Sonnenenergie

Die Sonne als Motor des Klimasystems

Die Sonne und die von ihr ausgestrahlte Solarenergie sind die treibende Kraft für den energetischen Antrieb des irdischen Wetters und Klimas. Nur durch die verschieden starke Einstrahlung zwischen Tropen und Polargebieten werden die globalen Zirkulationssysteme aufrecht erhalten und damit die Erscheinungen, die unser tägliches Wetter prägen. Es verwundert daher nicht, dass die Intensität, sowie die räumliche und zeitliche Verteilung der Sonnenstrahlung auf der Erde bedeutenden Einfluss auf das Klima haben können. Die Strahlungsleistung, die von der Sonne ausgehend auf den Oberrand der Atmosphäre trifft, beträgt bei senkrechter Einstrahlung etwa 1368 W/m². Diese so genannte Solarkonstante unterliegt jedoch Schwankungen, welche gerade auf Zeitskalen, auf denen die Plattentektonik keine wesentliche Rolle spielt, die Veränderung des Klimas mitbestimmt.

Formen der Sonnenaktivität

Die Solarstrahlung zeigt seit 1977 den typischen 11-Jahres-Zyklus (Schwabe-Zyklus). Die Minima zeigen eine leicht fallende Tendenz, die sich bis 2007 noch verstärkt hat. Der Temperaturanstieg ist im Trend von der Solarstrahlung unbeeinflusst.

Die solaren Schwankungen hängen mit permanenten Veränderungen im Magnetfeld der Sonne zusammen. Es muss jedoch unterschieden werden zwischen der elektromagnetischen Strahlung, die die Sonne zur Erde sendet und der Partikelstrahlung, die aus geladenen Teilchen wie Protonen, Elektronen und Ionen besteht. Solche Teilchenstrahlung kommt aus dem gesamten Weltall und wird kosmische Strahlung genannt; der Teil der direkt von unserer Sonne stammt, wird oft auch als Sonnenwind bezeichnet. Das magnetische Verhalten der Sonne unterliegt wiederkehrenden zyklischen Schwankungen. Ein solcher Sonnenzyklus, also der Zeitraum zwischen einem Solarmaximum und einem erneuten Solarmaximum, dauert etwa 11 Jahre. Auf dem Zyklus-Höhepunkt, der das letzte Mal 2001 erreicht worden ist, wird der Sonnenwind zu einem regelrechten Sonnensturm. Auf der Sonnenoberfläche ereignen sich nun gewaltige Eruptionen, die große Mengen energiereicher Partikel ins All schleudern. Die dabei freigesetzten Urgewalten entsprechen dabei etwa der Explosion von 66 Milliarden Hiroshima-Bomben. Die ersten Beobachtungen der Sonnenflecken gehen auf das Jahr 1610 zurück. Damals wurden diese unter anderen von Galileo Galilei mit einem Fernrohr gemacht. Regelmäßige Zählungen gibt es allerdings erst seit 1860 vom astronomischen Observatorium in Zürich.

Einflüsse von UV- und kosmischer Strahlung auf das Klima

Etwa 1% der gesamten Strahlungsenergie der Sonne wird von der UV-Strahlung (kurzwelliger elektromagnetischer Strahlung) eingenommen. Diese hat Einfluss auf die Ozon-Konzentration der Stratosphäre, da die energiereiche Strahlung Sauerstoffmoleküle spalten kann, welche dann zur Ozonbildung zur Verfügung stehen. Die Schwankungen im UV-Bereich sind wesentlich größer als die der Gesamtstrahlung bzw. der Solarkonstanten (8% gegenüber 0,2%). Bei hoher UV-Strahlung wird die stratosphärische Ozonkonzentration um 2-3% erhöht, was aufgrund der Absorption solarer Strahlung durch Ozon zu einer Erwärmung der Stratosphäre führt, was auch das Klima der Troposphäre beeinflussen könnte. Da sich die Stratosphäre aber seit Beginn der Satellitenmessungen abgekühlt hat, ist dieser Effekt offensichtlich nicht von relevanter Bedeutung für den gegenwärtigen Klimawandel. Ein weiterer indirekter Einfluss der Sonne auf das Klima der Erde wird von einigen Forschern in der kosmischen Strahlung gesehen. Diese hochenergetische Teilchenstrahlung aus dem Weltall wird durch das Magnetfeld der Sonne und die Sonnenaktivität beeinflusst: Eine starke Sonnenaktivität verringert die auf die Erde auftreffende kosmische Strahlung. Die kosmische Strahlung ist verantwortlich für die Bildung von Ionen in der Atmosphäre, die die Tröpfchenbildung von Wolken begünstigen könnte. Bei geringer kosmischer Strahlung würde es hiernach weniger Wolken geben und damit mehr solare Einstrahlung, also eine Erwärmung der Atmosphäre. Die vermutete Korrelation von kosmischer Strahlung und Wolkenbildung hat sich jedoch durch Beobachtung nicht bestätigt. Zwar korrelierte von den 1960er Jahren bis zum Ende der 1980er Jahre die kosmische Strahlung mit der Temperaturentwicklung, erstere nimmt seitdem aber wieder ab, während die Temperatur weiter ansteigt. Noch weiß man wenig über die Bedeutung, die den einzelnen Mechanismen zukommt. Neben dem schon angesprochenen 11-jährigen Zyklus wurden noch weitere beobachtet. So gibt es beispielsweise den Gleißberg-Zyklus, der alle 80 bis 90 Jahre wiederkehrt, sowie einen weiteren Zyklus von etwa 208 Jahren. Außerdem kann die Sonne auch eine verringerte Aktivität über Jahrzehnte hinweg aufweisen. Edward Maunder untersuchte 1890 die historisch beobachteten Sonnenflecken und entdeckte ein Ausbleiben des 11-jährigen Zyklus zwischen dem späten 17. und beginnenden 18. Jahrhundert (Maunder-Minimum), die auffallend mit der „kleinen Eiszeit“ zusammenfällt.

Lizenzhinweis

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