Vrijwel alle energie in het klimaatsysteem is afkomstig van de zon. De huidige klimaten op aarde hebben direct verband met de hoek waaronder de zonnestralen het aardoppervlak bereiken. De jaarlijkse verandering in die hoek, als gevolg van de baan van de aarde om de zon in combinatie met de hoek die de aardas met deze baan maakt, verklaart de seizoenen, die kunnen worden gezien als een jaarlijkse terugkerende klimaatschommeling.

In deze vraag worden klimaatveranderingen door variaties in zonneactiviteit beschouwd. Dit betreft lichtkrachtvariaties en/of veranderingen in het magneetveld van de zon op tijdschalen van circa 11 jaar (zonnevlekkencyclus) tot 2300 jaar. Uit directe metingen sinds 1978 blijkt dat alle trends die betrekking hebben op de zon en die van invloed zouden kunnen zijn op het wereldwijde klimaat, een koelend effect laten zien. Lange termijn variaties zijn onzekerder. Volgens de meest recente inzichten is de beste schatting van de toename van de temperatuur door de zon sinds de periode 1645-1715 (Maunder Minimum, de periode met minimale zonneactiviteit) maximaal 0,4 graden. Deze schatting is gerelateerd aan lichtkrachtvariaties. De beïnvloeding via de magnetische activiteit, bijvoorbeeld via variaties in kosmische straling, die op haar beurt wolkenvorming zou kunnen beïnvloeden, lijkt op grond van de gegevens van de laatste 50 jaar niet bijster aannemelijk. Voor zover de kennis nu reikt is de zon in de afgelopen 50 jaar niet een overheersende klimaatfactor.

Zonneactiviteit in het verleden
Volgens Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos at the World Radiation Center is er tenminste sinds 1978, het begin van satellietwaarnemingen, geen toename in zonneactiviteit geweest. Dit betekent dat in de laatste dertig jaar, de periode waarin temperaturen het snelste zijn gestegen, zonneactiviteit niet is veranderd. Dit wordt ook expliciet bevestigd door Solanki (Solanki, 2004) waarin de zonneactiviteit over de afgelopen 11.400 jaar wordt geschat. Deze studie wordt vaak aangehaald omdat hij zou aantonen dat de zon verantwoordelijk is voor de opwarming van de aarde: de zon is in de afgelopen 8.000 jaar immers nog nooit zo actief geweest als nu. Echter, ook Solanki schrijft dat de opwarming van de laatste 30 jaar niet door de zon verklaard kan worden.

Door onder andere het Max Planck Institute wordt er onderzoek verricht om de zonneactiviteit tijdens de laatste honderd jaar, vóór het satteliettijdperk, te reconstrueren. Deze reconstructie laat geen toename zien sinds ongeveer 1940, maar wel een toename in de eerste helft van de 20ste eeuw, wat een deel van de opwarming tussen 1910 en 1945 kan verklaren. Figuur 1 toont de temperatuurgegevens uit waarnemingen en modellen, en variaties in de belangrijkste factoren die bij hebben gedragen aan het klimaat in de 20ste eeuw. Enkele studies suggereren dat de zonneactiviteit momenteel over het maximum heen is en in de komende decennia zal afnemen. Figuur 1: De invloed van verschillende factoren op het temperatuurverloop van de 20ste eeuw.
Bron: Meehl et. al. (2004).

Volgens de meest recente inzichten is de beste schatting van de toename van de temperatuur door de zon maximaal 0,4 graden. Dit is gerekend vanaf de periode 1645-1715 en gebruik makend van een hoge klimaatgevoeligheid van 4,5 graden (KNMI, 2006). Deze periode, het ‘Maunder Minimum’ genoemd, is gekozen omdat in die periode de zon relatief inactief was (uitgedrukt in het aantal zonnevlekken en vergelijkbaar met de periode 1790-1820, het Dalton Minimum, waarin de activiteit ook zeer laag was, zie figuur 2) en er sprake was van een koele periode op het Noordelijke halfrond. In hoeverre dit direct samenhing met de zon is lastig vast te stellen omdat het ook een periode was met hoge vulkanische activiteit. De koeling die dit tot gevolg had, was waarschijnlijk vergelijkbaar met de koeling door een minder actieve zon. Een exacte verdeling is echter niet te geven door de grote onzekerheid in beide getallen. Figuur 2: Zonneactiviteit sinds 1750 in termen van het aantal geobserveerde zonnevlekken. Hoe meer zonnevlekken, hoe hoger de activiteit.
Bron: NASA.

Zonnevlekken nader verklaard
Satellietmetingen wijzen uit dat gedurende een zonnevlekkenmaximum de zon feller schijnt dan wanneer er geen zonnevlekken aanwezig zijn. Voor de laatste twee zonnevlekkencycli bedroeg dit verschil 0,08%. Hoewel de zonnevlekken de zon iets donkerder maken, wordt dit overgecompenseerd door de toename van activiteit hogerop in de “zonne-atmosfeer” via de zogeheten faculae. Naast de ongeveer 11-jarige zonnevlekkencyclus, die deel uitmaakt van de 22-jarige magnetische cyclus, zijn ook langzamere variaties gevonden, via variaties in de kosmogene isotopen, 10Be en 14C, zoals de circa 90-jaar Gleissberg en de circa 200-jaar Suess cycli. In figuur 2 is dit zichtbaar in de modulatie van het aantal zonnevlekken.

Volgens het vierde rapport van de IPCC (IPCC AR4, SPM, 2007), zijn veranderingen in de zon sinds 1750 verantwoordelijk voor een stralingsforcering van +0.12 [+0.065 to +0.30] W m–2. Dit komt overeen met een temperatuursverandering van maximaal +0,13 [+0.07 tot 0,33] 0C. De bovengrens is lager dan de hierboven genoemde 0,4 graden omdat in de periode 1715-1750 de stralingsforcering van de zon is toegenomen met ongeveer 0,07 W/m2. Figuur 3 uit de Summary for Policy Makers van AR4 geeft aan dat de bijdrage van de zon in verhouding tot de bijdrage van de broeikasgassen klein is.

In een recente wetenschappelijke publicatie van Lockwood and Fröhlich (2007) wordt bovendien vastgesteld dat de zon weliswaar in de eerste helft van de vorige eeuw een bijdrage heeft geleverd aan de opwarming, maar dat sinds 1980 alle trends die betrekking hebben op de zon en die van invloed zouden kunnen zijn op het wereldwijde klimaat,juist een koelend effect laten zien. Met andere woorden; in de laatste 25 jaar heeft de zon eerder bijgedragen aan een vertraging van de opwarming dan aan een versterking daarvan.Figuur 3: Wereldgemiddelde stralingsforcering (RF) in 2005 door kooldioxide (CO2), methaan (CH4), distikstofoxide (N2O) en andere belangrijke broeikasgassen en processen.
Bron: IPCC, vierde rapport, Summary for Policy Makers, 2007.

Andere mogelijke bijdragen van de zon
Overigens is het nooit uit te sluiten dat de bijdrage van de zon toch groter is dan in figuur 3 wordt aangegeven, bijvoorbeeld door veranderingen in de UV-straling van de zon of door gemagnetiseerde plasma-uitbarstingen (de ‘Coronale Massa Emissies’ of CME’s). Echter, de geopperde mechanismen zijn vooralsnog te zwak onderbouwd om een serieuze alternatieve verklaring te kunnen vormen (zie ook Foukal, 2006). De suggestie dat de zon het klimaat ook indirect zou kunnen beïnvloeden, bijvoorbeeld door het beïnvloeden van kosmische straling wordt nog steeds onderzocht maar lijkt op grond van de gegevens van de laatste 50 jaar niet bijster aannemelijk. Een tweede wijze van indirecte beïnvloeding via de relatief sterke variaties in ultraviolet licht, die ozonveranderingen in de hoge atmosfeer veroorzaken, is wel uitgebreid onderzocht: dit veroorzaakt zeer kleine mondiale temperatuurveranderingen.

Meer lezen:
Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos,

Max Planck Institute for Solar System Research

Referenties:
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Working Group 1, 2007, Technical Summary (TS).

Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), Working Group 1, 2007, Summary for Policy Makers

Koninklijk Nederlands Meteorologisch Instituut (KNMI), 2006, Scientific Assessment of Solar Induced Climate Change, 2006.

Meehl, G.A., Washington, W.M., Ammann, C.M., Arblaster, J.M., Combinations of Natural and Anthropogenic Forcings in Twentieth-Century Climate, Journal of Climate, 17, 3721-3727,American Meteorological Society, October, 2004.

NASA, Zurich sunspot number since 1750, Wikipedia, 2007

P. Foukal, C. Fröhlich, H. Spruit & T. M. L. Wigley, Variations in solar luminosity and their effect on the Earth's climate, Nature 443, 161 - 166 ,2006

S. K. Solanki, I. G. Usoskin, B. Kromer, M. Schüssler & J. Beer, Unusual activity of the Sun during recent decades compared to the previous 11,000 years, Nature, Vol 431, 1084 – 1087, 2004.