Sonnenflecken & Sonnenwind

Die Oberflächentemperatur der Sonne variiert cyklisch durch das Auftreten magnetischer Stürme.
Während des Ablaufs solcher Stürme ist die Temperatur dort um ca. 2000°C geringer, es treten Sonnenflecken auf, der Bereich ist dunkler.sunspot3Am Rand der Flecken werden ca.
6000°C gemessen. Dadurch variiert die abgestrahlte Energie
der Sonne, was sich vornehmlich auf die irdischen Wetterzyklen
auswirkt. Die Zykluszeit beträgt 11 Jahre (7). Die Sonnenflecken
wurden 1613 von Galileo entdeckt, der Zyklus 189 von Heinrich
Schwabe. (1 % output ~ 2.8 oC up). Oben ist die Variation seit
dem 17. Jahrhundert zu sehen. Insgesamt bemerkt man eine Zunahme
der solaren Aktivität in den letzten 3 Jahrhunderten. Es
gibt noch mehrere Zyklen die alle mit Wetterereignissen auf der
Erde korrelieren. Mehr dazu in (12).Aufgrund der hohen Temperatur der Sonnenkorona
können die in ihr enthaltenen Teilchen eine so hohe Geschwindigkeit
erreichen, dass sie dem Gravitationsfeld der Sonne entfliehen.
Das Gas, das auf diese Weise aus der Sonne austritt, wird als
Sonnenwind bezeichnet.
Die Sonne unseres Systems wirft täglich eine Million Tonnen
Materie in ihre Umgebung aus. Der sogenannte Sonnenwind
bewegt seine Partikel mit einer Geschwindigkeit von 200-800 km/sec.
Eine ungeheure Kraft geringer Dichte, denn das Plasma beinhaltet
nur 6 Partikel pro Kubikmeter jedes Ausstoßes aus der Korona.Der Sonnenwind besteht hauptsächlich aus geladenen
Teilchen, d.h. Ionen, Alpha-Teilchen und Elektronen.
Diese treten in Wechslewirkung mit der Atmosphäre und dem
Magnetfeld der Erde.Polarlichter
entstehen durch die Wechselwirkung zwischen dem Erdmagnetfeld
und geladenen Teilchen von der Sonne, dem Sonnenwind. Wissenschaftler
aus Dänemark konnten einen Zusammenhang zwischen der Sonnenaktivität
und der Wolkenbildung nachweisen. Wolken reflektieren die
langwellige Wärmestrahlung auf die Erde zurück. Dies
trägt ebenfalls zur Temperaturänderung auf der Erdoberfläche
bei (8,12).
Dieser Sonnenwind hat seit 1901
um den Faktor 2,3 zugenommen; parallel dazu beobachtet man ein
leichte Erhöhung der Erdoberflächentemperatur. (1 %
mehr Output ~ 2.8 °C Erwärmung; siehe Abbildungen unten
(9)). Seit ca. 1950 vermindert sich die Sonnenfleckenintensität.Weiterhin hat die Feldstärke
des irdischen Magnetfeldes seit 150 Jahren um 10% abgenommen,
wie die NASA aufgrund Messungen seit 1865 mitteilte. (14 und Abb.
unten) Dadurch verstärkt sich die Wechselwirkung des Sonnenwindes
mit der Atmosphäre was eine Erhöhung wärmeproduzierender
Reaktionen in der Atmosphäre und Zerstörung der Ozonschicht
zur Folge hat. Genau dies konnte man im 20. Jahrhundert -wie bekannt
– messen. Laut NASA zerstören Sonneneruptionen
wie z.B. die 2000 (15) ca. 9% des Ozon
in 15-50 Km Höhe und bis zu 70% in
50 -90 km Höhe.Wie man an
der Abbildung oben links sehen kann steigt die Wärmestrahlung
der Sonne seit ca. 300 Jahren an und stagniert seit 1990.
Die Sonne ist verantwortlich, daß die meisten kosmischen
Strahlen von der Erde abgelenkt werden. Das magnetische Feld der
Sonne und die Sonnenfleckenaktivität ist jedoch nicht konstant.
Die
kleine Eiszeit (Maunder
Minimum
(1645-1715 AD) zeigt den
Einfluß des solaren Magnetfelds auf die globale Abkühlung.
Während einer 30 jährigen Periode von 1672-1699 AD konnte
man weniger 50 Sonnenflecken entdecken während im 20. Jahrhundert
im gleichen Zeitraum ca. 40,000-50,000 Sonnenflecken entstanden.
Während der kleinen Eiszeit gab es kaum Sonnenwind, was mehr
kosmische Strahlung zur Erde brachte und dies führte zur
mehr Wolkenbildung und einer erheblichen Abkühlung der Erdoberfläche.
Diese Zeit war die kälteste der letzten 2,000 Jahre.
suncosrGlobal Warming
entsteht in Abwesenheit globaler Abkühlung
. Wenn die
Sonnenflecken maximal sind, werden die meisten kosm. Strahlen
von der Erde abgelenkt und der Planet wärmt sich auf. Die
abrupten Erwärmungen um 1816, 1834, 1879, 1916 und 1937,
die man z.B. in Jahresringen von Bäumen in Alaska finden
kann unterstützen diese Theorie.Dr. Theodor Landscheidt, der sich
intensiv mit solaren Zyklen beschäftigt prognostiziert aufgrund
des 83 jährigen Gleissbergzyklus,
dessen Minima immer mit einer kleinen Eiszeit korrelieren ein
solche Eiszeit bis zum Jahr 2030 (13). Beim Gleissberg
Zyklus
ändern sich die Rotationskräfte, die die
Sonnenbewegung um das Massenzentrum des Sonnensystems steuert
in einem 83-jährigen Zyklus. Maxima bedeuten relativ hohe
Temperaturen, Minima kleine Eiszeiten.
Dieser Zyklus ist die 2. harmonische Schwingung eines 166-jährigen
Zyklus und moduliert den 11-jährigen Sonnenzyklus.gleisbEin Vergleich mit den tatsächlich
stattgefundenen Ereignissen ist augenfällig. 1120 fand ein
außergewöhnliches Maximum statt (Maximum der Mittelalterlichem
Warmzeit), ca. 1670 ein Minimum (Kleine Eiszeit). Auch die 1947,
1976, 1983 aufgetretenen Temperaurmaxima decken sich mit diesen
Zyklen bzw. der solaren Aktivität.

6915_1

Sonnenwind,
der auf das Magnetfeld der Erde trifft
(Quelle: NASA)

 

solactiv


sunspota

solar2b

erdmag

Quelle:
http://www.vision.net.au/~daly/hockey/hockey.htm
aktuelles Magnetfeld (14)

Gleissbergzyklus
 


Kosmische Strahlung

Neben der Elektromagnetischen
Strahlung
und dem Sonnenwind
der Sonne unterliegt die Erde einem ständigen Beschuß
von kosmischer Strahlung.
Seit ihrer Entdeckung durch Victor Hess 1912 hat man bis heute
die Natur und die Quellen der kosmischen Strahlung untersucht.
Sie stammen hauptsächlich von entfernten Bereichen unserer
Milchstraße (ca. 100 000/sec (9)).

milchs

Die Milchstraße ist ein Spiralnebel
mit 4 Armen, in dessen Orion-Arm
unsere Sonne liegt. Die Sonne rotiert mit ca. 220 Km/sec in ca.
240 Millionen Jahren einmal um das galaktische Zentrum. Die unterschiedliche
Rotation der Spiralarme sorgt dafür, daß unser Sonnensystem
zyklisch in die Nähe solcher Arme gerät, zuletzt vor
ca. 70 Millionen Jahre wurde der Sagittarius-Carina-Arm passiert.
Durch die hohe Anzahl Sonnen und Supernovas in solchen Armen erhöht
sich dann kosmische Strahlung, nach der Passage sinkt sie wieder.
Die kosmischen Strahlen werden sowohl von der Heliosphäre
(Bereich von Sonnenplasma) der Sonne als auch dem Magnetfeld der
Erde abgelenkt. Insofern wirkt die Sonne als Schutzschild. Der
Sonnenwind (solare Partikel)
tritt also in Wechselwirkung mit der kosmischen Strahlung.

helios

crk

Die primären kosmischen
Strahlen , die auf unsere Atmosphäre treffen (siehe
Abbildung links) bestehen aus sehr schnellen geladenen Partikeln
( – 1020 eV) von Protonen (90%) bis Eisenatomkerne
(9). Die Partikelstrahlung ist in ca. 15 km Höhe am
stärksten. Diese Teilchen kollidieren mit Kernen atmosphärischer
Gase (N2, O2) und erzeugen so einen Hagel sekundärere
Partikel wie Pionen, Myonen Neutrinos, Elektronen, Neutronen
und Antimaterie, die man auf der Erde messen kann. Dabei
ensteht Gammastrahlung und Licht verschiedener Wellenlänge
(Polarlichter). Die Anzahl dieser sekundären Partikel
ist von verschiedenen Faktoren wie Breitengrad, Tag/Nacht-Zyklus,
Wetter, Druck oder solarer Aktivität (8)abhängig.

In der Atmosphäre entstehen
unter der Einwirkung kosmischer Strahlung z.B. Wolken, bevorzugt
in der unteren Troposphäre (siehe weiter unten). Offensichtlich
sind die kosmischen Strahlen auch für die Bildung der
Ozonlöcher verantwortlich.(10)

Weiterhin entsteht in der oberen Atmosphäre C-14 was
durch den C-Zyklus auch zu einer Anreicherung in der Vegetation
führt.

14C
wird in der Atmosphäre durch die Wechselwirkung von
Neutronen aus 14N gebildet:

14N + n –>14C + p. (p=
Proton)

Die Neutronen
sind Sekundärprodukte aus der Wechselwirkung kosmischer Strahlung
mit 14N und 16O in der Atmosphäre. Das neu entstandene 14C
oxidiert schnell zu 14 CO und dann nach einigen Monaten durch
OH-Radikale weiter zu 14CO2.

14C + O2 —>14CO
+ O space space14CO
+ OH· —>14CO2 + H·

Das radioaktive 14CO2 (HZ =5730
Jahre) verbleibt bis zu 10 Jahre (14C/12C =10-12) in
der Atmosphäre und gelangt dann durch Photosynthese
in den Biokreislauf.

Durch erhöhte solare Aktivität
(Sonnenfleckenzyklen) wird die Erde besser vor kosmischer Strahlung
abgeschirmt, weshalb die 14C-Menge abnimmt. Auf diese Weise spiegelt
die 14C-Schwankung in z.B. Jahresringen die solare und kosmische
Variabilität wieder.

csmrf

Der Einfall kosmischer
Strahlung auf der Erde hängt außerdem davon ab, wo
in der Galaxie sich unser Sonnensystem gerade befindet. Die Strahlung
ist dort am stärksten, wo sich neue Sterne bilden, was in
den spiralförmigen Armen der Milchstraße der Fall ist.
Wenn wir etwa alle ca. 150 Mio. Jahre einen solchen Arm passieren,
steigt die Strahlungsintensität an und es kommt zu einer
Kälteperiode. Die Klimavariationen durch diese Passagen sind
ca. zehnmal so stark wie die durch die Sonne verursachten (11).

Es gibt viele Hinweise,
daß die hochenergetische kosmische Strahlung für die
Wolkenbildung, vor allem im unteren Atmosphärenbereich mitverantwortlich
ist und somit auf das Wärmegeschehen dort Einfluß nimmt.
Dann tritt globale Abkühlung auf. Wenn diese Strahlung mit
den Atomkernen der Erdatmosphäre (99% N2/O2)
kollidiert, entsteht eine Serie sekundärer Partikel (Protonen,
Neutronen und Muonen), die tiefer in die Troposphäre eindringt.

Dieser Kaskadierungseffekt
geht so lange weiter, bis die Energie der Teilchen nicht mehr
für eine Kollision ausreicht, im Mittel in einer Höhe
von 16 Km. In der Troposphäre werden Ionen produziert, die
Aerosole mit geringen Partikelgrößen von < 20nm
entstehen lassen. Diese wiederum dienen als Keime für die
Wolkenbildung (CCN; siehe Kapitel Wolken,
Aerosole
). Geladene Regentropfen sind 10 – 100 mal so effektiv
im Einfangen von Areosolpartikeln als ungeladene. Unten ist der
Zusammenhang untere Bewölkung – kosm. Strahlung dargestellt
(16,17)

gcr2

Auf diese Wiese bilden
sich im unteren Atmosphärenbereich Wolken, die optisch dicht
sind und das Sonnenlicht in den Weltraum zurückreflektieren.
Eine Verstärkung der
unteren Wolkenbildung sorgt so für globale Kühlung.

 

 

Quellen:

(1)
http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/~pkrahmer/home/bilanz2.html
(2)Satellitenspektroskopie: http://www.ecmwf.int/services/training/rcourse_notes/DATA_ASSIMILATION/REMOTE_SENSING/Remote_sensing7.html
http://www.pc.ruhr-uni-bochum.de/~arnold/ir/

(3) Spektren: http://home.achilles.net/~jtalbot/data/elements/
(4)
http://www.ens-lyon.fr/Planet-Terre/Infosciences/Climats/Rayonnement/Cours/partie3/partie3_1.htm
(5) http://141.84.50.121/iggf/Multimedia/Klimatologie/physik_arbeit.htm#Strahlungsenergie
(6) http://www.vision.net.au/~daly/forcing/hug-barrett.htm
(7)
http://marian.creighton.edu/~besser/physics/barometer.html

(8)
http://www.co2science.org/edit/v6_edit/v6n5edit.htm
(9)
http://www.nature.com/nsu/980730/980730-7.html

(10)
http://focus.aps.org/story/v8/st8
(11)
http://idw-online.de/public/pmid-65971/zeige_pm.html

(12) http://www.geocities.com/CapeCanaveral/4310/klima/landscheidt/sonne1.htm
(13) http://mitosyfraudes.8k.com/Calen/Landscheidt-1.html
(14)
Magnetfeld: http://www.newsday.com/news/local/wire/ny-bc-ny–poleflip1211dec11,0,2640027.story?
coll=ny-ap-regional-wire

(15) Sonneneruption/Ozon:
http://www.spacedaily.com/news/solarstorm-01a.html
(16)
Zusammenhang untere Bewölkung/kosm.
Strahlung:
http://www.dsri.dk/~hsv/
und
(17) Palle Bago, E. and Butler, C.J. 2000. http://star.arm.ac.uk/~epb/paper1.html

 

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