El papel del Sol en el Cámbio Climático.

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El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« en: Domingo 25 Octubre 2009 19:25:03 pm »
Introducción
El papel del Sol en el cambio climático sigue siendo cuestionado, no tanto porque no hayan datos que avalen la hipótesis sino por la falta de un mecanismo aceptado por la comunidad que permita explicar como cambios relativamente pequeños en la insolación o la irradiancia solar puedan tener efectos tan grandes en el clima global, en otras palabras falta una explicación coherente de las retroalimentaciones que hacen posible esa amplificación de efectos. Se cree que han sido cambios relativamente pequeños en la insolación, a causa de de pequeñas variaciones quasi-periódicas de los parametros orbitales de la Tierra,  los causantes de las pasadas glaciaciones (Teoría de Milankovitch). El problema que muchos autores han visto en esta teoría consiste en que los cambios de clima tan abruptos asociados con el paso de las edades de hielo a los periodos interglaciales son demasiado grandes para ser explicados por cambios en la insolación tan pequeños como los que provocarían las variaciones orbitales, con lo que no queda más remedio que acudir a tener que postular algún tipo de fuerte mecanismo de retroalimentación positiva. Otro problema inherente a la teoria de Milankovitch está en que, mientras en el último milón de años las glaciaciones se han sucedido cada 10.00 años, anteriormente éstas se daban cada 40.000 años, lo que no concuadra en absoluto con la teoría. Incluso se ha visto en ocasiones que el aumento de temperaturas ha precedido en 10.000 años a la causa de la que se supone que es consecuencia. Se podría explicar estas incongruencias si se introduce la posiblidad de cambios periódicos en la actividad solar. Una lista de de estas inconsistencias y su posible esplicación se pueden ver en R. Ehrlich, Solar Resonant Diffusion Waves as a Driver of Terrestrial Climate Change, arXiv:astro-ph/0701117v1. También hay que decir que, por ahora y a pesarde ésto, la teoría de Milankovitch goza de ámplia aceptación.
Como hemos dicho, si los cambios en la irradiancia solar han de tener influencia sobre el clima global tendremos que se requiere algún mecanismo potente de retroalimentación. Varios mecanismos son los que han sido algunas veces propuestos enla literatura científica, una posiblidad, por ejemplo, sería el calentamiento de la estratosfera por un incremento de la radiación ultravioleta, seguido de un acoplamiento de la estratosfera calentada en exceso con la baja atmósfera. Otro mecanismo pudiera ser el efecto de los rayos cósmicos galácticos sobre el clima. Este último mecanismo es sobre el que hablaremos, en particular sobre la influencia de la actividadsolar con las variaciones del albedo terrestre.
Sabido es la poca consideración que ha tenido el papel del sol por parte del IPCC en su Summary for Policymakers de 2007, a pesar de existir bastantes evidencias de lo contrario, si miramos los datos climáticos desde el año 1750, dado como referencia por el IPCC.
Los datos que muestran una clara correlación entre variaciones solares y temperatura global han sido muchas veces ignorados o tratados como simples correlaciones sin importancia, básicamente por la inexistencia de una base teórica que explique esas correlaciones. Pero esa es una postura dificilmente aceptable, dado que el argumento más potente que se da a favor del cambio climático causado por el aumento del CO2 es precisamente la correlación existente entre el aumento de éste y el de las temperaturas, especialmente desde 1970. Deberíamos recordar que, antes de los 70's, la mayoría de los climatólogos creían firmemente que ibamos de cabeza hacia una nueva glaciación.
Claro que, en el caso del CO2, existe una muy buena base teórica que explique el mecanismo de unión entre los cambios de concentración de un gas con efecto invernadero y los cambios de temperatura global, en especial en el caso del CO2, éste es un absorbente de radiación infraroja, y su efecto se puede explicar muy bien con un simple modelo unidimensional de equilibrio radiativo (como Vigilant dixit).

Para el que no esté familiarizado con estas cuestiones, el concepto clave aquí es el del Forzamiento Radiativo, que definiremos como la variación de flujo radiativo neto, medido en [tex]w/m^2[/tex], a nivel de la tropopausa que sea resultado de cualquier proceso que actúe perturbando el sistema climático. Se acepta que esta definición es la más adecuada para caracterizar la respuesta de la superficie terrestre y de la trposfera antes una perturbación radiativa una vez que la estratosfera haya llegado a un equilibrio térmico, basándose en el hecho de que el tiempo que necesita la estratosfera para alcanzar dicho equilibrio es muchísimo menos que el que necesitaría el sistema acoplado superficie-troposfera. Ejemplos de forzamiento radiativo serían tanto cambios en la irradiación solar incidente como cambios en la concentración de gases que absorban la radiación que emite la tierra (infrarojos).
si consideramos el caso del dióxido de carbono, éste es considerado a menudo como el gas de efecto invernadero más importante, tanto por los medios de comunicación como por la literatura popular. Cualquiera familiarizado con la climatología sabe que ésto no es completamente correcto. El vapor de agua es, con mucho, el más potente gas de efecto invernadero, pero es excluido ya que es tratado como retroalimentación por los modelos climáticos. Desgraciadamente ésto no es del dominio de la mayoría del público, y parece que tampoco de muchos políticos. La realidades que el CO2 es un gas invernadero menor, responsable de una fracción pequeña del efecto invernadero terrestre. Incrementado la cantidad de CO2 en la atmósfera al doble, por ejemplo, no dobla a su vez la cantidad de radiación infraroja absorbida. La razón de ésto tiene que ver con el modo en que están distribuidas las bandas de absorción del CO2 en el espectro infrarojo, concretamente en el espectro de emisión de la Tierra. El CO2 tiene tres bandas de absorción: 4,26, 7,52 y 14,99 [tex]\mu{m}[/tex]. El espectro de emisión de la Tierra tiene su pico entre los 15 y los 20 [tex]\mu{m}[/tex], disminuyendo rápidamente conforme disminuye la longitud de onda.
A pesar de que sólo hay trazas de CO2 en la atmósfera, ésta es virtualmente opaca a la longitud de onda de 14,99 [tex]\mu{m}[/tex], así que la radiación procedente de la superficie que alcanza la tropopausa es prácticamente cero.
Claro, si esta fuese toda la historia, se podría decir que por más CO2 que pusiésemos en la atmosfera, su efecto invernadero sería nulo y no podría causar ningúna subida de temperatura terrestre. Sin embargo, aunque la banda de 14.99 micras esté esencialmente saturada, el añadir más CO2 influirá en los márgenes de la banda de absorción, haciéndola un poquito más gruesa. Así que a causa de este efecto marginal, el forzamiento radiativo causado por un cambio de la concentración del CO2 es proporcional al logaritmo natural del cambio proporcional de concentración de este gas.
Específicamente, el IPCC da
[tex]\Delta F = \alpha \ln(\frac{C}{C_0})[/tex]
donde [tex]C[/tex] es la concentración de [tex]CO_2[/tex] al momento en cuestión, [tex]C_0[/tex] es la concentración a un momento de referencia dado, y [tex]\alpha[/tex] -con dimensión [tex] w/m^2[/tex]- sería la sensibilidad del clima a cambios en la concentración del anhídrido carbónico. El valor de [tex]\alpha[/tex] dado por el IPCC incluye implícitamente los efectos radiativos de la cobertura nubosa global.

La validez de esta aproximación se rompe para valores de concentración muy bajos o superiores a 1000 ppmv, pero es válida en el margen de interés para nosotros. Así que la temperatura terrestre es relativamente insensible al cambio de la concentración del CO2. Al contrario que la dependencia logarítmica del forzamiento, cosa que está muy bien entendida físicamente, por otra parte con coeficiente [tex]\alpha[/tex], como que incluye el efecto de la nubosidad - la mayor incerteza de los modelos climáticos-,  se pueden esperar grandes errores. Y ese es de hecho el caso.
El valor de [tex]\alpha[/tex] utilizado por el IPCC en 1990 fue de [tex]6.3 w/m^2[/tex], en 2001 de [tex]5.35 w/m^2[/tex] y en 2007 de [tex]5.5 w/m^2[/tex]. Los dos últimos valores, comparados con el primero, implican un error como mínimo en el rango del 15-19%. Como resultado, se podría decir, dadas las incertezas asociadas con [tex]\alpha[/tex], que el mejor argumento para defender el forzamiento climático antropogénico por emisiones de CO2 es el simple hecho de su correlación con la temperatura.
De hecho, los científicos empezaron a estudiar el cambio climático basados primordialmente en la observación de que el CO2 subía y la noción, basada a su vez en argumentos radiativos simples, que la emisión de CO2 no podía continuar sin que se produjera algún tipo de cambio en el clima global.
Pero la cuestión es... ¿Cuanto cambio?
   

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #1 en: Domingo 25 Octubre 2009 19:26:55 pm »
El balance radiativo de la Tierra

El sol es una estrella perteneciente a la secuencia principal (evolución estelar), así que su luminosidad en un tiempo pasado [tex]t<=t_0[/tex] viene dada  por la bien conocida expresión:

[tex]L(t) = [1+\frac{2}{5}(1-\frac{t}{t_0}]^{-1}L_0[/tex]

donde [tex]L_0[/tex] es la luminosidad actual del sol y [tex]t_0[/tex] es el momento actual. Hace 4.600 millones de años, cuando el sol empezó a brillar, [tex]t/t_0[/tex] era igua a cero y hoy vale 1. Lo que esta expresión nos dice es que después de su formación, hace unos 4.000 millones de años, la temperatura media de la tierra estuvo por debajo del punto de congelación al menos durante 2.000 millones de años. Pero esto es imposible, ya que existen rocas sedimentarias, que tuvieron que formarse por acción del agua, datadas de hace 3.800 millones de años. De hecho hay evidencias de que la joven Tierra estaba más caliente que en la actualidad ya que no hubieron glaciaciones antes de hace 2.700 millones de años. Que eso fuese debido a un menor albedo o a un fuerte efecto invernadero no se sabe realmente, pero hay muchas evidencias que apuntan más bien a lo segundo.

El mecanismo más probable que calentó la joven Tierra es el ciclo geotérmico del dióxido de carbono. En un ambiente sin la presencia de agua que meteorizase las rocas silíceas, el CO2 expulsado por volcanes se acumuló hasta que la temperatura subió del punto de congelación y el agua líquida permitió que la meteorización de las rocas atrapase el exceso de CO2. Suponiendo que que las rocas silíceas pueden serrepresentadas por la wollastonita ([tex]CaSiO_3[/tex]) la química de la meteorización es la siguiente:

[tex]CaSiO_3 + 2 CO_2 + H_2O \longrightarrow Ca^{++} + 2 HCO_3^- + SiO_2[/tex]
[tex]Ca^{++} + 2 HCO_3^- \longrightarrow CaCO^_3 + CO_2 + H_2O[/tex]

siendo el resultado neto:

[tex]CaSiO_3 + CO_2 \longrightarrow CaCO_3 + SiO_2[/tex]

La importancia de esto es que, aunque hayamos dicho que el [tex]CO_2[/tex] es un gas de efecto invernadero de importancia menor, también es verdad que cambios grandes en su concentración pueden afectar gravemente el clima. La aproximación anterior al problema del sol frio joven muestra perfectamente que esta influencia es la más probable en esa era lejana.
Hoy, también estaría la temperatura por debajo del punto de congelación si no fuese por el efecto de los gases invernadero. Para ver esto claro, se puede usar la relación de Stefan-Boltzmann para determinar la temperatura de equilibrio de la Tierra si no hubiese efecto invernadero. Veámoslo con un poco de geometría: Si vemos la Tierra desde el espacio, la vemos como si fuese un disco, de área [tex]\pi{r_e^2}[/tex], donde  [tex]r_e[/tex] es el radio de la Tierra. Así que, si promediamos sobre la superficie total ([tex]4\pi{r_e^2}[/tex] la insolación incidente, la cantidadde radiación incidente por metro cuadrado tendrá que ser multiplicado por el factor [tex]\pi{r_e^2}/4\pi{r_e^4} = \frac{1}{4}[/tex]. Como la Tierra también refleja parte de la radiación incidente, deberemos multiplicar por el factor [tex](1-A)[/tex], donde [tex]A[/tex] es el albedo de la Tierra, calculado en promedio como 0,3. La relación de Stefan-Boltzmann se verá entonces:

[tex]\frac{(1-A)}{4}I = \sigma{T_e^4}[/tex]

donde [tex]T_e[/tex] es la temperatura en equilibrio de la Tierra, [tex]I = 1365 w/m^2[/tex] es la potencia de la irradiación solar a la distancia de la Tierra, y [tex]\sigma = 5.67 x 10^{-8} w m^{-2}K^{-4}[/tex] es la constante de Stefan-Boltzmann. Si hacemos la operacioncilla, nos dará para la temperatura 255ºK, casi -20ºC. Queda claro entonces el efecto invernadero causado mayormente por el vapor de agua y las nubes, seguido en importancia por los gases 'traza' como el CO2, que hacen que la temperatura de la Tierra sea 33º por encima de lo que debiera.
La temperatura de equilibrio radiativo de 255ºK sigue siendo la temperatura a la que irradia la Tierra al espacio - debe serlo, sino la Tierra no estaría en equilibrio con la potencia que recibe desde el sol-, pero ojo, ahora esa temperatura es la efectiva en la parte más superior de la atmósfera.
En los valores anteriores, se ha omitido deliberadamente la emisividad de la Tierra, más que nada porque la emisividad del la superficie terrestre esta bastante cerca de la unidad. A veces se usa la emisividad efectiva, que tiene en cuenta el efecto de la atmósfera y de la nubosidad, de esta manera el efecto invernadero se incluye en la ecuación, resultando una temperatura de equilibrio de, otra vez, de 288ºK.
Lo que de aquí se sigue es que es necesario relacionar cambios en la nubosidad con cambios en forzamiento radiativo. Lástima que esto sea francamente dificil. De cualquier manera, una aproximación simple puede obtenerse midiendo el albedo global de la Tierra.
Con un albedo de 0,3, la Tierra refleja 409,5 [tex]w/m^2[/tex]. Esto corresponde a un forzamiento radiativo de 102,5 [tex]w/m^2[/tex], de los cuales -según el IPCC- la nubosidad es responsable de dos tercios (se estima que entre el 50 y el 66%, conque utilizaremos un valor medio del 60%), con lo que su f.r. sería de 61,5 [tex]w/m^2[/tex]. suponiendo que la razón entre nubes bajas y altas se conserve, al 1% de descenso de la nubosidad correspondería un forzamiento neto de 0,62 [tex]w/m^2[/tex]. Si utilizamos el generalmente aceptado valor de sensibilidad climática de [tex]0.53^oC w^{-1}m^2 [/tex](ya se discutirá esto más adelante), este forzamiento corresponde a un aumento de temperatura global de 0,33ºC. Si el descenso de nubosidad va unido a un incremento de la actividad solar - conexión que también veremos más adelante-, el aumento de temperatura será mayor que el 0,33ºC que hemos calculado. Este valor se encuentra entre los márgenes que se pueden encontrar en la literatura científica resultantes de explicaciones bastante más complicadas.
Se pueden considerar dos maneras de entender la manera en que cambia el clima en respuesta a variaciones a la actividad solar: Se puede acudir a los modelos climáticos con sus errores inherentes causados por las actuales limitaciones en el conocimiento de los procesos físicos concretos y la no-linearidad de la respuesta de la Tierra a esas variaciones, o podemos acudir a un enfoque fenomenológico. Dado que está generalmente admitido que nuestro conocimiento de los efectos del sol en el clima - con posible intervención de múltiples tipos de forzamientos y retroalimentaciones- es limitado, el segundo enfoque parece bastante más atractivo, por lo menos hasta que los mecanismos concretos de interacción sean mejor conocidos.


« Última modificación: Domingo 25 Octubre 2009 22:22:47 pm por Vaqueret »
   

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #2 en: Domingo 25 Octubre 2009 19:28:36 pm »
Variaciones solares y Temperatura

La iradiación solar ha estado monitorizana por satélites en el espacio desde 1978, cubriendo apenas dos de los ciclos solares de 11 años. Durante ese periodo, la actividad solar varió en un margen del 0,15%. Entre el Máximo Medieval del s. XII y el Mínimo de Maunder del 1645-1715 (lo que llamamos la pequeña edad de hielo) se ha estimado que el brillo del Sol descendió como mucho un 0,5%, incluso investigaciones recientes dicen que la diferencia sería menor. Los astrónomos también dicen que las estrellas tipo Sol suelen variar como máximo un 0,4%. Este valor parece totalmente inocuo, pero el hecho es que tiene un efecto desproporcionadamente grande en el clima global debido a la presencia de fuertes mecanismos de retroalimentación.
Hay evidencias de que la actividad del Sol tiene variaciones que responden a ciclos de ~80 años, ~200 años y ~2500 años. Estas variaciones pueden ser las responsables de la QBO (oscilación cuasi bienal) y de la ENSO.
Si comparamos los registros históricos de los eventos El Niño con el registro de manchas solares, los episodios de El Niño parecen ser de dos a tres veces más habituales cuando el número de manchas es bajo -como en el Mínimo de Maunder-.
Es dificil determinar los valores exactos de irradiancia total del sol en el pasado, y si consideramos el periodo del Mínimo de Maunder, el grado de incertidumbre puede estar perfectamente entre 1 y 15 [tex]w m^2[/tex]. Sin embargo, lo que realmente nos interesa no son los valores absolutos ni sus errores, sino las variaciones relativas y sus incertidumbres sobre el periodo considerado. El mejor conjunto de datos disponible en 2001 se muestra en la fig. 1, debajo. Desde esa fecha, los datos han sido actualizados en el 2004 y, de nuevo, en el 2005. Se ha incluido también trabajos adicionales en la estimación de las variaciones de la irradiación total en el 2007. Se puede ver perfectamente la correlación entre num. de manchas e irradiancia solar.


Fig. 1: Reconstrucción de la Irradiancia Total Solar (TSI) por Lean et Al. (1995) -línea roja contínua-, por Hoyt & Schatten (1993 actualizada en 1999) - línea negra continua-, Solanku & Fligge (1998) - Línea de puntos azul- y por Lockwood & Stamper (1999) -línea de puntos gruesos gris-. La línea gris muestra el num. de manchas (sunspot numbers) por Hoyt & Schatten, 1998 en la misma escala que las observaciones del Nimbus-7 de 1979 a 1993. Climate Change 2001: The Scientific Basis.

Ahora ya podremos ver la fuerte correlación entre la variación de temperatura y los cambios en la actividad solar. En vez de utilizar el nº de manchas (sunspot number) vamos a utilizar las longitudes del ciclo solar, valor que introdujo Friis-Christensen & Larsen, Science 254, 698 (1991), y a compararlas con los registros de anomalías de temperatura desde 1860 comparadas con la media del periodo 1945-1970 (en donde crecieron las emisiones de CO2)


Fig 2. Longitud del ciclo solar (línea continua) y anomalías de temperatura en el hemisferio norte línea de puntos). El valor de la longitud del ciclo está dibujado en la mitad de cada ciclo. Hay que hacer notar que la escala del valor ciclo solar está invertida con respecto a la de las anomalías: ciclos cortos corresponderían a periodos de actividad solar alta y ciclos largos con actividad reducida (E. Friis-Christensen and K. Lassen (1991)).

Cuando hubieron completado este trabajo, Christensen y Svensmark compararon la temperatura y la actividad solar durante la segunda mitad del siglo dieciseis. Antes de 1750, tuvieron que utilizar datos sobre auroras boreales para deducir las longitudes de los ciclos solares. La excelente correlación entre la actividad solar y las temperaturas no cambió para nada:


Medias de 11 años de la temperatura sobre tierra en el hemisferio norte (T), las de antes de 1860 han sido estimadas a partir de anillos de árboles, versus variaciones de periodo largo en la actividad solar, expresadas en términos de longitud (años) del siclo solar (antes de 1850 estamados a partir de observaciones de auroras boreales)
Eigil Friis-Christensen and Henrik Svensmark, Adv. Space Res. Vol. 20, No. 415, pp. 913-921 (1997).


Las correlaciones de las dos gráficas precedentes son curiosas, por decir algo.... Pero... ¿qué decir del relativamente importante calentamiento de finales de siglo veinte? ¿Ha tenido el Sol una actividad inusual durante ese periodo?

La respuesta a esa pregunta está en la siguiente gráfica. Aquí es fácil ver que en realidad el Sol ha tenido el periodo de máxima actividad vista en más de ¡1000 años (1150, concretamente)! (la escala de la anomalía de C14 está invertida, ya se explicará la razón)
De forma meramente intuitiva, se podría pensar que un aumento de manchas solares, como que son más oscuras, equivaldría a un descenso en la luminosidad total del Sol, pero lo que realmente se observa es justo lo contrario. La razón de esto es que a más manchas, también hay un aumento de brillo en las regiones conocidas como fáculas, dominando este efecto sobre el oscurecimiento causado por las manchas.


Fig. 4. Registro de manchas solares reconstruidos a partir de concentraciones de Be10 de testigos de hielo procedentes de la Antártida (rojo) y Groenlandia (verde). La línea gruesa negra corresponde a las manchas observadas desde 1610 y la línea azul delgada a concentración de C14 en anillos de árboles, a escala y corregidas según la variación del campo geomagnético. Las barras horizontales con flechas representan los momentos de grandes máximos y mínimos: Mínimo de Dalton (Dm), mínimo de Maunder (Mm), mínimo de Sporer (Sm), mínimo de Wolf (Wm), mínimo de Oort (Om) y el máximo medieval (MM). El desfase temporal observado entre el C14 y el Sunspot Number se debe al largo periodo de atenuación que tiene el C14. ('promille' significa partes por millar).


Con esto queda claro la conexión existente entre las variaciones de la actividad solar y el clima de la Tierra. Pero ¿Como puede tener tan gran impacto en la temperatura global las tan pequeñas variaciones de irradiancia solar observadas en esos periodos?

« Última modificación: Domingo 25 Octubre 2009 22:26:42 pm por Vaqueret »
   

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #3 en: Domingo 25 Octubre 2009 19:30:21 pm »
Cambios de la cobertura nubosa y Rayos cósmicos



Para que las variaciones de actividad solar puedan jugar algún papel en el cámbio de clima, lo que necesitamos es definir algún mecanismo que amplifique de alguna manera los efectos de las relativamente pequeñas variaciones de la irradiancia solar recibida por la Tierra. El mejor candidato para esto, aunque aún suscite controversia, es la modulación del flujo de rayos cósmicos ligado a la actividad solar, y su influencia en el albedo total terrestre. Sin embargo, las variaciones cíclicas del clima de la Tierra ligadas al ciclo solar de 11 años no pueden explicar por sí solas el calentamiento sufrido durante los últimos 100 años. Para poder considerar a la actividad solar responsable de una parte significativa del cambio climático del último siglo hace falta una anomalía en la act. solar con duración de al menos 1 siglo. Y.. así ha sido, de hecho. La intensidad de Rayos cósmicos, tal y como ha sido reconstruida a partir de los registros de Be10 de los testigos de hielo, muestran un descenso del 5 al 6% durante todo el siglo veinte, correspondiendo a su vez a un decremento del 1% en la cobertura nubosa global.
El Sol emite radiación electromagnética y partículas energéticas, conocidas como 'viento solar'. Un aumento de la actividad solar afecta al viento solar y al campo magnético interplanetario, conduciendo partículas y flujo magnético atrapado por el plasma del medio interplanetario hacia afuera del sistema, creando lo que es conocido por heliosfera y bloqueando parcialmente a los rayos cósmicos galácticos este volumen de espacio - que incluye a la Tierra-. Hay que distinguir aquí los rayos cósmicos galácticos de los rayos cósmicos solares, que tienen mucha menor energía. con lo que sus efectos son dispares. Variaciones de larga duración en el campo magnético terrestre también tienen su papel en todo esto.  En definitiva, la variabilidad solar no sólo afecta a la irradiancia solar sino que también modula el flujo de radiación cósmica de alta energía que impacta la Tierra.


Fig. 5. Variación de la nubosidad de tipo bajo (menos de 3 km.), rayos cósmicos e irradiación total solar entre 1984 y 1994. K.S. Carslaw, R.G. Harrison, and J. Kirkby, Science 298, 1732 (2002).


Lo que muestra la figura 5 es la fuerte correlación  existente entre rayos cósmicos, irradiancia solar y nubosidad: Cuando decrece la actividad solar, con el consecuente descenso de irradiancia solar, el número de rayos cósmicos entrando a la atmósfera crece tal y como lo hace la formación de nubosidad baja, lo que se traduce en un incremento del albedo terrestre, lo que debería producir un descenso de temperaturas. Así que el ciclo solar de 11 años no sólo influye en los cambios en la irradiancia que recibe la Tierra, sino que también en el viento solar, el cual a su vez afecta a la nubosidad de tipo bajo modulando el flujo de rayos cósmicos, lo cual nos da el mecanismo de retroalimentación que andábamos buscando para explicar por qué pequeños cambios en actividad solar tenían tan gran efecto en nuestra atmósfera.

Los flujos de rayos cósmicos pueden ser reconstruidos para todo el periodo Fanerozoico a partir de meteoritos férricos. La siguiente figura (controvertida, no todos la aceptarán) nos muestra la correlación entre esta reconstrucción del flujo cósmico y las variaciones de temperatura.


N.J. Shaviv and J. Veizer, GSA Today (July 2003)

Las bandas azules a la cabecera de la figura indican los periodos glaciales. La curva roja añadida en la parte inferior corresponde a las variación de temperatura calculada a partir de los efectos de cambio de nubosidad por parte del flujo de radiación cósmica.
Las correlaciones vistas en las gráficas 5 y 6 muestran claramente que las anomalías en la actividad solar son un factor importante en el clima. Lo que nos falta es una explicación físicamente potente de los procesos concretos que permiten a la radiación cósmica formar nubosidad de tipo bajo. Se cree que la explicación reside en la formación de núcleos de condensación que facilitan la formación de nubes. Pero la falta de un modelo aceptado para este proceso no invalida las correlaciones tan evidentes que hemos visto. De todos modos, un acercamiento a los procesos físico se está dando poco a poco, como en el trabajo K.S. Carslaw, R.G. Harrison, and J. Kirby, Science 298, 1732-1737 (2002).

Finalmente, aquí tenemos la recostrucción de la cobertura nubosa a partir de una variedad de índices:


Fig. 7. Reconstrucción de la cobertura nubosa global, suavizada a 11 años. Datos de Zurich Sunspot Number (línea del medio), Indice aa (línea superior) y el potencial heliocéntrico (curva que va desde el 1500).
E.P. Bago and C.J. Butler, Astronomy and Geophysics 41, 18 (2000).


Aquí, el 'Potencial heliocéntrico' se refiere al potencial eléctrico centrado en el sol, el cual se introduce para simplificar cálculos, sustituyendo la repulsión electrostática por la interacción de los rayos cósmicos con el viento solar. Su magnitud es tal que la energía perdida por los rayos cósmicos al atravesar este campo hasta la órbita de la Tierra es igual al la energía que perderían al interaccionar con el viento solar hasta alcanzar también la Tierra.

Como podemos ver en la figura, y ya se mencionó antes, ha habido un claro descenso en la nubosidad de tipo bajo del 1% aprox. durante el último siglo. Esto es consistente con los datos de la fig. 5, en donde un descenso del 1% corresponde con un descenso del 5-6% del flujo de rayos cósmicos. También se observa un claro aumento de la cobertura nubosa durante la pequeña Edad de Hielo.

« Última modificación: Domingo 25 Octubre 2009 22:31:59 pm por Vaqueret »
   

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #4 en: Domingo 25 Octubre 2009 19:32:52 pm »
Un enfoque fenomenológico.


Vamos a intentar desarrollar dos enfoques destinados a estimar el efecto de las variaciones solares sobre el clima terrestre. Para esto vamos a considerar primero la variación de temperatura ocurrida durante la Pequeña Edad de Hielo (PEH), desde 1650 hasta 1710. Mientras que las temperaturas regionales pueden haber sido mucho más bajas, las estimaciones de la anomalía de temperatura global de ese periodo están entre 0,3º y 0,5º. Usaremos la media de estos valores, 0,4ºC.
Como ya se ha mencionado anteriormente, los datos de la fig. 1 se actualizaron en el 2004 y en el 2005. Se piensa ahora que el aumento de irradiancia solar desde la PEH hasta 1996 fué de 1[tex]x/m^2[/tex], correspondiendo ésto al cambio de escala que introdujo el IPCC en el 2007. En otro trabajo de Krivova, et al, con datos hasta el 2000, se da el valor de 1,3 [tex]w/m^2[/tex]. El valor exacto  no tiene demasiada importancia para el desarrollo del método que vamos a utilizar. Un cambio de escala del conjunto de datos a un aumento total menor de irradiancia simplemente afectará a la sensibilidad climática a los cambios de actividad solar.
Ignorando el mínimo de Dalton entre 1810-1820, se puede observar en la Fig 1 que el cambio en la irradiancia solar entre la PEH y alrededor de 1850, periodo en el que la concentración de CO2 no varió apreciablemente, está sobre 1,75 [tex]w/m^2[/tex]. Este valor corresponde a un forzamiento radiativo de [tex]\delta{F} = {0.3}w/m^2[/tex]. El que la concentración de CO2 sobre el periodo 1600-1850 sea constante es muy importante, ya que eso significa que este gas no fué un factor influyente en el cambio de temperatura producido en la PEH, así que se acepta generalmente que ese cambio fué a consecuencia de la variabilidadsolaren ese periodo.
La sensibilidad climática a los cambios de forzamientos solares sería:

[tex]\frac{\delta{T}}{\delta{F}} = \frac{{0.4}^oC}{{0.3}w m^{-2}} = 1.33^oCw^{-1}m^2[/tex]

Ya que la sensibilidadse refiere a cambios de actividad solar, no sólo debería incluir cambios de forzamiento radiativo debidos a irradiancia sino que también variaciones en cobertura nubosa ligadas a los cambios de flujo de rayos cósmicos durante la PEH.
Si miramos la fig 1, el cambio de irradiancia solar desde 1900 - momento en que la concentración de CO2 también sube- está sobre 1,5[tex]w m^2[/tex]. Esto implica un forzamiento radiativo de [tex]\Delta{F} = 0.26 w/m^2[/tex], así que el cambio de temperatura esperable por causa de la variabilidad solar (incluyendo cambios de albedo por el cambio del flujo re rayos cósmicos) es entonces

[tex]\Delta{T} = \Delta{F}\frac{\delta{T}}{\delta{F}} = 1.33^oCw^{-1}m^2 X 0.26 w m^{-2} = 0.35^oC[/tex]


El aumento de temperatura global en este último siglo ha estado sobre 0,7ºC, con lo que con este simple enfoque llegamos a la conclusión que el aumento de actividad solar en este periodo es el responsable de un 50% del calentamiento.



*Traducido mayormente de :
  Climate Change: The Sun’s Role
  Gerald E. Marsh
  Argonne National Laboratory (Ret)


 
« Última modificación: Domingo 25 Octubre 2009 22:35:46 pm por Vaqueret »
   

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #5 en: Domingo 25 Octubre 2009 20:57:37 pm »
eso con números gruesos,
si añadimos finura,como el efecto de los ultravioleta sobre el ozono, cubierta vegetal, microalgas marinas, contracción atmosférica, efectos geomagnéticos, ...
seguro que el % es mayor

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #6 en: Domingo 25 Octubre 2009 22:55:07 pm »
Solo un pequeño matiz sobre los ciclos de Milankovich. Cuando la traslación tiene una órbita muy excéntrica se calcula que la irradiancia solar varia en un 6% aprox. durante los perihelios y afelios. Un 6% no me parece poca cosa.
Aunque es cierto que no explican más que unas cuantas glaciaciones.
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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #7 en: Domingo 25 Octubre 2009 22:59:30 pm »
El periodo frío en los ciclos de Milankovich no se produciría por irradiación, se produciría por la duración del invierno y del verano.

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #8 en: Lunes 26 Octubre 2009 02:22:46 am »
Súmale a eso un 6% de altibajos en la constante solar en menos de un año.
Tienes problema. No solución. No problema. (Sensei Miyagi)

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #9 en: Lunes 26 Octubre 2009 16:17:17 pm »
Súmale a eso un 6% de altibajos en la constante solar en menos de un año.

Pero lo interensante de este tema es que ese 6% de diferencia entre afelio y perihelio no cambia para nada el aporte de energía total solar en un año completo, por lo que no explica el cambio de temperatura. Lo cual nos lleva a lo de siempre: retroalimentaciones y más retroalimentaciones. En el caso de la T. de Milankovich la clave está en la diferente configuración de los continentes entre los dos hemisferios.
   

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #10 en: Lunes 26 Octubre 2009 19:42:10 pm »
Menudo  trabajo, me lo he leido de un tirón pero esto necesita mas de una lectura para ser digerido bien, aunque por ahí andan los tiros.

Saludos  8)
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Desde el centro de Cuba donde tenemos rayos a montones y algún tornadito además de los huracanes que todos conocen.

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Re:El papel del Sol en el Cámbio Climático.
« Respuesta #11 en: Lunes 26 Octubre 2009 21:45:39 pm »
Excelente estudio.
Entre l'Eixample de Barcelona y el Lejano Oriente Ruso.
Eliminemos la destrucción de las selvas y bosques.
Ya puestos, que jodidamente guapas son las rusas...