El clima del último milenio: Manchas y ciclos solares

Los cambios climáticos del Ultimo Milenio parece que han estado muy relacionados con la variabilidad de la luminosidad solar. Desde 1610 se han venido realizando en Europa observaciones telescópicas y recuentos de la aparición y desaparición de manchas solares. Otras fuentes de información permiten remontarse más allá en el tiempo, especialmente los textos históricos de China, y establecer períodos más remotos de máxima y mínima actividad solar. El astrónomo John A. Eddy fue el primero que recopiló todas las informaciones existente sobre manchas solares.

Las manchas solares, que se pueden ver fácilmente con cualquier telescopio o, incluso, a simple vista con métodos más rudimentarios, son zonas oscuras y relativamente más frías de la fotosfera solar. La fotosfera es la superficie visible del Sol. Su temperatura media es de 5.800 ºK. Las manchas solares se encuentran a temperaturas varios cientos de grados más frías que el conjunto de su superficie. Esa zonas, al ser oscuras, emiten menos energía de la normal, pero las áreas que las rodean, las fáculas solares, aparecen, por el contrario, más brillantes. De esta forma, resulta que, en su conjunto, el Sol emite más energía cuantas más manchas solares haya en un momento determinado.

Algunas manchas solares alcanzan gran tamaño y duran varios meses. Otras no pasan de algunos centenares de kilómetros y desaparecen a los pocos días. Las manchas corresponden a zonas en que fuertes campos magnéticos retienen temporalmente el calor que fluye del interior del Sol hacia la fotosfera. Las primeras manchas de un nuevo ciclo aparecen junto a los polos. En los años siguientes surgen otras, cada vez más cercanas al ecuador solar, hasta completar el denominado “máximo solar”. Desde mediados del siglo XIX se sabe que el número anual varía aproximadamente en ciclos de 11 años.


Fig. Manchas solares
http://www.gsfc.nasa.gov/indepth/photos_space2001.html

Existe una clara relación entre el número variable de manchas solares y la intensidad del flujo de radiación solar que incide verticalmente en un plano circular de intercepción (de radio igual al terrestre) situado teóricamente en el tope superior de la atmósfera. Se le denomina “insolación solar total”, o “constante solar”. En la actualidad este flujo, cercano a los 1.370 W/m2 oscila aproximadamente en 1,2 W/m2 entre el máximo y el mínimo del ciclo (Lean, 2000; Lean, 2001; Wilson, 2003). Eso supone una oscilación media global de unos 0,3 W/m2 en la insolación media recibida en el tope de la atmósfera, ya que la “insolación solar total” se reparte por una superficie esférica, cuya área es cuatro veces el área del círculo de intercepción (ver apéndice).

Aparte de estas variaciones cíclicas de 11 años, la radiación solar incidente en la Tierra ha ido cambiando a lo largo de los últimos siglos en ciclos de más larga duración causados por cambios internos en el Sol. Parece, por ejemplo, que existen los ciclos de Gleissberg, de 87 años de duración, uno de cuyos mínimos se alcanzará hacia el año 2030, lo que podría suponer una nueva pequeña era glacial según algunos estudiosos de los ciclos solares como Theodore Landscheit y DeVries-Suess.

La evolución del número de manchas solares y de la actividad solar deducida de la concentración del carbono-14 en la madera de los anillos de árboles y del berilio-10 en los sondeos de los hielos, indican que han existido diversos períodos excepcionales de debilidad solar durante el último milenio. Son los períodos de Wolf (hacia el año 1300), Spoerer (hacia el año 1500), Maunder (entre 1645 y 1715) y Dalton (1800-1830).

Probablemente fueron precedidos por un período de máxima actividad solar, el Máximo Solar Medieval (entre el 1100 y el 1250) (Jirikowic, 1994), semejante para algunos autores a un Máximo Solar Contemporáneo, que estaríamos atravesando actualmente y que sería causado porque la actividad magnética de la corona solar, impulsada por movimientos del interior del Sol, ha experimentado una tendencia al alza en el transcurso del siglo XX (Lockwood, 1999). Basándose en modelos, algunos autores creen que la actividad solar de los últimos 70 años ha sido la máxima habida en los últimos 8.000 años (Solanki, 2004).

Fig. Manchas solares desde 1600

De los períodos citados, el más anómalo y mejor conocido es el ocurrido entre 1645 y 1715 llamado Mínimo de Maunder (de su codescubridor, Walter Maunder, 1894). Durante su transcurso las manchas casi desaparecieron por completo. En aquellos años se dieron, por lo menos en Europa, inviernos muy crudos, como el de 1694-1695, durante el cual, según tres diferentes escritores de diarios particulares, el Támesis permaneció helado durante varias semanas (Kington, 1995). Picard, del Observatorio de París, escribía un día de 1671 que le hacía feliz haber descubierto una mancha ya que llevaba diez años auscultando el Sol cuidadosamente sin haber visto ninguna.

Se ha calculado que la “constante solar” durante el Mínimo de Maunder era unos 3,5 W/m2 menor que la actual, es decir, un 0,24 % más baja. En el estudio de estrellas semejantes al Sol se han observado variaciones de luminosidad aún mayores, de hasta el 0,4 % (Baliunas, 1990). Se calcula que el enfriamiento global provocado por esta disminución de insolación, sería en la superficie terrestre de entre 0,2 y 0,6 ºC (Lean, 1995). Pero en algunas regiones como el norte de América y el norte de Europa el enfriamiento parece que fue mayor: entre 1ºC y 2ºC.

Las variaciones de radiación son cuantitativamente demasiado pequeñas para explicar por sí solas los cambios térmicos ocurridos desde el año 1645. Ahora bien, el mayor frío invernal, que afectó sobre todo al norte de Europa y Asia, pudo amplificarse por una circulación zonal de vientos del oeste menos intensa en el hemisferio norte y un jet polar más lento y divagante. Como consecuencia aumentaría la frecuencia de los anticiclones de bloqueo en el Atlántico Norte y unos vientos del oeste menos zonales, por lo que la influencia dulcificadora del Atlántico penetraría de forma menos clara en el continente (Ruzmaikin, 2004; Shindell, 2001; Wuebbles, 1998; Labitzke, 1990).

Por otra parte, las variaciones del flujo energético solar repercuten más en la parte del espectro radiativo correspondiente a las radiaciones ultravioletas, creadoras de ozono. La disminución de ozono durante el Mínimo de Maunder, debido a la baja intensidad de las radiaciones ultravioletas, sería lo suficientemente importante como para enfriar la baja estratosfera y modificar directamente la circulación estratosférica e, indirectamente, la circulación troposférica (Lean, 1995). Otros investigadores, sin embargo, creen que el modelo de evolución de la radiación solar de Lean es demasiado especulativo y no ven que haya correlación entre los cambios en la energía ultravioleta incidente y la temperatura media global (Foukal, 2004).

SAND-RIO

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