Veränderung der Solarkonstante

Rückkoppelungsmechanismen im Klimasystem
Rückkoppelungsmechanismen im Klimasystem
Bildquelle: Datengrundlage: Schönwiese 1995, S. 120/121

Obwohl gemeinhin die Bestrahlungsstärke der Sonnenstrahlung an der Obergrenze der Atmosphäre als konstant angenommen wird (Solarkonstante), lassen sich Variationen feststellen. In der Änderung der Solarkonstante eine mögliche Ursache von Klimaänderungen zu suchen, liegt eigentlich nahe, bedeutet dies doch ganz unmittelbare Schwankungen der Sonneneinstrahlung und damit der Temperaturbedingungen auf der Erdoberfläche.

Eine Änderung der Solarkonstante kann sich grundsätzlich aufgrund zweier Faktoren ergeben:

  • Einflüsse im außeratmosphärischen Weltenraum: diese können durch die Adsorption der Sonnenstrahlung durch feine Staubwolken (sogenannte Dunkelwolken) außerhalb der Atmosphäre gegeben sein, wobei der Sternenhimmel verschleiert wird. Die Zusammenhänge hierzu sind jedoch bislang noch nicht im Detail bekannt.
  • Änderung der primären Sonnenstrahlung: hier wird zwischen kurzfristig-periodischen und langfristigen Änderungen der Solarkonstante unterschieden.

Kurzfristige Änderungen der Solarkonstante

Kurzfristige Änderungen der Solarkonstante beziehen sich auf die sogenannte Sonnenaktivität: eine zu gewissen Zeiten verstärkte Sonnenausstrahlung, die durch Sonnenfackeln, Protuberanzen und ähnliches zustande kommt. Für diese wurde ein auffälliger 11-jähriger Rhythmus festgestellt. Als Ursache dieser Erscheinungen werden Änderungen starker lokaler Magnetfelder auf der Sonne angenommen.

Auffällige Begleiterscheinung dieser ?unruhigen? Sonne ist das Auftreten dunkler Gebiete auf der sichtbaren Sonnenoberfläche: sogenannte Sonnenflecken. Diese stellen relative Kältegebiete der Photosphäre mit verringerter Strahlungsintensität dar und werden als Sonnenfleckenrelativ-Zahlen dokumentiert.

Diese Strahlungsminderung wird durch die gleichzeitig auftretenden Protuberanzen und Sonnenfackeln überkompensiert, so dass insgesamt eine erhöhte Sonnenaktivität verzeichnet wird. Die Erhöhung wird auf ca. 0,1% geschätzt, so dass diese lediglich eine Änderung der bodennahen Temperatur um wenige Zehntel Grad hervorrufen kann. Von daher spielen diese kurzfristigen Schwankungen vor allem mit weiteren Faktoren, die die Sonneneinstrahlung bestimmen, eine Rolle. Aufgrund möglicher positiver Rückkopplungsmechanismen sollten diese jedoch beachtet werden. Rückkoppelungsmechanismen treten im Klimasystem aufgrund der zahlreichen internen Wechselwirkungen ein. Diese können die Effekte sowohl verstärken (positive Rückkoppelung) als auch abschwächen (negative Rückkoppelung) (vergleiche Abbildung).

Langfristige Änderungen der Solarkonstante

Langfristige Änderungen der Solarkonstante können sich durch Kernreaktionen und Gasdiffusionen im Innern der Sonne ergeben. Die hieraus resultierenden Veränderungen der Bestrahlungsstärke werden auf bis zu ein Prozent geschätzt.

Indirekte Änderungen der Sonneneinstrahlung

Indirekte Änderungen der Sonneneinstrahlung können jedoch viel wirksamer sein als die soeben genannten Phänomene. Indirekt bedeutet hierbei, dass Änderungen der Sonneneinstrahlung eintreten, ohne dass hierfür eine Änderung der Solarkonstante notwendig ist. Bestätigen können dies Tages- und Jahresgang der Temperatur, die durch die Erdbahnparameter bestimmt werden: der Tagesgang der Temperatur durch die Erdrotation, der Jahresgang durch Ekliptikschiefe und Umlauf der Erde um die Sonne. Aufgrund des differierenden Einfallswinkels der Sonnenstrahlung auf die Erdoberfläche ergeben sich dadurch die bekannten regionalen Einstrahlungsunterschiede auf der Erde. Als Antriebskraft der atmosphärisch-ozeanischen Zirkulation sind diese, zusammen mit der sich aus den Streu- und Absorptionsvorgängen ergebenden Strahlungsbilanz, für die Temperaturen auf der Erdoberfläche weitaus bedeutender als die direkte Sonnenstrahlung.

Diese beiden Variationen, also die Änderung der solaren Einstrahlung bzw. der Strahlungsbilanz der Erdoberfläche, werden jedoch definitionsgemäß nicht als Klimaschwankungen bezeichnet. Dennoch führen sie zu weiteren Variationen der Erdbahnparameter, die sich in viel größeren Zeitabschnitten abspielen und schon früh von Milankovitch als Ursachen von Klimaschwankungen diskutiert worden sind.