελίσσεται και η υπόλοιπη ατμόσφαιρα.

• Το μαγνητικό πεδίο του ήλιου και ο ηλιακός άνεμος - κυρίως υπό μορφή ηλεκτρονίων και πρωτονίων που εξέρχονται  από τον ήλιο - προστατεύουν ολόκληρο το ηλιακό σύστημα ενεργώντας σαν ένα είδος ασπίδας εναντίον των κοσμικών ακτίνων (πολύ ενεργητικά σωματίδια αλλά και ακτινοβολία από το εξωτερικό διάστημα).

Αυτή η ασπίδα δεν σταματά, όμως, όλες τις κοσμικές ακτίνες από το να εισέλθουν μέσα στην ατμόσφαιρα, και η αποτελεσματικότητά της μεταβάλλεται ανάλογα με τις μακροχρόνιες μεταβολές στη δραστηριότητα του ήλιου, η οποία μπορεί να αυξάνεται και ύστερα να πέσει σε μια χρονική κλίμακα πολλών αιώνων.

Νεφοκάλυψη

Μία από τις επιδράσεις που έχουν οι κοσμικές ακτίνες είναι ότι επηρεάζουν τη ποσότητα της νεφοκάλυψης. Δηλαδή, πόσο νεφελώδης είναι η Γη.

Δεξιά: Οι παράγοντες που επηρεάζουν τη θέρμανση. Τα αέρια του θερμοκηπίου (χλωροφθοράνθρακες, υποξείδιο του αζώτου, μεθάνιο και διοξείδιο του άνθρακα), η άμεση επίδραση του ήλιου και η έμμεση.

Έτσι εάν ο ήλιος υποστεί μακροχρόνιες αλλαγές στη δραστηριότητα του - που γίνεται - το ποσό των κοσμικών ακτίνων που θα φθάνουν στη Γη επίσης θα μεταβάλλεται την ίδια χρονική περίοδο, άρα και η γενική νεφοκάλυψη του πλανήτη μας.

Η ποσότητα των νεφών έχει επιπτώσεις στο ποσό της ακτινοβολίας που φθάνει από τον ήλιο στην επιφάνεια του πλανήτη μας, που στη συνέχεια έχει επιπτώσεις  στην παγκόσμια θερμοκρασία.

Τα στοιχεία που συλλέγονται από τους δορυφόρους δείχνουν ότι η ποσότητα των χαμηλών νεφών πάνω από τη Γη ακολουθεί στενά την ποσότητα των κοσμικών ακτίνων που φθάνουν στη Γη.

Η προκύπτουσα θέρμανση, λοιπόν, που οφείλεται σε αυτό το φαινόμενο κατά τη διάρκεια του τελευταίου αιώνα θα μπορούσε να συγκριθεί με την ποσότητα της θέρμανσης, που οι άνθρωποι νομίζουν ότι οφείλεται στην επίδραση του φαινομένου του θερμοκηπίου.

Αν προσθέσουμε σε αυτό το φαινόμενο και τις άλλες επιδράσεις που οφείλονται στον ήλιο, και τότε τα αέρια του θερμοκηπίου γίνονται κατά 50% λιγότερο υπεύθυνα για τις αυξανόμενες παγκόσμιες θερμοκρασίες.

Μικρή επίδραση

Η άλλη πλευρά του νομίσματος είναι ότι η μείωση των εκπομπών των αερίων του θερμοκηπίου, θα έχει πολύ μικρότερη επίδραση στη σταθεροποίηση της θερμοκρασίας, από όσο νομίζουν μερικοί άνθρωποι, και δύσκολα μπορεί να έχει οποιαδήποτε επίδραση πάνω σε αυτό το φαινόμενο.

Ίσως η συνεχιζόμενη χρήση ορυκτών καυσίμων θα μπορούσε να είχε μικρή επίδραση στο κλίμα

Η ενέργεια που εκπέμπεται από τον ήλιο είναι υπεύθυνη για το σύστημα του κλίματος, και οι φυσικές αλλαγές στη συμπεριφορά του ήλιου μπορούν να έχουν μια πολύ μεγαλύτερη επίδραση από ό,τι η ανθρώπινη δραστηριότητα πάνω στο κλίμα.

Κατά συνέπεια, μερικοί άνθρωποι μπορεί να ρωτήσουν: "Αν είναι έτσι, γιατί να υπάρχει η ανησυχία του κόσμου για τα αέρια του θερμοκηπίου;

"Εξ' αιτίας του προβλήματος της παγκόσμιας ανόδου της θερμοκρασίας, γιατί να υπάρχει ένα τεράστιο κόστος στη βιομηχανία για να μειώσουν με ειδικά φίλτρα τις εκπομπές των αερίων;  Αφού μπορεί να μην επηρεάζουν το κλίμα οι μειώσεις;"

Εάν ο ήλιος είναι πράγματι αυτός που κύρια συνεισφέρει στην πρόσφατη κλιματική αλλαγή, τότε τα χρήματα που ξοδεύονται για τη μείωση των εκπομπών μπορούν καλύτερα να ξοδευτούν για να δώσουν πιο καθαρό αέρα στις μεγάλες πόλεις και να καθαριστεί το πόσιμο νερό στον Τρίτο Κόσμο.

Κοσμικές ακτίνες

Αλλά η δραστηριότητα του Ήλιου επηρεάζει τη ροή των κοσμικών ακτίνων, τα σωματίδια υψηλής ενέργειας από το αχανές διάστημα, που διαπερνούν την ατμόσφαιρα μας. Συνεπώς, επειδή οι κοσμικές ακτίνες είναι η κύρια πηγή του ιονισμού στην ατμόσφαιρα της Γης αυτές μπορεί να έχουν μια επίδραση στον σχηματισμό των νεφών.

Σε γενικές γραμμές, όσο περισσότερες κοσμικές ακτίνες φθάνουν στη Γη, τόσο χαμηλά νέφη υπάρχουν. Πάντως, μια μεγαλύτερη ηλιακή δραστηριότητα οδηγεί σε χαμηλότερη ροή κοσμικών ακτίνων και μια μείωση των χαμηλών νεφών.

Τα χαμηλά νέφη ψύχουν τη Γη ανακλώντας περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία πίσω στο διάστημα, έτσι που μια ελάττωση στην ποσότητα των χαμηλών νεφών συμβάλλει στην  συνολική αύξηση της θερμοκρασίας.
Αντιθέτως τα υψηλά νέφη τείνουν να θερμαίνουν τη Γη, ανακλώντας προς τη Γη περισσότερη   υπέρυθρη ακτινοβολία.

Μπορεί λοιπόν η αλλαγή της νεφοκάλυψης να προκαλεί μια άνοδο της θερμοκρασίας.

Αναφορά: BBC, Paal Brekke (ηλιακός φυσικός που υπηρετεί στην ESA και είναι υπεύθυνος για το δορυφόρο SOHO της ESA-NASA)