Maunder, Dalton & Co.: Om solaktivitet og klima

 

Klimafornekternes sinte skare har en forkjærlighet for astronomiske bortforklaringer. Ei slik borforklaring lyder:

Sola er kilden til all energi som Jorda mottar! Det er det bare vi klimarealister som skjønner. Og solstrålinga varierer: For 350 år sia var det flere tiår med redusert solaktivitet, og det førte til en kuldeperiode - «den lille istid». For 200 år sia var det igjen redusert solaktivitet, og det førte til en ny kuldeperiode: Folk gikk på skøyter på Themsen, og Terje Vigen rodde til Danmark. Nå har det vært økt solaktivitet i flere tiår, og det forklarer klimaendringene fram til ca 2000. Men fra år 2000 er det igjen redusert solaktivitet. Vi står foran et nytt Maunder-minimum og et nytt Dalton-minimum!¹ Derfor kommer det til å bli mye kaldere. Amatørene, sjarlatanene og klovnene i FNs klimapanel kan gå og legge seg!²

Som kjent har jeg et åpent sinn. Klimafornekterne kan jo ha et poeng, sjøl om du burde vaske seg oftere i kjeften. Det finns også ekte forskere – ikke bare enkelte Emerituser som har passert «Best før»-datoen – som meiner at variasjon i solaktiviteten kan forklare klimaendringene. Så la oss foreta en rimelighetsanalyse! Vi gjør noen enkle beregninger, akkurat som når vi ser på effekten av klimagasser.³

Jeg innbiller meg ikke at jeg kan beregne virkningene av sånne variasjoner særlig nøyaktig: Det ville kreve doktorgradskompetanse i mange tøffe fag, sofistikerte datamodeller og uhorvelig kraftige parallellprosessorer. Derimot kan jeg regne på gjennomsnittstall og bruke noen enkle sammenhenger fra fysikken, akkurat som når jeg prøver å regne på virkningen fra klimagasser. Hvis jeg regner på samme måte i de to tilfellene, vil de feilene jeg gjør også være omtrent like store. Får vi håpe!

Klima og vær på Jorda begynner og slutter med solenergien. En enkel og grunnleggende sammenheng lyder slik: Hvis Jorda stråler ut like mye energi som den mottar, så er den i energimessig balanse. Da foregår det ingen vesentlige klimaendringer.⁴ Hvis Jorda mottar mer energi enn den klarer å gi fra seg, foregår det oppvarming. Og hvis den gir fra seg mer energi enn den mottar, foregår det avkjøling. Overskudd på energi gir oppvarming; underskudd på energi gir avkjøling. ⁵

Når jordoverflata blir varmere, gir den fra seg mer varmestråling. Jorda fortsetter å bli varmere helt til overflata er så varm at den stråler ut like mye energi som den mottar: Da er den i energimessig balanse og blir verken varmere eller kaldere. Likeens; når overflata blir kaldere, gir Jorda fra seg mindre strålingsenergi – helt til den er i energimessig balanse.

Oppvarming eller avkjøling tar tid. Jorda henger etter! Om det ble bråslutt på alle utslipp av klimagass i morgen den dag, ville oppvarminga likevel fortsette i mange år. Det kommer av at dagens atmosfære gir en oppvarmingseffekt på ca 2,4 W/m². Energibalanse er først oppnådd når Jorda er blitt varm nok til å stråle ut 2,4 W/m² mer enn den gjør i dag. ⁶

Tilbake til variasjon i solaktiviteten: Målinger gjennom de siste 40 år viser at energifluksen fra Sola varierer med pluss og minus ca 0,7 promille i et syklisk mønster,⁷ i takt med variasjonen i tettheten av solflekker: Jo flere solflekker, jo varmere sol. Fra ca 2000 til i dag er solaktiviteten redusert med ca 1 promille. Mye tyder på at det kan vare lenge: Den forrige perioden med redusert aktivitet, det før nevnte «Dalton-minimum», varte fra ca 1790 til ca 1840.⁸

La oss anta at solaktiviteten i en lang periode synker med en hel promille. Så griper vi til Stefan-Boltzmanns strålingslov, en grunnstein i fysikken. Den er utledet teoretisk og bekreftet av utallige observasjoner. Avviser du Stefan-Boltzmann, må du kjøpe deg en helt ny fysikk. Denne loven sier at strålingsenergien fra et legeme er proporsjonal med den absolutte temperaturen i overflata av legemet, opphøyd i fjerde potens.⁹

Vi ser først på hva virkningen blir hvis vi regner på gjennomsnittstall¹⁰, og antar at ingen andre endringer virker på temperaturen. Stefan-Boltzmann forteller oss at hvis starttemperaturen er 15 grader C, dvs 288 K, og mottatt strålingsenergi blir redusert med 0,1 %, så synker temperaturen med 0,072 grader. Ikke mye å skrive hjem om, sammenliknet med den økningen vi får fra klimagassene.

Men solforskerne får hjelp av drivhuseffekten! Hvis temperaturen endres her på Jorda, så endres etterhvert innholdet av vanndamp i atmosfæren også: Temperaturøkning gir mer vanndamp; temperaturfall gir mindre vanndamp. Det gjelder uansett hva den opprinnelige endringa skyldes. Vanndamp er den viktigste klimagassen på Jorda, og kan tilskrives ca 75% av drivhuseffekten.¹¹ Hvis lufttemperaturen synker fra 15 grader C til 14,928 grader C, så vil metningstrykket av vanndamp synke med 0,46 %. Finn dine fysikalske tabeller og se sjøl, hvis du ikke trur meg.¹²

Som sagt; vanndamp kan holdes ansvarlig for ca 75% av drivhuseffekten.¹³ Virkningen av en drivhusgass er logaritmisk, ifølge teorien, men ved små endringer gjør det ikke store forskjellen om vi regner linjært. Så dermed regner vi trøstig videre, og finner at 0,46 % av 75 % av 33 grader blir 0,115 grader. Denne sekundærvirkningen kommer i tillegg til de 0,072 gradene vi beregnet først. Tilsammen 0,187 grader kaldere.

Det stopper nok ikke der: Når temperaturen synker, vil havet sakte men sikkert ta opp litt mer CO2 fra atmosfæren. Samtidig vil naturlige utslipp av metan – fra myr og våtmarker, fra tundra i vårsmeltinga, fra klatrater¹⁴ på havbunnen – bli redusert. Ikke mye, og det tar laaang tid før virkningen blir synlig, for havet er stort og djupt. Men alle monner drar.

Det finns flinke folk som kan regne på disse effektene. Jeg er ikke en av dem! Derfor lar jeg være å prøve. Jeg nøyer meg med å fastslå at i det riktig lange løp vil antakelig andre klimagasser gi ytterligere temperaturfall. Ikke brått så mye som vanndamp, og ikke brått så fort – men sannsynligvis målbart.

Men jeg innser mine begrensniger, og fastslår at vi får et temperaturfall på 0,2 grader. Regnemåten gir ikke grunnlag for to desimaler i svaret.¹⁵

Men sett at reduksjonen i solaktivitet blir hele 2 promille, og at denne reduksjonen holder seg i mange år. Da kan vi på samme måte beregne at total avkjøling blir 0,4 grader. Merkbart – men ikke stort å slenge i bordet mot en temperaturøkning som kan bli ti ganger så stor.

La oss ta i så det monner! La oss anta en reduksjon i solaktivitet på en hel prosent. Det er et enormt fall, til Sola å være. Da begynner vi å snakke: Mitt enkle regnestykke gir et temperaturfall på 1,8 grader C. Endelig skiføre hele vinteren, og skøyteis på Rosendalsbanen i Brandbu!

Ingenting tyder på at Jorda har vært i nærheten av en sånn variasjon i solaktivitet så lenge det har vært folk her. Men det finns visst solforskere som regner på sånne tall for å underbygge sine yndlingshypoteser om klimaendringer.¹⁶

Lite tyder ellers på at de påståtte Maunder- og Dalton-sammenhengene er reelle. Ser vi nærmere etter, så begynte «den lille istid» omtrent 75 år før Maunder-minimumet satte inn! Og kuldeperioden på begynnelsen av 1800-tallet kan settes i forbindelse med store vulkanutbrudd. Disse kan innhylle planeten i støvskyer som blokkerer for sollyset, og da kan Jorda få en (heldigvis kortvarig) reduksjon i mottatt solenegi som overstiger den ene prosenten jeg regnet på i forrige avsnitt. Nødsåret 1816, «Året uten sommer», skyldtes utvilsomt den enorme Tambora-eksplosjonen, da den øverste kilometeren av denne vulkanen blåste i lufta og forårsaket støvskyer som ble hengende over atmosfæren i månedsvis. For ikke å snakke om en tsunami som feide befolkningen på mange øyer på havet.

Nå befinner vi oss altså i en periode med redusert solaktivitet som har vart sia ca år 2000. Vi ser lite til den påståtte nedkjølinga: 2014 ble det varmeste året som noen gang er målt, og her i Norge ble den gamle rekorden for årsgjennomsnitt knust med hele 0,4 grader. Men det kan jo hende at hvis det ikke hadde vært for den reduserte solaktiviteten, så ville både Jorda og det landet vi bor i ha vært enda varmere i 2014!

La oss foreta en rimelighetskontroll av rimelighetskontrollen: Solarkonstanten – den solenergien som treffer Jorda hvert sekund – er ca. 1360 W/m².¹⁷ Fordelt på hele jordoverflata blir det ca 340 W/m².¹⁸ Nå er det ikke all denne energien som blir absorbert og bidrar til oppvarming: Jorda har en albedo på 0,3; det vil si at 30 % av sollyset blir reflektert fra skylaget eller fra overflata uten å bidra til oppvarming. Så da er det 340*0,7 = 240 W/m² som inngår i Jordas energibalanse.

I regnestykket som du nettopp har satt deg inn i, prøver jeg å anslå hva som skjer hvis 1% av denne energien blir borte. Jeg regner altså med et negativt «pådriv» på 2,4 W/m².¹⁹

Aha. Dette er jo akkurat det samme tallet – med motsatt fortegn – som jeg brukte i siste grove beregning av klimaendringer basert på CO2! Da fant jeg at et positivt pådriv på 2,4 W/m² gir ei oppvarming på 1,6 grader C (i det lange løp). Nå finner jeg at et like stort negativt pådriv gir ei avkjøling på 1,8 grader C (i det like lange løp). Hva er riktig?

Svar: Ingen av disse tallene er det «riktige»! Begge er resultatet av omtrentlige serviettberegninger, der jeg har sett på Jordas ytre energibalanse med svært enkle modeller: Hva blir virkningen på energibalansen når mengden av klimagasser øker?, og omvendt: Hva blir virkningen på energibalansen når den mottatte energien minker? Det er ikke gitt at svaret på det første spørsmålet skal være likt svaret på det andre, bare med motsatt fortegn. Det er heller ikke gitt at virkningen ved avkjøling skal være nøyaktig den motsatte av virkningen ved oppvarming. Det er helt sikkert at jeg har sett helt bort fra alle de komplekse vekselvirkningene som finner sted under overflata, for disse mekanismene skjønner jeg fælt lite av, og der er jeg i godt selskap.²⁰ Jeg har bare stilt det rimelige kravet til Jorda at energi inn er lik energi ut når oppvarminga eller avkjølinga er avsluttet.

Egentlig er jeg forbløffet over hvor like disse to tallene er! Kravet til energibevarelse gir dessuten svar som faller omtrent sammen med svaret fra klimaforskningen, og da er jeg svært tilfreds. Fysikeren i meg puster lettet ut.

Jeg begynte egentlig å regne på variasjon i solaktivitet fordi jeg ville vise at denne virkningen var neglisjerbar. Men ganske motvillig har jeg innsett at allerede ved en variasjon på 2 promille – noe som kanskje er tenkelig – gir min enkle modell ei merkbar endring i temperatur. Da må jeg jo, like motvillig, innrømme at solforskerne har et poeng, sjøl om det ikke er deres teorier som driver klimaendringene akkurat nå.

Enkelte klimafornektere vil heller spise hatten sin enn innrømme at klimagasser – sånne som vanndamp, karbondioksyd og metan – påvirker klimaet i det hele tatt. Da ligger det en viss ironi i et regnestykke der variasjon i solaktiviteten trenger hjelp fra klimagassene før denne variasjonen kan føre til noen klimaendring verdt å snakke om! 

I overskuelig framtid er det utslipp av klimagasser oppvarming som driver endringene. Om Sola skulle finne på å bidra med litt midlertidig avkjøling, får vi være glad for det, men vi kan ikke basere oss på det. Uansett vil det bare bli en svak, svalende luftning i solsteiken. Skaff deg langstøvler og solbriller! Du kommer til å trenge begge deler. Og vi kommer til å trenge mange flere kunstisbaner.

1Maunder- og Dalton-minimum er betegnelsene på periodene med redusert solaktivitet for henholdsvis ca 350 og ca 200 år sia. Enkelte utvider disse begrepene til også å omfatte de omtrent samtidige kuldeperiodene, men det er å blande kortleiken.

2«Amatørene, sjarlatanene, klovnene»? Skyld ikke på meg! Det er sånne ord de bruker. Det har de lært av amerikanske klimaaktivister og kreasjonister i Tea Party-bevegelsen.

3Se «Verdens enkleste klimamodell» på denne globben, 13. april 2014.

4I virkeligheten bør Jorda stråle ut ørlitt mer energi enn den mottar. Det kommer av at varmen fra Jordas indre fortsetter å lekke ut, fordi planeten vår fortsatt holder på å størkne. Men dette energitapet er mye, mye mindre enn de andre faktorene som inngår i regnestykket, så det påvirker ikke resultatet med mer enn 0,2 promille. I et cirka-regnestykke kan vi trygt se bort fra dette bidraget.

5Som den kverulanten du er, sier du kanskje at det går med en god del energi til å smelte breer. Da foregår det inga oppvarming, bare lagring av energi i en annen form. Det er ei temmelig søkt innvending. For det første ville ikke avsmeltinga øke i det hele tatt hvis det ikke var blitt varmere i omgivelsene. For det andre er det grenser for hvor mye energi som kan lagres på denne måten – breene dekker en liten del av jordoverflata, og den delen minker stadig. For det tredje krever økt netto avsmelting – omtrent 500 milliarder tonn is i året – mindre enn en halv promille av den overskuddsenergien som Jorda mottar nå for tida: Slikt kan beregnes med enkle midler. Resten, mer enn 9.995 deler av 10.000, går med til å øke temperaturen i luft, vatn og jord. Slutt med spiseflikkeriet, og hold deg til det vesentlige!

6I «Verdens enkleste klimamodell» grovberegnet jeg en økning på 0,3 grader fra i dag. Men jeg har nok underdrevet: Det finns mange kilder som angir overskuddet i energibalansen, og jeg brukte et gammelt tall; ca 1 W/m². Men overskuddet øker, og målingene blir bedre. I 2007 oppga IPCC ca 1,5 W/m². Nå oppgir de nyeste kildene ca 2,4 W/m²! Hvis jeg setter inn den nyeste korreksjonen i mitt enkle regnestykke, blir økningen fra i dag 0,7 grader før planeten er i energibalanse, dersom CO₂ og andre klimagasser holder seg på samme nivå som nå (men det gjør de jo ikke). Hittil har temperaturen økt med 0,9 grader fra førindustriell tid. Når Jorda er ferdig oppvarmet ved den konsentrasjonen av klimagasser som vi har nå, er den totale økningen altså blitt 1,6 grader. Og hvis innholdet av klimagasser i atmosfæren blir fordoblet fra før-industriell tid, blir total temperaturstigning - «klimafølsomheten» - 3,7 grader. Altså viser min enkle modell – som klimaforskerne ville plukke i småbiter hvis de fikk se den – en klimafølsomhet på 3,7 grader. Ved McGill-universitetet brukte de omfattende statistiske analyser av tall fra 1500 til i dag for å beregne følsomheten til mellom 2,5 og 4,2. Heh!

7Fra dag til dag kan variasjonen være mye større, men det bryr vi oss ikke om. Klimaet påvirkes ikke av at det er kaldt den ene dagen og varmt den neste. Det påvirkes av endringer som varer over flere år, helst flere tiår.

8Vi kenner til sånne minima i historisk tid fordi astronomene satt og stirret på sola og telte solflekker. Etterhvert som observatørene ble dårligere til syns, måtte det skaffes nye observatører. I vitenskapens tjeneste er intet offer for stort!

9Absolutt temperatur er temperatur i grader C, pluss 273. Oppgis i K (for Kelvin). Men det visste du nok.

10Ja da, jeg veit at det blir unøyaktig: Gjennomsnittet av 278⁴ og 298⁴ er ikke 288⁴ - det er 288,5⁴! For å få det helt riktig, burde jeg se på temperaturen på hver eneste kvadratmeter av jordoverflata, opphøye hver eneste temperatur i fjerde, summere over alle kvadratmeter som overflata består av og så dele på antallet. Men jeg er lat. Derfor har jeg beskrevet hvordan det egentlig bør gjøres, sånn at du kan gjøre det sjøl og få helt riktig resultat. Og lur som du er, kan du sikkert pønske ut en enklere måte å få nesten riktig svar på også. Si fra når du har funnet den lure metoden!

11Og hvordan veit vi det? Fra satellitter har forskerne studert den varmestrålinga som slipper ut i verdensrommet. I dette varmestrålingsspekteret finns det noen gapende høl i absorpsjonsområdene til klimagassene. Ca 75% av den manglende strålingsenergien er blitt borte i absorpsjonsområdene til vanndamp. Så hvis vanndamp var den eneste klimagassen i atmosfæren, ville middeltemperaturen på Jorda ha vært (255 + 33*0,75) K – altså ca 8 grader C. (Og det er heller ikke helt riktig, fordi... - men jeg stopper der. Min intelligente leser kan resonnere videre sjøl hvis hun vil.)

12Metningstrykket er ikke det samme som partialtykket av vanndamp – da ville luftfuktigheten være konstant 100%. Men vi antar at relativ luftfuktighet er konstant; ingenting tilsier noe annet. Var den 70% av metningstrykket før temperaturfallet, så er den 70% av metningstrykket etter fallet også. Da er vanndampinnholdet i lufta proporsjonalt med metningstrykket av vanndamp, sånn at vi kan regne samme prosentvise reduksjon, og vi får et enkelt regnestykke. Vi liker enkle regnestykker!

13Og godt er det! Uten drivhuseffekt ville gjennomsnittstemperaturen være 18 kuldegrader; ikke 15 varmegrader. Men det kan jo bli for mye av det gode.

14Metanholdig is på havbunnen. Metangassen er fanget i gitterceller i iskrystallene, slik at isen er litt tyngre enn vatn. Det er anslått at naturgass i klatrater utgjør et større lager av hydrokarboner enn alle forekomster av olje og gass tilsammen. Når vatnet blir litt varmere, smelter klatratene og avgir metan. Blir det kaldere, blir det mindre smelting.

15Og nå har du grepet meg i fusk! For når vi regner ut at temperaturreduksjonen er hele 0,2 grader, da er ikke reduksjonen i luftfuktighet lik 0,46% lenger; den er 1,28%! (Bla opp i tabellen og se sjøl.) Da må vel temperaturendringen beregnes på nytt, og da må... Vi får en kaskadeeffekt! - Men resonnementet ditt er feil. Her må vi holde tunga rett i munnen: Vi beregnet først en temperaturendring som ikke skyldes klimagasser. Da er ikke trykket av vanndamp i likevekt med temperaturen; derfor må vi beregne hvor mye trykket av vanndamp endrer seg som følge av dette temperaturfallet. Deretter beregner vi hvor mye temperaturen må endre seg for at temperaturen skal komme i likevekt med trykket av vanndamp. Dette likevektspunktet er 'innebygd' i de (33*0,75) gradene som drivhuseffekten av vanndamp utgjør. Det er riktig at mengden av vanndamp endres ytterligere ved det siste trinnet i regnestykket, men den endringen er det allerede tatt høyde for i de (33*0,75) gradene! Så denne gangen har jeg ikke jukset noe særlig. Ikke mer enn vanlig.

16Dessuten øker solenergien med 10% pr. årmilliard, har jeg lest. Men ta det med ro: En milliard år er lang tid, og i mellomtida finner vi nok på noe lurt. Det bruker vi å gjøre når vi får tenkt oss om.

17Egentlig 1365, har jeg nettopp lest. Men i andre sammenhenger har jeg brukt 1360, så da gjør jeg det her også.

18Sollyset treffer jo ikke hele overflata samtidig; det treffer en del av overflata, tilsvarende tverrsnittet av Jorda. Og som du husker fra romgeometrien, så er overflata av ei kule lik fire ganger tverrsnittet.

19«Pådriv» - «forcing» på engelsk – er klimaforskerisk for den energimengden pr. kvadratmeter pr. sekund som inngår i beregning av klimaendring. «Pådriv» er et godt ord, synes jeg, for det er overskudd eller underskudd i energibalansen som driver klimaendringene.

20Riktigok skjønner jeg nok til å gjennomskue uinformert tullprat fra klimafornektere, f eks at «Henrys lov» forklarer at mengden av CO₂ i atmosfæren øker når temperaturen stiger av helt andre grunner. Henrys lov beskriver sammenhenger som gjelder ved konstant temperatur, og har altså ingenting med temperaturendringer å gjøre.