SOL E CLIMA (2 PARTE)

Escrito por Luigi Mariani

http://www.climatemonitor.it

Os ciclos de atividade solar

Graças aos estudos realizados no século XIX até hoje têm sido identificadas  outros ciclos solares de curto prazo  que se adicionam ao ciclo de onze anos de Schwabe e eles são:

  • O ciclo de Hale  com uma duração média de 22 anos (de minimo a minimo)
  • O ciclo de Gleissberg  com uma duração média de 70 – 100 anos
  • O ciclo de Vries com uma duração média de 200 – 220 anos

Ao ciclo de Vries se poderia associar o aumento do 0.9% do IST e do 0,97% do UV (radiação 0,2-0,3 micra) desde o  mínimo de Mounder até hoje (Lean et al. 1995).

A estes ciclos de curta duração é sobreposto uma variabilidade de um médio prazo atestada pela análise de séries temporais de carbono-14 presente nos tecidos vegetais e no berílio 10 encontrados no gelo do Ártico. Usoskin (2008) propõe um grafico da atividade solar no Holoceno  mostrado  na figura.

  1. Para dizer que para encontrar uma TSI semelhante ao do século passado, deve mesmo voltar a 9000 anos atrás, confirmando assim o que surgiu a partir da obra de Solanki et al. (2004)
  2. Para avançar a hipótese de que o alto nível de atividade solar a partir de 1940 seria equivalente a um “grande maximo”, reentrando portanto  em  uma classe de eventos raros, cuja freqüência de ocorrência é o tema do debate.

O gráfico de Usoskin (Figura 4) mostra com grande eficácia os grandes minimos e  em particular o mínimo de Spoerer (1415-1534) e o minimo de Mounder (1645-1715). Observe-se também que o Período Quente Medieval (MWP) não é acompanhado por alta atividade solar, o mesmo é pode-se ver  para o periodo do Optimum  Romano (em torno do nascimento de Cristo) e o optimum micênico (por volta do século 11 a.C.) no entanto o grande optimum  post-glaciale ideal seria associado a uma significativa atividade solar.

Figura 4 – Atividade solar no Holoceno  reconstruída a partir de Usoskin (2008) com base em dados de carbono-14.  As áreas vermelhas e azuis são, respectivamente, os grandes  máximos  e os grandes mínimos. 

Há também uma tendência de longo prazo para o qual o Sol desde o seu nascimento ( 4,5 bilhões anos atras) teria aumentado sua TSI por cerca de 30%.  Neste aumento gradual na atividade do Sol (estimado por analogia com o que acontece em estrelas similares o nosso Sol) toda a comunidade científica não é unânime, porém alguns estudiosos defendem uma substancial  estácionariedade na atividade do Sol durante todo seu ciclo de vida (…. ).

Sobre a variabilidade solar muito foi aprendido através dos  radiômetros montados em satélites  a fim de excluir a interferência da atmosfera da Terra. Com esses instrumentos foi possível apreciar mais quantitativamente  a variabilidade mais fina, até uma escala diária e especificar as relações entre caracteres morfológicos (fáculas, manchas, grãnulos, etc.), e aspectoenergeticos (TSI e seus componentes em diferentes regiões do espectro).Isto não exclui, no entanto, que ainda há muito mais para conhecer.

Outras reconstruções de atividade solar tem sido baseadas em novos dados radiométricos do satélite, segundo as quais eles desenvolveram modelos empíricos que descrevem a variabilidade da STI não só em termos de número de manchas solares (número de Wolf), mas também para a área “ocupada por as fáculas.  A este respeito, podemos citar:

  • O trabalho de Lean et al (1995), que reconstrói a atividade solar entre 1610-1990 e cujo conjunto de dados foi recentemente prorrogado até 2000 (Figura 6) e está disponível no site http://www1.ncdc.noaa. gov/pub/data/paleo/climate_forcing/solar_variability/lean2000_irradiance.txt
  • O trabalho de Foukal  (2002) de estima do andamento  do TSI desde 1920-1994 de acordo com os dados mais recentes provenientes de satélites radiômetros (Figura 5), usados para interpretar os dados digitalizados dos espectroheliogramas  do observatório astronómico de Monte Wilson.
Figura 5 – Diagrama de atividade solar para o período 1920-1994 produzido por Foukal (2002).  As unidades são expressas em desvios percentuais e as series  estão alisade com uma média móvel de 11 termos.  Em vermelho é o TSI enquanto em laranja a emissão de UV.  Note-se que o máximo no UV foi alcançado em 1955 quando, pelo contrário, o máximo da TSI foi alcançado mais recentemente. 

Figura 6 – Diagrama de atividade solar para o período 1610-2000 produzido por Lean et al. (1995).   A linha vermelha mostra os dados anuais, enquanto a fina linha preta indica a média móvel de 11 termos aplicados aos dados para alisarlos. 

Em ambas as obras são destaque os bons níveis de correlação entre a atividade solar e as temperaturas globais, e em especial:

  • Foukal (2002) destaca o fato de que, no período 1915-1995, a temperatura da superfície da terra e do TSI apresentou uma correlação (expressa como r) de 0,91. Uma  menor correlação é observada  apenas para a radiação ultravioleta.
  • Lean et al. (1995)  apontam que desde 1610 até o 1800, a TSI  aparece estar correlacionada com um r de 86%  com as temperaturas globais no mentre  a extensão até o presente  poderia justificar aproximadamente o 50%  do aumento das temperaturas que ocorreu entre 1860 e 1970 e cerca de 1 / 3 do aumento que ocorreu desde 1970.

Não é minha intenção de ir para a investigação dos níveis de correlação estatística entre a atividade solar e as temperaturas globais.  Eu só quero assinalar que:

  1. Não é certo que correlação  implica necessariamente a existência de uma relação causa-efeito entre TSI e as temperaturas terrestres
  2. È impressionante que a correlação entre as temperaturas globais e a atividade solar é mais forte do que entre as temperaturas globais e os níveis de CO2, mas aqui eu limito a observar que o sistema tem muitos feed-backs que poderiam explicar o fato.
  3. A  correlação entre duas variáveis devem ser investigadas somente depois de eliminar a componente de tendência que na série em análise é muito importante (veja o artigo sobre o tema da Hammel e Lockwood 2007, dedicado a um aquecimento global que atuaria no planeta  Netuno)
  4. Se assumimos por um momento que o Sol é o único agente causal da variabilidade das temperaturas de superfície do nosso planeta, se deve considerar uma sensibilidade de 1 ° C por aumento cada Wm-2 de incremento da TSI.
  5. Para resolver o problema acima referido é necessário identificar um mecanismo de amplificação. Entre as hipotesis  em campo é preciso  lembrar aqueles de  Shaviv e  Svensmark sobre os  raios cósmicos ou aquele de Erl Happque poe  ênfase sobre os efeitos da energia solar na estratosfera;  e nós retornaremos depois ( aqui , aqui e aqui no CM).

Aliás, lembre-se que o problema do mecanismo de amplificação envolve também a teoria do AGW, em quanto o CO2 é um gás de efeito estufa  secundário e sem alguns feedbacks positivos (nuvens, vapor d’água, etc.) poderia muito pouco sobre a temperatura do planeta a ser creditado com um pequeno forcing  de 3,7 ° C na transição do nível pré-industrial de 280 ppm e com a esperança que dobrando-se por volta de 2050  (560 ppm), correspondendo a menos de 1 ° C de aumento na temperatura global

Também não é possível que sobra a TSI  não seja ativo o mesmo  mecanismo de amplificação (feed-back do vapor de água, e as nuvens em primeiro lugar) que é invocado pela teoria do AGW para o CO2 atmosférico.

È preciso, então, perguntar-se como isso se traduz em termos de circulação esta suposta amplificação entre a TSI  e as temperaturas.  A pergunta é legítima porque é a energia do sol que  pôe em marcha o sistema climático da Terra, que é conduzido da inegual distribuição de energia  do Sol sobre a superfície da Terra, com o excesso de energia  sobre a zona intertropical, compensado principalmente  pela circulação atmosférica, responsável por mais de 80% do transporte de energia em direção aos pólos, enquanto os restantes 20% do transporte é devido à circulação do oceano. A partir deste papel fundamental da circulção, revelado em síntese a partir do diagrama da Figura 7 resulta que se não temos os instrumentos adequados para a análise da circulçaõ  não é de qualquer forma possível discutir o clima do nosso planeta.

Figura 7 – Diagrama mostrando a relação entre a radiação de entrada e saída do planeta Terra.  Note-se que a radiação emetida é latitudinalmente muito mais uniforme da radiação em entrada (por exemplo, os pólos recebem em média 50Wm2  e  emitem 200), o que ilustra o papel fundamental da circulação atmosférica na determinação da energia do planeta). É também de referir que a emissão média do planeta é de 235 W m-2, que sob a lei de Stefan Boltzmann corresponde à emissão de um corpo negro a 253 K (-19 ° C).  A diferença entre os -19 da camada  emitente  e a temperatura da superfície de +14 deve-se ao benéfico efeito estufa. 

A tale esquema se refere por exemplo Otter et al. (2010)  que em seu artigo intitulado “forças externas como um metrônomo para multidecadal variabilidade do Atlântico” mostram que a atividade solar e atividade vulcânica poderia agir sobre o clima através de um mecanismo que envolve a AMOC (Atlantic Meridional Overturing Circulação).

AMOC é o grande rio de água na superfície e move-se em águas rasas das latitudes tropicais para o Ártico, e  na proximidades do Labrador livra-se da energia nele contida e afundando desencadeia uma corrente profunda que flui continuamente para os trópicos em profundidades de 2000-3000 m.  AMOC é responsável pela Oscilação do Atlântico multidecadal (AMO), ou seja, a oscilação das temperaturas da superfície do Oceano Atlântico, que por sua vez afeta o actual regime das grandes correntes ocidentais, descrita pelo Atlântico Norte Oscillation (NAO) ou, o que é o mesmo do Artic  Oscilação (AO).

Em essência, portanto, a TSI atuaria em dois fenômenos oceânicos (AMOC e AMO).  Estes fenômenos modulam um fenômeno atmosférico (as grandes correntes ocidentais) chave para o clima porqué responsável pelo intercâmbio de energia entre os trópicos (célula de Hadley) e altas latitudes da Terra.

. Um mecanismo  mais complexo é aquele  proposto por Erl Happ e que atribue  um papel fundamental a estratosfera.  Na Figura 8 mostro um esquema  produzido por mim para resumir o modelo básico físico-químicos propostos por Happ.

Figura 8-Diagrama que ilustra o modelo Happ das relações entre atividade solar e as temperaturas de superfície. O modelo se baseia tanto na química que de alguns fenômenos importantes  de circulação global (o vórtice polar, células dinâmicas) 

Note-se que o aumento da TSI (e particularmente da componente UV) resulta em uma intensificação do vórtice polar e o resultado final è um aumento na temperatura da superfície. Devo salientar que o modelo de Happ, porém fascinante, não é suportado por referências e penso que isso depende de um conhecimento muito fragmentário que  existe sobre as interações entre a estratosfera e a mesosfera invocado por Happ como anel principake da cadeia causal que ele  acredita que seria a base da mudança climática.

(2 – final)

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Referências citadas no texto

  • Foukal P., 2002. . A comparação do total solar variável e saídas de irradiação ultravioleta, no século 20, Geophysical Research Letters, vol. 29, n°. 23, 2089, doi:10.1029/2002GL015474, 2002
  • Foukal P., C. Frohlich, P. Foukal, H. Spruit, TML Wigley, 2006.  As variações na luminosidade solar e seus efeitos sobre o clima da Terra, a Natureza, Vol 443 | 14 de setembro de 2006 | doi: 10.1038/nature05072.
  • Foukal P., 2010. Como Reconstrução de Variação Irradiância Solar nos ajuda a entender mudança climática Heliofísica, Inc., Observador Solar, n º 1/2010, 34-36 (www.heliophysics.com/documents/Solar%20Observer_Final.pdf).
  • HB Hammel e GW Lockwood, 2007. Suggestive correlations between the brightness of Neptune, solar variability, and Earth’s temperature, Geophysical Research Letters, vol. 34, L08203, doi:10.1029/2006GL028764, 2007
  • E. Happ, C. Wolk 2009.  Teoria geral da variação natural do clima apoiado pela observação da mudança da temperatura da atmosfera e do mar entre 1948 e setembro de 2009. (Http: / climatechange1.wordpress.com/2009/11/08/the-climate-engine / /)
  • Newton HW, 1958.  A face do Sol, Sansoni, 301 pp
  • Ottera OH, Bentsen M., Drange H., Suo L., 2010. Uma força externa como um metrônomo para o Atlântico variabilidade multidecadal, Nature Geoscience, Vol. 3, Outubro de 2010, publicado em linha o 12 de setembro de 2010 | doi: 10.1038/NGEO955
  • Solanki SK, Usoskin IG, B. Kromer, M. Schussler, J. Beer, 2004. Insólito atividade do Sol durante as últimas décadas comparação com o anterior 11,000 anos, vol Natureza. 431, 28 OCTOBER 2004, 1084-1087.
  • Usoskin IG, 2008.  A História da Actividade solar ao longo de milênios, sala de Rev. Solar Phys., 5, (2008), 3, 1-88 (diponibile http://www.livingreviews.org/lrsp-2008-3 gratuito)

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