Veranderingen in hoeveelheid zonnestraling

Veranderingen in hoeveelheid
zonnestraling
Rechtstreekse input van zonnestraling
De meest belangrijke externe factor die een invloed heeft op het klimaatsysteem is de zonnestraling.
Men heeft lang gedacht dat de zon een constante hoeveelheid straling uitzond, die een energie
opleverde van 1370 W/m², de zonneconstante. Metingen van de zonnestraling gebeuren dagelijks via
satellieten sedert het einde van de jaren 1970. Satellietmetingen hebben aangetoond dat de
zonneconstante meer varieert dan men eerder dacht.
De best gekende oorzaak van variaties in de zonnestraling is het bestaan van zonnevlekken.
Zonnevlekken zijn donkere, relatief koelere vlekken op het zonne-oppervlak. Het aantal
zonnevlekken kan variëren van nul tijdens een minimum tot tweehonderd tijdens een maximum en
volgt een elfjarige cyclus, ingebed in langere cycli van 22 jaar, 80-90 jaar, tot zelfs 180 jaar.
Zonnevlekken blokkeren de stroom van warmte en energie van het binnenste van de zon naar het
oppervlak, maar het negatieve effect van zonnevlekken op de energie output van de zon wordt
overgecompenseerd door het tegelijkertijd optreden van witte, hetere gebieden op het
zonsoppervlak, de fakkelvelden, die zorgen voor een grotere energiestroom. Het netto-effect is een
hogere hoeveelheid uitgezonden straling als er meer zonnevlekken zijn en omgekeerd. Er waait
voortdurend een stroom van geladen deeltjes van de zon naar de aarde, de zonnewind, die intenser
is als er meer zonnevlekken zijn. In de bovenste gebieden van de atmosfeer veroorzaakt de
zonnewind de vorming van koolstof-14 en stikstofoxiden, die de ozonlaag aantasten.
Een mooie correlatie tussen het aantal zonnevlekken en de temperatuur op Aarde is waar te nemen
tijdens de Kleine IJstijd. Van 1650 tot 1730 daalde het aantal zonnevlekken bijna tot nul. Deze
periode, ook wel het Maunder Minimum genoemd, komt overeen met de strengste winters tijdens
de Kleine IJstijd.
Tijdens de elfjarige cyclus is er in de voorbije eeuw een variatie opgetreden van 0,1% in de
uitgezonden straling. Deze factor kan verantwoordelijk zijn voor maximaal 1/3 van de globale
temperatuurstoename tijdens de eerste helft van de 20ste eeuw.
Aardbaanparameters
Er zijn 3 factoren die cyclische variaties veroorzaken in de manier waarop de Aarde rond de Zon
draait.
Excentriciteit
De Aarde beschrijft een ellipsvormige baan rond de Zon. In een periode van ongeveer 96 000 jaar
verandert de excentriciteit (mate waarin die baan afwijkt van een cirkel) waardoor de afstand tussen
Aarde en Zon verandert.
Op dit moment staat de Aarde het dichtst bij de zon (perihelium) op 2-3 januari, als het winter is in
het noordelijk halfrond. De Aarde staat het verst van de zon (aphelium) op 5-6 juli. De Aarde
ontvangt 7% meer zonnestraling in januari (1400 W/m²) dan in juli (1311 W/m²).
Op het moment dat de Aarde in zijn meest elliptische baan beweegt, kan dit verschil oplopen tot
25%. Het is wel zo dat voor elke plaats op Aarde de totale jaarlijkse hoeveelheid ontvangen energie
niet verandert, alleen de seizoenale verschillen veranderen.
Obliquiteit
De as waarrond de Aarde draait maakt een hoek met het vlak waarin de Aarde om de Zon draait. Dit
veroorzaakt het ontstaan van seizoenen. Deze hellingshoek (obliquiteit) is niet constant, en de
verandering kent een cyclus van ongeveer 41 000 jaar.
Op dit moment bedraagt de obliquiteit 23,5°. Dit heeft tot gevolg dat op 21 juni de Zon ’s middags
loodrecht op de Kreeftskeerkring (23,5°N) staat en dat op 21 december de Zon ’s middags loodrecht
op de Steenbokskeerkring (23,5°Z) staat.
In een volledige cyclus varieert de hoek tussen 21,8° en 24,4°. Dit heeft een effect op de contrasten
tussen de seizoenen; bij een grotere hellingshoek zijn de hogere breedtes verder weggekeerd van de
zon tijdens hun winter en meer naar de zon toe gekanteld tijdens hun zomer.
Precessie
De aardas schommelt ook, zoals een draaiende tol. Dit noemt men precessie van de aardas (periode
van ongeveer 23 000 jaar).
Op dit moment is de aardas naar de Poolster gericht, maar door de precessie verandert dit in de loop
van de tijd; de aardas zal in de toekomst gericht zijn naar de ster Vega en dan terug naar de Poolster.
Tengevolge van deze precessie draait ook de elliptische baan rond en bewegen het perihelium en
aphelium.
Deze drie aardbaanparameters werken samen met elkaar en veroorzaken op lange termijn cyclische
veranderingen in de intensiteit van de ontvangen zonnestraling op bepaalde breedtes en in bepaalde
seizoenen, en zijn daarmee in belangrijke mate verantwoordelijk voor de variaties van het klimaat op
lange termijn.
Men spreekt van de Milankovitch parameters; Milankovitch probeerde de invloed van de
aardbaanparameters op het klimaat te berekenen. Volgens zijn theorie zijn de variaties van de
aardbaanparameters verantwoordelijk voor de 100 000 jarige cyclus van IJstijden.