8955898644

Rys. 7. Zmiany średniej rocznej temperatury powietrza w Ammassalik (Grenlandia) i strumienia energii słonecznej (wg W. Soon, Physical Goegraph.. 30/2, 144. 2009)

Datowanie izotopowe oraz izotopowe wskaźniki temperatury

Datowanie izotopowe (radiodatowanie) to metoda datowania próbek w oparciu o zjawisko rozpadu promieniotwórczego, polega na pomiarze proporcji pomiędzy pierwotną I współczesną zawartością izotopu promieniotwórczego w próbce. Proporcja ta zależna jest tylko i wyłącznie od czasu rozpadu. W przypadku datowania próbek pochodzenia organicznego (np. pierścienie rocznych przyrostów drzew) powszechnie stosuje się pomiar izotop ^ł4C, generowany przez promieniowanie kosmiczne w atmosferze, o okresie półrozpadu około 5730 lat. Kosmogeniczny ¹⁴C szybko wchodzi w skład atmosferycznego ditlenku węgla i jest włączany w obieg węgla w układzie: atmosfera--biosfera-ocean. Obecnie pomiary zmian koncentracji ¹⁴C są stosowane także do ba- j dania zmian aktywności magnetycznej Słońca. Izotop berylu ¹⁰Be, także generowany przez promieniowanie kosmiczne w atmosferze, ma okres półrozpadu około 1,5 min lat. Zazwyczaj mierzy się więc wprost jego koncentrację (uwzględniając poprawki na rozpad promieniotwórczy) w stosunkowo łatwych do datowania warstwach lodowców. Na lokalne zmiany koncentracji ¹⁰Be istotny wpływ mają lokalne warunki klimatyczne oraz ogólna dynamika atmosfery. Ogólnie zmiany koncentracji ¹⁴C i ¹⁰Be są doskonale skorelowane ze zmianami aktywności magnetycznej Słońca.

Globalne zmiany temperatury mogą być oceniane na podstawie np. zmian względnej koncentracji w warstwach lodowców izotopów ^,80/¹⁶0 czy też ²H/¹H, gdyż względna zawartość cząsteczek wody zawierających cięższe izotopy w wodzie parującej z tropikalnych oceanów oraz ilość opadów śnieżnych w obszarach podbiegunowych zależą od temperatury globalnej. Pomiary takich zmian z dokładnością czasową rzędu dziesięciolecia są możliwe dla okresów sięgających setek tysięcy lat przed naszą erą.

izotopy promieniotwórcze, a szczególnie ^l4C i ^,0Bc. Dlatego na podstawie analizy czasowych zmian względnej koncentracji tych izotopów możliwe było stwierdzenie, iż w okresie holocenu, czyli w ciągu ostatnich 11 700 lat, na Słońcu wystąpiło 27 „wielkich minimów” aktywności, w tym 80-letnie Minimum Maun-dera i 160-Ietnie Minimum Spoerera (XV-XVI w.), obejmujących łącznie 17% tego okresu i 19 „wielkich maksimów” aktywności, w tym najnowsze, w 2. połowie XX w. To XX-wieczne wielkie maksimum aktywności Słońca było zresztą najsilniejsze od 11 tysięcy lat (rys. 2). Analiza zarówno dostępnych źródeł pisanych, jak pośrednich wskaźników temperatury i klimatu, np. pomiary stosunków izotopów ^,K0/^lfc0 i ²H/'H czy zawartości ^l0Bc w rdzeniach lodowych, wskazują, iż okresy wielkich minimów aktywności magnetycznej Słońca są skorelowane z okresami globalnego ochłodzenia klimatu na Ziemi, podczas gdy okresy wielkich maksimów aktywności korelują się z okresami globalnego ocieplenia (rys. 3 na s. w. I).

Obecny cykl aktywności magnetycznej Słońca (początek w roku 2009) charakteryzuje się stosunkowo niskim poziomem aktywności i często wyraźną asymetrią aktywności półkul słonecznych, a był poprzedzony niezwykłym okresem przejściowym. Wówczas wielokrotnie na całej tarczy słonecznej nie było żadnych plam ani istotnych obszarów pola magnetycznego. Nie wyklucza się, aczkolwiek jest to obecnie tylko hipoteza, iż Słońce niedługo ponownie wkroczy w kolejny długi okres bardzo ograniczonej wydajności dynama i ograniczonej aktywności magnetycznej, porównywalny lub nawet dłuższy od Minimum Maundcra. Mogą o tym świadczyć także wspomniane wcześniej osłabienie wiatru słonecznego i spadek prędkości przepływu południkowego.

Porównanie pola przekroju kuli ziemskiej i promienia jej orbity pozwala oszacować, iż do Ziemi dociera ze Słońca moc aż P = l,74x 10¹⁷ W. Jest to jednak zaledwie 4,5^XI0 ¹⁰ energii emitowanej przez Słońce. Ta znikoma w skali gwiazdy ilość energii wystarcza do napędzania wszelkich zjawisk i procesów hydrologicznych oraz atmosferycznych (w tym pogodowych), stanowi dominujący składnik budżetu energii Ziemi po stronic „przychody”, a więc istotnie wpływa na klimat, umożliwia życie biologiczne, a jej część została niegdyś zmagazynowana i jest obecnie wykorzystywana po odzyskaniu z paliw kopalnych. Strumień bolometryczny energii docierającej ze Słońca w okolice Ziemi (-1366 W/m²) był niegdyś uważany za doskonale stały, stąd zresztą jego nazwa „stała słoneczna”. Prowadzone od lat precyzyjne naziemne i satelitarne pomiary stałej słonecznej: eksperymenty ACR1M 1/II/1II, ERBS, VIRGO i inne, choć obarczone niewielkimi, indywidualnymi błędami kalibracji bezwzględnej, idealnie zgodnie wskazują jednak, iż stała słoneczna nie jest wcale stała (swoisty heliofizyczny oksymoron), lecz zmienia się wraz z przebiegiem 11 -letniego cyklu o około ±1,3 W (0,1%) względem wartości średniej, rosnąc w okresach maksimów aktywności Słońca i malejąc podczas minimów (rys. 4 na s. w. I). Warto nadmienić, iż niektóre oszacowania wskazują, że zmiany stałej słonecznej o 1 % powodują zmianę globalnej temperatury o I K. Krótkotrwałe zmiany strumieni w paśmie rentgenowskim i ultrafioletowym (związane z rozbłyskami), widzialnym (związane ze zmianami plam i pól pochodni) i radiowym wydają się mieć mniejsze znaczenie dla klimatu, choć mają istotne znaczenie dla różnych dziedzin techniki, szczególnie łączności, lotów kosmicznych, przesyłania energii itd.

Wpływ aktywności magnetycznej Słońca na pogodę i klimat Ziemi jest najlepiej widoczny, gdy porównuje się czasowe zmiany wskaźników aktywności

214 Uraniu - POSTĘPY ASTRONOMII 5/2011