2016-07-29

太陽の磁場変動が、短期にも長期にも地球気候に影響している!?

太陽磁場の22年周期

◆『太陽磁場 ⇒  宇宙線 ⇒ 雲量 ⇒ 地球気候』

太陽の活動は、常に同じ状態ではなく、様々な周期性をもってダイナミックに変化する。その太陽活動の変化は、地球の気候変動の周期性と相関がある。

太陽の黒点は、数年かけて増加し、ピーク後に数年をかけて減少する。この増減の周期が約11年で、この11年周期のピークのときの黒点の数に違いがあり、その違いにも200年や1000年の周期性がある。つまり、太陽活動の11年基本周期ごとの強弱によって、88年、200年、1000年、2000年など周期性をもつ。

太陽磁場2016,07,28

Q.では、太陽の11年基本周期が生じるのは?

太陽は南北にN極とS極を持っているが、数十万年間にわたり北極にS極・南極にN極の地球と違い、約11年周期で双極子磁場の向きが反転する(そのため太陽の磁場は22年周期をもつ)。つまり、太陽の活動変動の11年基本周期は、太陽磁場の反転が要因と考えられている。

Q.太陽磁場の変化と地球気候の関係は?

地球やその他の惑星は太陽の磁場に覆われることで宇宙線が降り注ぐことを低減しているが、太陽磁場の極性の反転は、日射量のような太陽の放射には影響しないが、太陽圏のシールドに影響を与え地球に降り注ぐ宇宙線が変化する。そして増減する宇宙線が大気の電離度を変化させ、それによる雲の増減が地球の気候変動に影響する。

地球の温暖化や寒冷化といった気候変動は太陽活動の変動と相関しているが、日射量の影響は0.1%と非常にわずかのため、太陽活動の変動のなかでも磁場変動の影響が、短期にも長期スパンにも地球気候に影響を与ええている可能性がある。

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太陽活動と気候

(※引用:1982年出版された高橋浩一郎著『生存の条件』

以下、「特集 太陽活動の謎と発見 太陽活動と宇宙線、そして気候変動、 宮原ひろ子( 東京大学宇宙線研究所)」より引用リンク

<前略>
アメリカのスタイバー博士のグループが、世界で最も長生きするといわれるブリッスルコーンパインの年輪を10 枚ごとに剥がし、炭素14 の量を測定して過去1 万年間の太陽活動の変動を調べたところ、「マウンダー極小期(※1645年から70 年間にわたり太陽黒点が消えた時期)」と同じように炭素14 が増加していた時期、つまり太陽活動が低下し黒点が消えていた時代が過去に何度もあったことがわかった。また、そういった黒点の消失がおおよそ100~300 年に一度発生していることも明らかになった。
つまり、“異常” のように見えた黒点の消失も、それ自体、太陽のもつ長いリズムの1 つであるということを意味している。それは同時に、今後もそのような長期にわたる黒点の消失が発生する可能性があるということを意味している。

数十年にわたって黒点が消えている間、太陽には何が起こっているのだろうか。
屋久杉を用いた研究によってその手がかりが得られつつある。マウンダー極小期の70 年間に形成された年輪を1枚ごとに丁寧に剥がして太陽活動の変動をたどってみると、黒点が消え11 年周期が失われたかのように見えるマウンダー極小期においても太陽活動の周期的な変動が続いていたことを示す結果が得られた。しかも興味深いことに、通常は約11年の周期で増減する太陽活動が、11 年よりも少し長い約14 年の周期で増減していたことがわかってきた。
つまり、黒点が消えたマウンダー極小期では、太陽の基本周期ともいえる11 年周期のリズムが崩れていたことになる。このリズムの遅れが、物理的に何を意味しているのかはまだよくわかっていない。現在、観測と理論の両面から研究が続けられている。

■太陽活動、宇宙線、気候変動はつながるか

マウンダー極小期は地球の気候に何らかの影響を与えたのだろうか。
過去の太陽活動と気候の関係性を調べていくと、いくつかの共通性があることに気づく。たとえば、10~12 世紀頃は太陽活動が非常に活発であった時期として知られているが、その頃は「中世の温暖期」と呼ばれるように気候が比較的温暖であったことが知られている。
また、13 世紀以降、太陽はマウンダー極小期に代表される3 つの大きな極小期を経験しているが、その頃は小氷期と呼ばれる寒冷な時期に対応している。そのほかにも、太陽活動と気候の一致は、十年から数千年の幅広い時間スケールにおいて報告されている。
しかし、太陽活動と気候の変動に見られる共通性が偶然によるものなのか必然なのかはよくわかっていない。というのも、太陽活動の変化にともなう日射量の増減は0.1% 程度と非常にわずかで、地球の温暖化や寒冷化を説明できるほどの変化ではない

そこで、太陽に関連する他の因子が気候に与える影響に注目が集まっている。その1 つが宇宙線である。
地球に飛んでくる宇宙線の量は、前述のように、太陽活動が活発になれば減少し、静穏になれば増加する。この太陽活動に応じて増減する宇宙線が、大気の電離度を変化させ雲の量を増減させているという説がデンマークのスベンスマルク博士らのグループによって提唱された。
雲の量と温暖化・寒冷化との関係は未解明の問題であるが、衛星観測によって調べられている全球の雲の面積と、地上の中性子モニターによって常時観測されている宇宙線量の変動には、確かによい相関がある。

宇宙線の変動パターンは、日射量とは少しだけ異なる。それは、変動に22 年周期の成分があるという点である。太陽活動は、通常11 年の周期で増減する。この影響は、日射量、紫外線など太陽に関連するあらゆる因子に見られる。
一方、11年ごとに太陽の活動が最大に達すると、太陽の双極子磁場の向きが反転することが知られている。
太陽の北側がN 極、南側がS 極という状態が11年間続き、再び太陽の活動が最大に達すると、こんどは北側がS 極、南側がN 極という状態が11年間続く。
この磁場の極性の反転がもつ22 年周期は、日射量のような太陽の放射には影響しないが、宇宙線だけが顕著にその影響を受ける。
宇宙線のほとんどは、陽子つまり正に帯電した粒子である。そのため、太陽の磁場の向きが反転すると、陽子に対する太陽圏のバリア効果がわずかに変化するのだ。その結果、図2 に示すように、地球に到来する宇宙線の量の変動パターンは太陽の磁場の向きによってわずかに変わる

年輪の成長率の増減などを指標として復元された気温のデータから、マウンダー極小期や中世の活発期における太陽と気候の関係性を見てみると、宇宙線がもつ22 年周期の変動成分、さらには伸び縮みする太陽周期が、気候変動の複雑なパターンを生み出している可能性があることがわかってくる。
マウンダー極小期で、太陽の11 年周期が14年周期に伸びていたのは前述のとおりだが、炭素14 の分析によると中世の活発期では9 年という短い周期に変化していた。この太陽活動の周期の伸縮にともなって、気候変動の周期性も~14 年や~9 年に伸び縮みしている。気候変動にはもともと10 年程度の周期性があるとされてきたが、そのリズムはやはり太陽活動の影響を受けているようだ。
興味深いのは、宇宙線がもつ“22 年” 周期のシグナルが、11 年周期の伸び縮みにともなって伸縮し、マウンダー極小期では、28 年周期として、中世の活発期では18 年周期として気温の変動にあらわれている点である。
数十年スケールの気候変動の起源はいまだ理解されていないが、太陽磁場の変動を理解することが解明への鍵になりそうだ。

 

 

List    投稿者 asaoka-g | 2016-07-29 | Posted in G.市場に絡めとられる環境問題No Comments » 

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