Ochladí sa Zem v roku 2030? Čo je veľké solárne minimum a aký efekt bude mať na Zem

Intenzita slnečného žiarenia – svetla, tepla či ultrafialového žiarenia – je premenlivá. Súčasná astronómia pozná pravidelné 11-ročné cykly kolísania tejto svietivosti, ktoré sa vyznačujú svojimi maximami a minimami.

Rozdiel v tejto intenzite, vedecky nazývanej slovom irradiancia [z latinského in-radians, prúd energie dopadajúci na štvorcový meter plochy, pozn. red.], sa dá pozorovať okrem iného aj na prítomnosti slnečných škvŕn. Tie každých jedenásť rokov miznú a zase sa objavujú.

Túto premenlivú prítomnosť si v rokoch 1826 až 1843 všimol astronóm Heinrich Samuel Schwabe (1789
– 1875), ktorý využíval Slnko ako svetelné pozadie s cieľom objaviť predpokladanú planétu Vulkán medzi Merkúrom a Venušou. Namiesto objavu planéty však zistil, že škvrny sa na Slnku objavujú a miznú v pravidelnom cykle.

Cykly cyklov

Okrem 11-ročnej periódy neskôr astronómovia začali predpokladať aj obdobia, v ktorých sa slnečné škvrny na povrchu hviezdy nevyskytovali vôbec. Britský fyzik Edward Walter Maunder zozbieral historické dôkazy o veľkom minime medzi rokmi 1645 až 1715, ktoré hovorili o Slnku bez škvŕn.

Zároveň s týmito zisteniami vedci načrtli spojitosť medzi 11-ročným minimom a absenciou polárnych žiar, rozdielom v usadeninách v ľadovcoch, tvarom koralov či letokruhov. Základné cykly sa tiež označujú poradovými číslami – v roku 2019 sa skončil cyklus číslo 24 [cykly sa počítajú od roku 1755, pozn. red.].

To, že slnečná iradiancia počas takzvaného Maunderovho minima bola na extrémne nízkej úrovni, potvrdila aj štúdia z roku 2015, ktorú vypracoval tím vedcov pod vedením Iľju Usoskina pre časopis Astronomy & Astrophysics.

Bádatelia pre túto štúdiu opätovne podrobili existujúce dáta o slnečnej intenzite hĺbkovej analýze a preukázali, že Maunderovo minimum (slnečná aktivita v rokoch 1638 až 1715) bolo obdobím extrémne nízkej iradiancie, dokonca nižšej ako počas takzvaného Daltonovho minima na začiatku 19. storočia.

„Slnečná aktivita bola počas Maunderovho minima skutočne na mimoriadne nízkej úrovni. Hoci presná úroveň je stále nejasná, určite bola nižšia ako počas Daltonovho minima okolo roku 1 800 a výrazne nižšia ako počas súčasného slnečného cyklu č. 24,“ uviedli astronómovia v závere štúdie.

Treba tiež pripomenúť, že Maunderovo minimum časovo korešponduje s malou ľadovou dobou, ktorá v Európe trvala od začiatku 16. storočia do polovice 19. storočia – hoci americký NASA či Medzivládny panel o zmene klímy toto obdobie hodnotia ako „regionálne“, keďže sa týkalo takmer výlučne severnej pologule.

Kedy nastane ďalšie „veľké“ minimum

Švédsky geológ Nils-Axel Mörner vo svojich prácach opísal malú ľadovú dobu ako fenomén, ktorý nastáva súčasne s oslabením slnečnej aktivity.

„Počas predchádzajúcich miním, teda Spörerovho minima (asi 1460 – 1540), Maunderovho minima (zhruba 1638 – 1715) a Daltonovho minima (okolo 1790 – 1830) sa klimatické podmienky zhoršili do fázy malej doby ľadovej,“ napísal vedec.

Geológ na základe záverov niekoľkých vedných disciplín – od sledovania slnečných škvŕn cez cykly prúdenia v severnom Atlantiku (Golfský prúd) „za posledné tisícročie“, objavenie rádioaktívnych izotopov vesmírneho pôvodu v starších geologických vrstvách až po históriu postavenia planét v Slnečnej sústave – vyhlásil, že „v rokoch 2030 – 2040 zažije Slnko nové veľké slnečné minimum“.

Fyzička z britskej Northumbrijskej univerzity Valentina Zharkovová pre toto minimum stanovila iný časový rámec, ohraničila ho rokmi 2020 a 2053. To sa však nevylučuje s Mörnerovým predpokladom, a najmä vrchol oboch období je približne v roku 2035.

Zharkovová okrem štúdie o solárnom minime zverejnila na stránke amerického Národného zdravotného inštitútu aj štúdiu o pozorovaní slnečných erupcií. Zatiaľ čo v geológii je dekáda asi najmenší zmysluplný časový rámec, v astronómii sa používa zriedkavo. To by vysvetľovalo širší rozsah Zharkovovej rámca pre veľké solárne minimum.

Vedkyňa v štúdii o veľkom solárnom minime vysvetlila proces, akým vznikajú slnečné škvrny. Tie sú dôsledkom zväzkov magnetického prúdenia, ktoré vyráža na povrch Slnka z jadra, ktoré je magneticky aktívne, a narúša elektromagnetickú rovnováhu na povrchu. Magnetické zväzky, ktoré opustia slnečný povrch, tiež narúšajú magnetosféru Zeme v oblasti pólov, kde nabíja častice v hornej vrstve atmosféry – čo spôsobuje polárnu žiaru.

Dôležitou pre pochopenie škvŕn a magnetického prúdenia je teória takzvaného solárneho dynama. Jadro Slnka sa podľa predpokladov otáča, čo mení smer základných magnetických siločiar. V období slnečného maxima nasmeruje toto dynamo magnetické toky pozdĺž rovnobežiek či rovníka (toroidný smer). V období minima sa dynamo oslabí a siločiary sa vracajú do svojho pôvodného poloidného smeru – a teda prepájajú slnečné póly.

„Tento proces sa nazýva slnečné dynamo, ktoré každých približne 11 rokov (slnečný cyklus) obracia magnetickú polaritu Slnka alebo sa každých približne 22 rokov vracia k rovnakej magnetickej konfigurácii (Haleov cyklus),“ vysvetľuje Encyklopédia Slnečnej sústavy z roku 2007.

Zharkovová tiež citovala údaje o magnetických cykloch z Wilcoxovho slnečného observatória, ktoré dokazujú, že oscilácia magnetických výkyvov sa spomaľuje. To znamená, že sila „slnečného dynama“ v dlhodobom meradle slabne, čo naznačuje nástup veľkého solárneho minima.

Vedkyňa tiež naprojektovala predpokladané veľké solárne minimum pre roky 2370 až 2415, a to práve na základe vysokej miery stability v cyklickom vývoji magnetickej oscilácie v Slnku.

Pripomenula, že aj v rokoch 1270 až 1350 bolo Slnko vo fáze veľkého minima, ktoré sa nazýva Wolfovo minimum [podľa astronóma Rudolfa Wolfa (1816 – 1893), ktorý pokračoval v Maunderovej práci, pozn. red.].

Aký vplyv na Zem bude mať "zoslabnuté" Slnko

Zharkovová aj Mörner predpokladajú, že následkom zníženia intenzity slnečného žiarenia poklesnú priemerné ročné teploty na Zemi. 

Švédsky geológ dokonca poukázal na to, že oslabenie žiarenia má za následok zrýchlenie zemskej rotácie, čo môže narušiť oceánske prúdenie na miestach bližšie k rovníku. Keďže Golfský prúd prináša do západnej Európy zohriaty vzduch, jeho koniec môže vyústiť do radikálneho regionálneho ochladenia starého kontinentu.

To, že aj veľké minimá sú cyklické, vidieť na zdokumentovaných prípadoch. Počnúc takzvaným Homérskym minimom (950 až 800 pred Kristom) cez koniec rímskej teplej doby okolo roku 400, Oortovo minimum v strede „stredovekého klimatického optima“ (1040 až 1080), Wolfovo, Spörerovo až po tie, ktoré vymenoval Mörner, sa minimá opakujú v cykloch, ktoré trvajú viac-menej storočia.

Zharkovová v tejto súvislosti zdokumentovala výkyvy priemerných ročných teplôt, pričom ich oscilácia takmer presne odráža stúpanie či klesanie slnečnej iradiancie. K Maunderovmu minimu vysvetlila, že celková intenzita slnečného žiarenia klesla o 0,22 percenta, čo sa odrazilo na poklese priemernej teploty na severnej pologuli o jeden až jeden a pol stupňa Celzia.

„Tento zdanlivo malý pokles priemernej teploty na severnej pologuli viedol k zamrznutiu riek, studeným dlhým zimám a chladným letám,“ doplnila. Ochladenie sa však do istej miery týkalo celej planéty, podotkla.

Podľa Mörnera sa tiež v 30. rokoch tohto storočia v dôsledku veľkého solárneho minima rapídne ochladí, „čo je zistenie v priamom rozpore s tézou o odľadnenej Arktíde do roku 2030, ako ho prezentoval IPCC“, teda Medzivládny panel o zmene klímy.

Nepravidelnosť v cykloch veľkých miním vysvetlil geológ takzvaným planetárnym rytmom (planetary beat). „Namiesto pevných ‚keplerovských‘ pohybov planét okolo Slnka sa slnečno-planetárna sústava správa ako sústava viacerých telies, ktorá sa neustále prispôsobuje svojim pohybom okolo spoločného ťažiska,“ napísal Mörner.

„Na všetky zúčastnené planetárne telesá vrátane Slnka pôsobia nepravidelné gravitačné sily a sily uhlového momentu [veľkých planét]. Ich rytmus pravdepodobne generuje zmeny slnečnej aktivity v slnečných cykloch,“ vysvetlil.

Planéty teda svojou gravitáciou vplývajú na jadro Slnka, a tým aj na spomínané dynamo, ktoré sa následne otáča nepravidelným spôsobom.

Svoju úlohu zohráva aj ozón

Klimatológ z amerického Goddardovho inštitútu pre vesmírne štúdiá pri NASA Drew Shindell poukázal na fakt, že pokles teploty počas malej ľadovej doby súvisí s klesaním množstva ozónu v stratosfére. Ozón sa tvorí pôsobením ultrafialového žiarenia na molekuly kyslíka (O₂), ktoré sa pod vplyvom vysokoenergetických lúčov menia na O₃.

Do istej miery tiež bráni úniku tepla zo zemského povrchu, jeho nedostatok tak vplýval na atmosférické prúdenie a stabilizáciu vzduchu nad teplými oblasťami.

Zharkovová v ďalšej štúdii poukázala aj na to, že pokles žiarenia zo Slnka a následné oslabenie ozónovej vrstvy počas Maunderovho minima vyústilo do nárastu úrovne kozmického gama žiarenia. Slnečné magnetické pole totiž „kontroluje úroveň kozmického žiarenia, ktoré dosahuje atmosféry planét Slnečnej sústavy vrátane Zeme“, vysvetlila.

„Výrazná redukcia slnečného magnetického poľa počas veľkých slnečných miním nepochybne povedie k zvýšeniu intenzity galaktického a extragalaktického kozmického žiarenia, ktoré následne povedie k tvorbe vysokých oblakov v pozemských atmosférach a napomôže ochladzovaniu atmosféry,“ pokračovala Zharkovová.

„To zasa môže viesť k poklesu teploty na zemi až o jeden stupeň Celzia oproti súčasnej teplote počas nasledujúcich troch [11-ročných] cyklov nadchádzajúceho veľkého minima,“ avizovala vedkyňa. „To bude mať za následok, že priemerná teplota sa stane nižšou ako súčasná a bude len o 0,4 stupňa Celzia vyššia ako [priemerná] teplota nameraná v roku 1710.“

„Existujú jedinečné efekty vesmírneho počasia, ktoré sa počas slnečného minima zosilňujú. Napríklad počet galaktických kozmických lúčov, ktoré dosiahnu horné vrstvy zemskej atmosféry, sa počas slnečného minima zvyšuje,“ doplnila NASA v informačnom materiáli o slnečnom minime, ktoré sa začalo v roku 2019.

„Horné vrstvy zemskej atmosféry sa za normálnych okolností ohrievajú a nadúvajú ultrafialovým žiarením zo Slnka. Družice na nízkej obežnej dráhe Zeme zažívajú trenie, keď prelietavajú okrajmi našej atmosféry. Toto trenie spôsobuje odpor vzduchu, v dôsledku čoho satelity časom strácajú rýchlosť a nakoniec padajú späť na Zem,“ vysvetlil Dean Pesnell, tiež z Goddardovho vesmírneho inštitútu.

„Počas slnečného minima však tento prirodzený ohrievací mechanizmus slabne. Horné vrstvy zemskej atmosféry sa ochladzujú a do určitej miery sa môžu zrútiť,“ varoval úrad.

Nájdu sa aj skeptici

Klimatológovia jednohlasne tvrdia, že za súčasnými klimatickými zmenami stojí človek. Ľudská činnosť od začiatku priemyselnej revolúcie spôsobila kontinuálny rast priemerných ročných teplôt, na čom sa podľa posledných štyroch metaštúdií zhoduje takmer 100 percent klimatických vedcov.

Portál Skeptical Science ukázal, že ochladenie, o ktorom hovorili vyššie spomenutí vedci, nenastane, a to v dôsledku pokračujúceho globálneho otepľovania. Aj napriek tomu je však pokles iradiancie príliš malý a nespôsobí až taký pokles teploty.

„V porovnaní so súčasnou úrovňou predstavuje Daltonovo minimum pokles slnečného žiarenia na zemskom povrchu o 0,08 percenta a Maunderovo minimum o 0,25 percenta,“ píše portál. Ďalej podotkol, že je to dané stabilitou slnečného žiarenia, a práve industriálna činnosť „ohrozuje stabilitu klímy, ktorá bola taká priaznivá pre náš rozvoj“.

Samotná klimatológia už od začiatku tohto storočia utrpela niekoľko šokov. Zatiaľ čo IPCC v Tretej hodnotiacej správe z roku 2001 použila takzvaný hokejkový graf zostavený profesorom meteorológie Michaelom Mannom, ktorý zobrazoval rapídne stúpanie priemernej ročnej teploty od 80. rokov, v Štvrtej hodnotiacej správe (2007) už ho nepoužili.

Dôvodom boli obvinenia, že Mann otvorene manipuloval s údajmi o vývoji teplôt tak, aby na spomenutom grafe udržal stúpajúcu tendenciu. Okrem neho boli do škandálu známeho ako Climategate zapojení viacerí jeho kolegovia z Pensylvánskej štátnej univerzity.

Keď na to poukázali dvaja externí komentátori magazínu National Review Rand Simberg a Mark Steyn – ako aj na to, že Penn State viedla interné vyšetrovanie Manna, na ktorom nikoho iného nevypočuli –, Mann na nich podal žalobu za nactiutŕhanie.

Spor sa vliekol 12 rokov a vyústil do toho, že Simberg a Steyn museli zaplatiť klimatológovi kompenzáciu vo výške jedného dolára. Okrem toho však Simberg musel zaplatiť pokutu tisíc dolárov, Steyn až milión dolárov. Tento trest mu neskôr znížili na päťtisíc dolárov.

Na druhej strane v marci rozhodol súd vo Washingtone DC, že Mann musí zaplatiť súdne trovy v samostatnom spore s National Review, ktoré sa vyšplhali na pol milióna dolárov.

Jedna z popredných klimatologičiek Judith Curryová zase upozornila, že klimatické modely, ktoré používa okrem iných inštitúcií aj IPCC, sú náchylné na zobrazovanie príliš rozdielnych výsledkov. Nestála metodológia, na ktorej sú naprogramované, spôsobuje, že v časovom rámci storočia projektujú oteplenie o desať stupňov Celzia i ochladenie o šesť stupňov Celzia.

Bývalá riaditeľka klimatologického inštitútu na Technickom inštitúte štátu Georgia po odchode z akademickej pôdy založila blog, na ktorom dvojica vedcov poukázala na to, že pozorované teploty medzi rokmi 2000 až 2015 sa príliš odlišujú od predikcií IPCC.

Spomínaný „klimatologický konsenzus“ však počíta s tým, že ľudia majú na atmosférické procesy omnoho väčší vplyv ako Slnko. Vedci okolo Curryovej vplyv ľudskej činnosti nespochybňujú, jeho mieru však stanovujú na omnoho nižšiu úroveň, o čom Patrick Michaels a Paul „Chip“ Knappenberger píšu v knihe Lukewarming.

Vplyv Slnka tak nespochybňujú ani prísni zástancovia konsenzu, hoci zmenšujú jeho dosah na vývoj priemerných ročných teplôt. Rovnako tak odporcovia „človekom spôsobenej“ (human-induced) klimatickej zmeny od prvej dekády tohto storočia nepopierajú vplyv priemyslu, hoci mu upierajú popredné postavenie medzi príčinami otepľovania.