Solens puls har været uregelmæssig siden istiden
Ny dansk forskning viser, at Solens aktivitet gennem de sidste titusinde år har vekslet mellem perioder med stærke rytmiske variationer og perioder med betydeligt svagere variationer.

Ny forskning kaster nyt lys over Solens forhistoriske variationer. (Foto: Colourbox)

Solen er en altafgørende faktor for Jordens klima, og en god forståelse af Solens naturlige variationer er en åbenlys nødvendighed for at forstå Jordens klimavariationer.

Ud fra 400 års historiske observationer af antallet af solpletter ved vi, at Solens aktivitet har varieret gennem tiden. Udover den velkendte 11-årige cyklus i antallet af solpletter har Solen også varieret over længere perioder. Et eksempel på dette er den 'Lille istid' fra 1645 til 1715, hvilket var en periode, hvor solpletterne næsten forsvandt, og klimaet var usædvanligt koldt i Nordeuropa.

Ny dansk forskning - netop publiceret i dag - ledet af Mads Faurschou Knudsen og Bo Holm Jacobsen fra Geologisk Institut, Aarhus Universitet, samt Peter Riisager fra De Nationale Geologiske Undersøgelser for Danmark og Grønland (GEUS) kaster nu et nyt og overraskende lys over Solens forhistoriske variationer.

I deres artikel publiceret i tidsskriftet Geophysical Research Letters viser de danske forskere, at Solen gennem de sidste titusinde år har haft perioder med klart definerede rytmiske variationer og andre perioder, hvor de rytmiske variationer har været meget mindre udtalte.

Resultatet bygger på en sammenligning af Kulstof-14-isotoper i træers årringe og Beryllium-10-isotoper i is fra indlandsisen.

Figuren viser, hvorledes Solen havde kraftige rytmiske svingninger med en bølgelængde på ~88, ~150, ~220 og ~400 år i visse perioder. Veldefinerede perioder med en kraftigt pulserende Sol fandt sted mellem 6000-4500 og 3000-2000 før vor tidsregning, mens Solens puls tilsyneladende blev svagere i andre perioder. Panel A og B viser intensiteten af Solens cyklusser bestemt ud fra hhv. 14C i træers årringe og 10Be i den grønlandske GRIP-iskerne. Panel C viser, hvilke rytmiske svingninger og perioder der optræder i både 14C- og 10Be-signalet.

»Det er velkendt, at Solen pulserer i cyklusser med forskellig længde. Det nye og overraskende i vores forskning er, at vi med en særlig beregningsteknik dokumenterer, at Solen har haft længere perioder, hvor de rytmiske variationer har været specielt udtalte, mens variationerne kun var svagt tilstede i andre perioder. Helt præcist betyder dette, at Solens cyklusser på 220 og 400 år var meget udtalte mellem 6000-4500 samt 3000-2000 før nu, mens den såkaldte Gleissberg cyklus - som varer 88 år - især var markant i perioden 6000-4000 før nu. Solens puls var derimod betydeligt svagere i andre perioder,« forklarer Mads Faurschou Knudsen.

Iskerner og årringe

Et naturligt spørgsmål er, hvilken betydning de nyopdagede solvariationer så har haft for klimaet?

»Det er svært at forestille sig, at så udtalte variationer i solrytmerne ikke har påvirket klimaet, og faktisk er der tegn på, at Solens rytmiske variationer har påvirket klimaet i de perioder, hvor de var ekstra kraftige - perioder hvor der er store klimavariationer i bl.a. Nord-Atlanten. Vi er dog forsigtige med ikke at drage forhastede konklusioner om klimaaspektet ved disse nye resultater,« siger Peter Riisager, og Mads Faurschou Knudsen følger op:

»Nu har vi dokumenteret, at Solen har haft de her variationer. Næste skridt er at forstå, hvad disse rytmevariationer betyder for Jordens klima. Dette næste skridt er vi kun lige begyndt på, og det er i øvrigt et skridt, vi håber at tage i samarbejde med andre forskere.«

De danske forskere har bestemt Solens rytmiske aktivitet gennem de sidste titusinde år på baggrund af variationer i dannelsen af isotoperne 14C og 10Be gennem tiden, samt Jordens tidligere magnetfelt.

Det er svært at forestille sig, at så udtalte variationer i solrytmerne ikke har påvirket klimaet.

Peter Riisager

»På det helt overordnede plan kan man sige, at vi trækker information om Solens variationer ud af naturens egne arkiver ved at analysere palæomagnetiske data sammen med 10Be data fra iskerner og 14C data fra årringe i træer. Vores bidrag er, at vi behandler alle de her data på en ny måde, som vi mener bedst isolerer Solens aktivitet,« siger Peter Riisager.

To forskellige kosmogene isotoper

En grund til, at forskerne anser deres resultater som meget robuste, er, at de er baseret på to forskellige kosmogene isotoper, nemlig 14C og 10Be, der transporteres forskelligt i atmosfæren og hydrosfæren, og som aflejres i vidt forskellige arkiver.

»I så vigtig en sag som klimaspørgsmålet er det nødvendigt at være sikker. Det er netop, fordi de to isotoper giver os et nærmest identisk billede, at vi kan konkludere, at vi hermed har kortlagt aktivitetsvariationer i den forhistoriske sol,« siger Bo Holm Jacobsen.

Den nye forståelse af Solens variationer vil vise sig gavnlig, når man skal forholde sig til de klimaudfordringer, der ligger foran os, mener forskerne.

»Det er vigtigt at afdække, hvorledes Solens variationer har påvirket klimaet - både gennem de sidste titusinde år og det sidste århundrede i særdeleshed -, fordi en bedre forståelse af sol-klima-forbindelsen, som lægger sig 'oven i' signalet fra den globale opvarmning forårsaget af menneskeskabte drivhusgasser, vil gøre det muligt at opnå mere præcise og pålidelige klimafremskrivninger i de forskellige scenarier, menneskeheden står over for,« konkluderer Mads Faurschou Knudsen.

Lavet i samarbejde med Det Naturvidenskabelige Fakultet, Aarhus Universitet.

Kosmogene isotoper og Solens forhistoriske aktivitet

Isotoper, som for eksempel 14C og 10Be, dannes, når højenergiske kosmiske partikler fra universet trænger ind i vores atmosfære. Heldigvis afskærmer Solen vores planet fra en meget stor del af den kosmiske stråling. Er solaktiviteten højere end normalt, betyder det en større afskærmning og dermed en lavere produktion af 14C og 10Be - og vice versa. Jordens magnetfelt spiller ligeledes en rolle i afskærmningen af den kosmiske stråling. Sammenhængen mellem solaktivitet, Jordens magnetfelt og produktionsraten af kosmogene isotoper kan samles i komplicerede matematiske modeller. Teoretisk set kan man derfor bestemme Solens aktivitet tilbage i Jordens historie, hvis man kender Jordens magnetfelt og dannelsesraten af f.eks. 14C og 10Be gennem tiden.

Jordens tidligere magnetfelt kan bestemmes via palæomagnetiske undersøgelser. Dannelsessraten af kosmogene isotoper kan ligeledes bestemmes hvis man graver dybt i de naturlige arkiver. Træer indfanger CO2 fra atmosfæren og gemmer det i sine årringe. Ved at undersøge daterede årringe er det derfor muligt at bestemme produktionen af 14C gennem Holocæn (de sidste 11.700 år). Heldigvis er kendskabet til variationer i produktionen af 14C nødvendig for kulstof-14 dateringsmetoden, og derfor er der gennem mange år udført et meget stort antal målinger af 14C i træers årringe. Dette betyder, at variationer i tidligere tiders produktion af 14C er meget velbestemte. Variationer i dannelsen af 10Be er bestemt ved at undersøge koncentrationen af 10Be i iskerner fra bl.a. Grønland. I atmosfæren adsorberes 10Be på overfladen af aerosoler, som på et senere tidspunkt falder som en del af nedbøren over eksempelvis Grønland. Ved at studere de forskellige lag i iskernerne er det muligt at bestemme ændringer i produktionen af 10Be gennem tiden.