¿Calentamiento global? El Gran Mínimo Solar Moderno conducirá al enfriamiento terrestre

En este editorial, demostraré con el campo magnético proxy de actividad solar recién descubierto que el Sol ha entrado en el Gran Mínimo Solar moderno (2020-2053) que conducirá a una reducción significativa del campo magnético solar y la actividad como durante el mínimo de Maunder que conduce a notable reducción de la temperatura terrestre.

El sol es la principal fuente de energía de todos los planetas del sistema solar. Esta energía se envía a la Tierra en forma de radiación solar en diferentes longitudes de onda, llamada irradiancia solar total. Las variaciones de la irradiancia solar provocan el calentamiento de la atmósfera planetaria superior y procesos complejos de transporte de energía solar hacia una superficie planetaria.

Los signos de actividad solar se observan en variaciones cíclicas de 11 años de una serie de manchas solares en la superficie solar utilizando números de manchas solares mensuales promedio como un indicador de la actividad solar durante los últimos 150 años. Los ciclos solares fueron descritos por la acción del mecanismo de dínamo solar en el interior solar generando cuerdas magnéticas en la parte inferior de la zona convectiva solar.

Estas cuerdas magnéticas viajan a través del interior solar apareciendo en la superficie solar, o fotosfera, como manchas solares que indican los puntos donde estas cuerdas magnéticas están incrustadas en la fotosfera.

El campo magnético de las manchas solares forma un campo toroidal, mientras que el campo magnético de fondo solar forma un campo poloidal. La dinamo solar convierte cíclicamente el campo poloidal en toroidal que alcanza su máximo en un máximo del ciclo solar y luego el campo toroidal vuelve al poloidal hacia un mínimo solar. Es evidente que para la misma polaridad principal del campo magnético en las manchas solares del mismo hemisferio, la duración del ciclo solar debería extenderse a 22 años.

A pesar de comprender la imagen general de un ciclo solar, fue bastante difícil hacer coincidir los números de manchas solares observadas con los modelados a menos que el ciclo progresara bien. Esta dificultad es una clara indicación de algunos puntos faltantes en la definición de actividad solar por números de manchas solares que dirigieron nuestra atención a la investigación del campo magnético de fondo solar (poloidal) (SBMF) [ 1 ].

Al aplicar el análisis de componentes principales (PCA) a los magnetogramas de disco completo de baja resolución capturados en los ciclos 21-23 por el Observatorio Solar Wilcox, descubrimos no uno sino dos componentes principales de este campo magnético de fondo solar (ver Figura 1 , gráfico superior) asociado con dos ondas magnéticas marcadas por líneas rojas y azules. Los autores derivaron fórmulas matemáticas para estas dos ondas ajustando componentes principales a partir de los datos de los ciclos 21-23 con la serie de funciones periódicas y usaron estas fórmulas para predecir estas ondas para los ciclos 24-26. Estas dos ondas se encuentran generadas en diferentes capas del interior solar ganando frecuencias cercanas pero no iguales [ 1 ]. La curva resumen de estas dos ondas magnéticas ( Figura 1, gráfico inferior) revela la interferencia de estas ondas que forman máximos y mínimos de ciclos solares.

Figura 1. Gráfico superior: dos componentes principales (PC) del campo magnético de fondo solar (curvas azul y verde, números arbitrarios) obtenidos para los ciclos 21-23 (datos históricos) y pronosticados para los ciclos 24-26 utilizando las fórmulas matemáticas derivadas de la datos históricos (de los datos de Zharkova et al. [ 1 ]). Gráfico inferior: la curva de resumen derivada de los dos PC anteriores para los datos “históricos” (ciclos 21-23) y prevista para el ciclo solar 24 (2008-2019), ciclo 25 (2020-2031), ciclo 26 (2031– 2042) (de los datos de Zharkova et al. [ 1 ]).

 

La curva de resumen de dos ondas magnéticas explica muchas características de los ciclos de 11 años, como el doble máximo en algunos ciclos o la asimetría de la actividad solar en los hemisferios opuestos durante diferentes ciclos. Zharkova y col. [ 1 ] vinculó la curva de resumen del módulo a los números de manchas solares promediados para los ciclos 21-23 como se muestra en la Figura 2 (gráfico superior) y extendió esta curva a los ciclos 24-26 como se muestra en la Figura 2 (gráfico inferior). Parece que la amplitud del campo magnético solar de resumen que se muestra en la curva de resumen se está reduciendo hacia los ciclos 24-25 y se vuelven casi cero en el ciclo 26.

Figura 2. Gráfica superior: La curva de resumen del módulo (curva negra) obtenida de la curva de resumen ( Figura 1 , gráfica inferior) versus los números de manchas solares promediados (curva roja) para los datos históricos (ciclos 21–23). Gráfico inferior: La curva de resumen del módulo asociada con el número de manchas solares derivada de los ciclos 21–23 (y calculada para los ciclos 24–26 (construida a partir de los datos obtenidos por Zharkova et al. [ 1 ])).

 

Zharkova y col. [ 1 ] sugirió usar la curva de resumen como un nuevo proxy de la actividad solar, que utiliza no solo la amplitud de un ciclo solar sino también su polaridad magnética principal del campo magnético solar.

Figura 3. Curva de actividad solar (resumen) restaurada para 1200–3300 dC (construida a partir de los datos obtenidos por Zharkova et al. [ 1 ]).

 

La Figura 3 presenta la curva resumen calculada con las fórmulas matemáticas derivadas hacia adelante para 1200 años y hacia atrás 800 años. Esta curva revela la aparición de grandes ciclos solares de 350 a 400 años causados ​​por la interferencia de dos ondas magnéticas. Estos grandes ciclos están separados por los grandes mínimos solares, o los períodos de muy baja actividad solar [ 1 ]. El gran mínimo solar anterior era el mínimo de Maunder (1645-1710), y el otro antes llamado mínimo de Wolf (1270-1350). Como se ve en la Figura 3 de la predicción de Zharkova et al. [ 1 ], en los próximos 500 años hay dos moderna Gran Mínimo solar se aproxima en el sol: la moderna en el 21 st siglo (2020-2053) y el segundo en el 24 º siglo (2370–2415).

Las propiedades de observación de las dos ondas magnéticas y su curva de resumen se ajustan estrechamente a las ondas de doble dínamo generadas por fuentes magnéticas dipolo en dos capas del interior solar: capas interior y exterior [ 1 ], mientras que se pueden producir otros tres pares de ondas magnéticas por fuentes magnéticas cuádruples, séxtuples y octuplas junto con la fuente dipolar que define la apariencia visible de la actividad solar en la superficie.

Actualmente, el Sol ha completado el ciclo solar 24, el ciclo más débil de los últimos 100 años, y en 2020 ha comenzado el ciclo 25. Durante los períodos de baja actividad solar, como el gran mínimo solar moderno, el Sol a menudo estará desprovisto de manchas solares. Esto es lo que se observa ahora al inicio de este mínimo, porque en 2020 el Sol ha visto, en total, 115 días impecables (o 78%), lo que significa que 2020 va camino de superar el récord de la era espacial de 281 días impecables ( o 77%) observado en 2019.Sin embargo, el inicio del ciclo 25 aún es lento en el disparo de regiones activas y llamaradas, por lo que con cada día / semana / mes adicional que pasa, el nulo en la actividad solar se extiende marcando un inicio de gran mínimo solar. . ¿Cuáles son las consecuencias para la Tierra de esta disminución de la actividad solar?

Reducción de la irradiancia solar total (TSI) durante el mínimo de Maunder

Exploremos lo que ha sucedido con la irradiancia solar durante el gran mínimo solar anterior: el Mínimo de Maunder. Durante este período, aparecieron muy pocas manchas solares en la superficie del Sol y el brillo general del Sol disminuyó ligeramente.

La reconstrucción de la irradiancia solar total promediada por ciclo hasta 1610 ( Figura 4 , gráfico superior) sugiere una disminución de la irradiancia solar durante el mínimo de Maunder en un valor de aproximadamente 3 W / m 2 [ 2 ], o aproximadamente el 0,22% de la radiación solar. irradiancia solar total en 1710, después de que terminara el mínimo de Maunder.

Disminución de temperatura durante el mínimo de Maunder

Desde 1645 hasta 1710, las temperaturas en gran parte del hemisferio norte de la Tierra se desplomaron cuando el Sol entró en una fase tranquila ahora llamada Mínimo de Maunder. Esto probablemente ocurrió porque la irradiancia solar total se redujo en un 0,22%, como se muestra en la Figura 4 (gráfico superior) [ 2 ], lo que llevó a una disminución de la temperatura terrestre promedio medida principalmente en el hemisferio norte en Europa de 1,0 a 1,5 ° C. como se muestra en la Figura 4 (gráfico inferior) [ 3 ]. Esta aparentemente pequeña disminución de la temperatura promedio en el hemisferio norte provocó ríos helados, inviernos largos y fríos y veranos fríos.

Figura 4. Gráfico superior: irradiancia solar total restaurada desde 1600 hasta 2014 por Lean et al. [ 2 ]. Modificado por Easterbrook [ 3 ], de Lean, Beer, Bradley [ 2 ]. Gráfico inferior: temperaturas del centro de Inglaterra (CET) registradas continuamente desde 1658. Las áreas azules son períodos fríos recurrentes; las áreas rojas son períodos cálidos. Todos los tiempos de mínimos solares coincidieron con períodos fríos en el centro de Inglaterra. Adoptado de Easterbrook [ 3 ], con los permisos de editor de Elsevier.

 

La temperatura de la superficie de la Tierra se redujo en todo el Globo (ver Figura 1 en [ 4 ]), especialmente, en los países del hemisferio norte. Europa y América del Norte se congelaron: los glaciares alpinos se extendieron sobre las tierras agrícolas del valle; el hielo marino se deslizó hacia el sur desde el Ártico; Los ríos Dunab y Thames se congelaron regularmente durante estos años, así como los famosos canales de los Países Bajos.

Shindell y col. [ 4 ] han demostrado que la caída de la temperatura estaba relacionada con la caída de la abundancia de ozono creado por la luz solar ultravioleta en la estratosfera, la capa de la atmósfera ubicada entre 10 y 50 kilómetros de la superficie de la Tierra. Dado que durante el Mínimo de Maunder el Sol emitió menos radiación, en total, incluida una fuerte emisión ultravioleta, se formó menos ozono que afecta a las ondas de la atmósfera planetaria, el gigante se menea en la corriente en chorro.

Shindell y col. [ 4 ] en la pág. 2150 sugieren que “un cambio en las ondas planetarias durante el Mínimo de Maunder impulsó la Oscilación del Atlántico Norte (NAO) – el equilibrio entre un sistema permanente de baja presión cerca de Groenlandia y un sistema permanente de alta presión al sur – en una fase negativa, eso llevó a Europa a permanecer inusualmente fría durante el MM “.

Papel del campo magnético en el enfriamiento terrestre en Grand Solar Minima

Sin embargo, no solo se modificó la radiación solar durante el mínimo de Maunder. Hay otro factor que contribuye a la reducción de la temperatura terrestre durante el mínimo de Maunder: este es el campo magnético de fondo solar, cuyo papel se ha pasado por alto hasta ahora. Después del descubrimiento [ 1] de una reducción significativa del campo magnético en el próximo gran mínimo solar moderno y durante el mínimo de Maunder, se reconoció que el campo magnético solar controla el nivel de rayos cósmicos que alcanzan las atmósferas planetarias del sistema solar, incluida la Tierra. Una reducción significativa del campo magnético solar durante los grandes mínimos solares indudablemente conducirá al aumento de la intensidad de los rayos cósmicos galácticos y extragalácticos, que, a su vez, conducirán a la formación de nubes altas en las atmósferas terrestres y ayudarán al enfriamiento atmosférico. como lo muestran Svensmark et al. [ 5 ].

En el mínimo solar anterior entre los ciclos 23 y 24, la intensidad de los rayos cósmicos aumentó en un 19%. Actualmente, el campo magnético solar predicho en la Figura 1 por Zharkova et al. [ 1 ] está cayendo radicalmente en el sol que, a su vez, conduce a una fuerte disminución en el campo magnético interplanetario del sol hasta sólo 4 nanoTesla (nT) desde valores típicos de 6 a 8 nT. Esta disminución del campo magnético interplanetario conduce naturalmente a un aumento significativo de la intensidad de los rayos cósmicos que pasan a las atmósferas del planeta, según lo informado por las recientes misiones espaciales [ 6 ]. Por lo tanto, este proceso de reducción del campo magnético solar está progresando según lo predicho por Zharkova et al. [ 1], y su contribución será absorbida por las atmósferas planetarias, incluida la Tierra. Esto puede disminuir la temperatura terrestre durante el gran mínimo solar moderno que ya comenzó en 2020.

Reducción esperada de la temperatura terrestre en los grandes mínimos solares modernos

Esta curva resumen también indicó el próximo gran mínimo solar moderno 1 en los ciclos 25–27 (2020–2053) y el gran mínimo solar moderno 2 (2370–2415). Esto traerá a los tiempos modernos las condiciones únicas de baja actividad del Sol, que ocurrieron durante el mínimo de Maunder. Se espera que durante el gran mínimo solar moderno, la actividad solar se reduzca significativamente, ya que esto sucedió durante el mínimo de Maunder ( Figura 4 , gráfico inferior). De manera similar al Mínimo de Maunder, como se discutió anteriormente, la reducción del campo magnético solar provocará una disminución de la irradiancia solar en aproximadamente un 0.22% durante una duración de tres ciclos solares (25-27) para el primer gran mínimo moderno (2020-2053) y cuatro ciclos solares desde el segundo gran mínimo moderno (2370-2415).

Esto, a su vez, puede llevar a una caída de la temperatura terrestre de hasta 1.0 ° C desde la temperatura actual durante los próximos tres ciclos (25-27) de gran mínimo 1. Las mayores caídas de temperatura se acercarán durante los mínimos locales. entre los ciclos 25-26 y los ciclos 26-27 cuando se alcanza el nivel más bajo de actividad solar utilizando las estimaciones de la Figura 2 (gráfico inferior) y la Figura 3. Por lo tanto, la temperatura promedio en el hemisferio norte se puede reducir hasta en 1.0 ° C de la temperatura actual, que se incrementó en 1.4 ° C desde el mínimo de Maunder. Esto dará como resultado que la temperatura promedio sea más baja que la actual y sea solo 0.4 ° C más alta que la temperatura medida en 1710. Luego, después de que termine el gran mínimo solar moderno 1, la actividad solar en el ciclo 28 se restaurará a normal en el gran ciclo solar bastante corto pero poderoso que dura entre 2053 y 2370, como se muestra en la Figura 3 , antes de que se acerque al siguiente gran mínimo solar 2 en 2370.

Conclusiones

En este editorial, he demostrado que el progreso reciente en la comprensión del papel del campo magnético de fondo solar en la definición de la actividad solar y en la cuantificación de las magnitudes observadas del campo magnético en diferentes momentos nos permitió permitir una predicción confiable a largo plazo de la actividad solar en una escala de tiempo del milenio. Este enfoque reveló la presencia no solo de ciclos solares de 11 años, sino también de grandes ciclos solares con una duración de 350 a 400 años. Demostramos que estos grandes ciclos están formados por las interferencias de dos ondas magnéticas con frecuencias cercanas pero no iguales producidas por la acción de la doble dínamo solar a diferentes profundidades del interior solar. Estos grandes ciclos siempre están separados por grandes mínimos solares de tipo mínimo de Maunder, que ocurrieron regularmente en el pasado formando los conocidos Maunder, Wolf, Oort, Homeric,

Durante estos grandes mínimos solares, hay una reducción significativa del campo magnético solar y de la irradiancia solar, que imponen la reducción de las temperaturas terrestres derivadas para estos períodos del análisis de la biomasa terrestre durante los últimos 12.000 años o más. El gran mínimo solar más reciente ocurrió durante el Mínimo de Maunder (1645-1710), lo que condujo a una reducción de la irradiancia solar en un 0,22% con respecto al moderno ya una disminución de la temperatura terrestre media entre 1,0 y 1,5 ° C.

Este descubrimiento de la acción de la doble dínamo en el Sol nos trajo una advertencia oportuna sobre el próximo gran mínimo solar 1, cuando el campo magnético solar y su actividad magnética se reducirán en un 70%. Este período ha comenzado en el Sol en 2020 y durará hasta 2053. Durante este gran mínimo moderno, uno esperaría ver una reducción de la temperatura terrestre promedio de hasta 1.0 ° C, especialmente, durante los períodos de mínimos solares entre el ciclos 25-26 y 26-27, por ejemplo, en la década 2031-2043.

La reducción de la temperatura terrestre durante los próximos 30 años puede tener implicaciones importantes para diferentes partes del planeta sobre el crecimiento de la vegetación, la agricultura, el suministro de alimentos y las necesidades de calefacción en los hemisferios norte y sur. Este enfriamiento global durante el próximo gran mínimo solar 1 (2020-2053) puede compensar durante tres décadas cualquier signo de calentamiento global y requeriría esfuerzos intergubernamentales para abordar los problemas con el suministro de calor y alimentos para toda la población de la Tierra.

Referencias

Origen: Artículo completo: El Gran Mínimo Solar Moderno conducirá al enfriamiento terrestre

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