W 2007 roku dwóch kanadyjskich naukowców badających skutki tego cyklu na wybrzeżu Pacyfiku w Ameryce Północnej z powodzeniem przewidziało wystąpienie dużego zjawiska El Niño w 2015 roku na podstawie danych księżycowych. Co ciekawe, ich przewidywania okazały się trafne.
Oceany Ziemi zawierają ogromną masę zimnej wody pod cienką warstwą ciepłej wody, a ograniczony stopień mieszania się między nimi odgrywa kluczową rolę w naszym istnieniu. Główną siłą stojącą za tym mieszaniem są pływy, na które wpływają przede wszystkim zmiany orbity Księżyca, które mogą potencjalnie ochłodzić klimat. Keeling, który był pionierem pomiarów CO2 , uwierzył w tę teorię i przewidział trend ochłodzenia na następną dekadę. Wpływ 18,6-letniego cyklu księżycowego na klimat jest znany od pewnego czasu, ale nowsze badania ujawniły jego wpływ na oscylację południową El Niño (ENSO).
Potencjalna wyjątkowość układu Ziemia-Księżyc
Kiedy astrofizycy omawiają liczebność potencjalnie nadających się do zamieszkania planet wokół gwiazd podobnych do Słońca, często przeoczają kluczowy fakt: powstanie Ziemi było prawdopodobnie niezwykle rzadkim wydarzeniem. Około 4,5 miliarda lat temu nasza planeta narodziła się w wyniku przypadkowego zderzenia wczesnej Ziemi z planetą wielkości Marsa. To nieoczekiwane wydarzenie wyjaśnia dwie niezwykłe cechy Ziemi, które mogą być wyjątkowo rzadkie wśród innych planet podobnych do Ziemi. Pierwszą niezwykłą cechą jest duże, metaliczne jądro Ziemi, które pomimo wielkości planety generuje silne pole magnetyczne. To pole magnetyczne odgrywa ważną rolę w ochronie naszej atmosfery przed wiatrem słonecznym, zapobiegając utracie lekkich gazów. Drugim niezwykłym aspektem Ziemi jest to, że ma niezwykle dużego satelitę jak na swoje rozmiary. Zwykle stosunek masy planety do jej satelity wynosi około 1:10 000. Jednak w układzie Ziemia-Księżyc stosunek mas wynosi zaledwie 1:81, więc jest tak bliski, że czasami nazywa się go planetą podwójną.
Obecność tak dużego satelity wywiera potężny wpływ na Ziemię. Mogło to być niezbędne do obecności i utrzymania złożonego życia na przestrzeni czasu. Przyciąganie grawitacyjne Księżyca stabilizuje nachylenie osi Ziemi. Jeśli niewielka zmiana nachylenia wynosząca zaledwie 2,4° prowadzi do zlodowacenia, klimat Ziemi mógł być zbyt niestabilny, aby złożone życie mogło ewoluować w warunkach znacznie większych zmian nachylenia bez Księżyca.
Główny wpływ Księżyca na Ziemię wynika zatem z grawitacji, jednej z najpotężniejszych sił we wszechświecie, która może znacząco wpływać na klimat poprzez pływy, które wytwarza w oceanie, atmosferze i skorupie ziemskiej.
Wpływ pływów na klimat
Orbita Księżyca jest nachylona o 5° w stosunku do płaszczyzny orbity Ziemi, zwanej także ekliptyką. Punkty, w których orbita Księżyca przecina ekliptykę, nazywane są węzłami. Zaćmienia występują tylko wtedy, gdy Księżyc znajduje się w pobliżu węzła, a linia łącząca oba węzły jest zrównana ze Słońcem. To wyrównanie następuje mniej więcej co sześć miesięcy, tworząc sezon zaćmień.
Jednakże płaszczyzna orbity Księżyca wokół Ziemi ulega stopniowej precesji, która powoduje, że jeden z węzłów wykonuje pełny obrót względem jednej z równonocy w ciągu 18,61 lat. Zjawisko to nazywane jest cyklem węzłowym Księżyca. W wyniku tej precesji nachylenie orbity Księżyca o 5° jest dodawane lub odejmowane od nachylenia osi Ziemi, co powoduje zmianę deklinacji Księżyca (jego położenia względem równika). Deklinacja ta waha się od maksymalnie 28,5° podczas głównego zatrzymania Księżyca do minimum 18,5° podczas mniejszego zatrzymania Księżyca, kończąc pełny cykl w ciągu 18,61 lat. Zmiany te wpływają na wzorce pływów.
Pływy są zjawiskiem złożonym. W wyniku tego, że Księżyc krąży wokół Ziemi w tym samym kierunku, co obrót osiowy Ziemi, przebywanie Księżyca nad tą samą pozycją zajmuje 24,84 godziny, więc przypływ półdobowy występuje co 12,42 godziny. Jest to jednak tylko jeden z wielu składników pływów i nazywa się go M2 (M oznacza Księżyc i 2 oznacza przypływy półdobowe). Następny składnik o sile wynika z deklinacji księżycowo-słonecznej. Ma charakter dobowy i trwa 23,93 godziny i nazywa się go składnikiem K1
Ponieważ siła tego dobowego składnika pływowego jest bezpośrednio związana z deklinacją Księżyca nad równikiem ziemskim, obserwujemy 18,6-letni cykl siły dobowego przypływu księżycowo-słonecznego. Przypływy półdobowe również są dotknięte, ale w mniejszym stopniu. Na przykład amplitudy największych dobowych i półdobowych składników pływów, K1 i M2, różnią się odpowiednio o 13% i 5% w cyklu trwającym 18,6 lat.
Cykl węzłowy księżycowy wpływa na temperaturę powierzchni oceanów poprzez mieszanie pionowe, na które wpływają zwiększone lub zmniejszone prądy pływowe, w zależności od fazy cyklu. Liczne badania analizujące oceaniczne i atmosferyczne szeregi czasowe wykazały 18,6-letni cykl temperatury powierzchni morza i ciśnienia na poziomie morza w różnych miejscach na Pacyfiku i w innych regionach. Istnieje obszerna literatura na ten temat.
Na Pacyfiku dwie zauważalne oscylacje o niskiej częstotliwości wpływają na temperaturę powierzchni morza i ciśnienie na poziomie morza. Pierwszą i najbardziej znaną jest oscylacja dekadowa Pacyfiku (PDO). Jednakże występuje również krótsza oscylacja niskiej częstotliwości, znana jako oscylacja dwukadalna północnego Pacyfiku. Oscylację tę po raz pierwszy odkryto na Alasce w 1998 r. Rok później, w 1999 r., Shoshiro Minobe ustalił korelację między PDO a oscylacją Bidecadal, pokazując, że obie oscylacje zachodzą synchronicznie. [1]
Rysunek 1a przedstawia wskaźnik Północnego Pacyfiku (NPI) w okresie zimowym (od grudnia do lutego). NPI służy jako wskaźnik zmian ciśnienia na poziomie morza w Nizinie Aleuckiej, dużym regionie na północnym Pacyfiku. Ma silną korelację z oscylacją dekadową Pacyfiku (PDO). Kiedy PDO odzwierciedla niższe temperatury, NPI pokazuje wzorce wyższego ciśnienia i odwrotnie. Wykres zawiera dwa zestawy danych z wygładzeniem Gaussa. Gruba linia ciągła podkreśla długoterminową, wielodekadową zmienność, podczas gdy gruba linia przerywana przedstawia krótkoterminową, dwudekadową zmienność.
Rysunek 1. Wielodekadowe oscylacje Indeksu Północnego Pacyfiku. ( a ) Zimowe dane NPI i dwa wygładzania Gaussa. (b) Analiza falkowa.
Rysunek 1b z Minobe 1999 przedstawia analizę falkową danych. Wykres ilustruje czas na jednej osi i częstotliwość na drugiej, natomiast trzeci wymiar jest reprezentowany przez kolorową skalę wskazującą anomalię ciśnienia mierzoną w hPa. Analiza ta pozwala nam zidentyfikować dwie wyraźne oscylacje: jedną występującą co 60 lat, a drugą co 20 lat. W szczególności znaczące zmiany klimatyczne, które powodują nagłe zmiany w klimacie i ekologii Pacyfiku, takie jak ta w 1976 r., która wywołała globalne ocieplenie, zbiegają się z jednoczesną zmianą fazową obu oscylacji.
Mało znane badania pływowe Dave'a Keelinga
Ocean odgrywa kluczową rolę w łagodzeniu wahań temperatury powierzchni naszej planety. Fakt ten jest oczywisty, gdy porównamy większe sezonowe wahania temperatury obserwowane w klimacie kontynentalnym w porównaniu z klimatem oceanicznym. Nasze istnienie zależy od braku znaczącego wymieszania się cienkiej warstwy ciepłej wody o grubości zaledwie kilkuset metrów na powierzchni lodowatego oceanu o średniej temperaturze poniżej 4°C. Nawet niewielki wzrost mieszania pionowego może mieć katastrofalne skutki. Jest zatem jasne, że pionowe mieszanie się w oceanie może być czynnikiem klimatycznym. Jedynymi dwiema siłami, które mogą wpływać na to pionowe mieszanie, są wiatr i Księżyc, ponieważ dostarczają one oceanowi niezbędnej energii mechanicznej. Księżyc dostarcza około 4 TW (terawatów) energii, podczas gdy wiatr dostarcza około 2 TW.
Charles David Keeling (1928-2005) był wybitnym naukowcem. Pod koniec lat pięćdziesiątych stworzył skrupulatny system dokładnego pomiaru stężenia tła CO 2 w atmosferze. Zaangażowanie Keelinga szybko doprowadziło do odkrycia, że stężenia te stale rosną. Pomimo kilku prób zamknięcia stacji Mauna Loa ze względu na cięcia budżetowe, samodzielnie zapewnił jej dalsze funkcjonowanie. Wielu uważało ten ciągły wysiłek za kosztowny i rutynowy, ale upór Keelinga zwyciężył. W uznaniu jego niezwykłych osiągnięć naukowych został odznaczony Narodowym Medalem Nauki w 2002 r., najwyższym dożywotnim odznaczeniem za osiągnięcia naukowe w Stanach Zjednoczonych. Atmosferyczny CO2rekord w Mauna Loa, znany jako „Keeling Curve”, został w 2015 r. uznany za narodowy historyczny zabytek chemiczny.
Nie jest powszechnie wiadomo, że Dave Keeling w późniejszych latach swoich badań skupił się na Księżycu jako sposobie zrozumienia zmienności klimatu na Ziemi. Chociaż był głęboko przekonany, że wzrost poziomu CO 2 jest przyczyną globalnego ocieplenia, starał się zidentyfikować dodatkowe czynniki, które mogłyby wyjaśnić poprzednie okresy ochłodzenia, których nie można było wytłumaczyć zmianami CO 2 . Keeling wysunął teorię, że zmiany w wpływie Księżyca na mieszanie oceanów mogą wpływać na temperaturę powierzchni – jest to prosty i potwierdzony naukowo mechanizm. Pytanie tylko dotyczy skali skutków tych zmian.
Rysunek 2 pochodzi z artykułu Keelinga z 1997 roku. [2] Najsilniejsze pływy występują w pewnych okolicznościach: (1) podczas syzygii lub ustawienia Słońca, Ziemi i Księżyca, (2) kiedy Księżyc znajduje się w swoim najbliższym punkcie od Ziemi (perygeum), (3) kiedy Księżyc znajduje się w jednym z węzłów ekliptyki Ziemi oraz (4) gdy Ziemia znajduje się najbliżej Słońca (peryhelium). Średnio warunki te pokrywają się co około 1800 lat (1682, 1823 lub 2045 lat ± 18 lat). Jednakże harmoniczne i krótsze okresy występują, gdy spełniony jest tylko podzbiór tych warunków.
Rysunek ilustruje 93-letni wzór cykliczny amplitudy pływów wynikający z następujących po sobie pięciu cykli węzłowych. Należy zauważyć, że siły pływowe nie rosną w sposób ciągły przez dziesięciolecia. Raczej wzrasta w niektóre dni w ciągu kilku miesięcy księżycowych, kiedy następuje wyrównanie, jak wskazują pionowe linie na rysunku. Następnie w kolejnych latach siły pływowe mogą uśrednić się, by odzyskać siły 18 lat później. Łuki łączące szczyty siły pływowej przedstawiono jedynie jako pomoc wizualną, aby pokazać powtarzający się wzór oddzielony 18-letnim odstępem.
https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.30.09-AM.png?resize=300%2C163&ssl= 1 300 W, https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.30.09-AM.png?resize=768 %2C417&ssl=1 768w, https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.30.09-AM.png? zmień rozmiar=800%2C435&ssl=1800w" alt="Zrzut ekranu 18.07.2023 o godzinie 11.30.09" szerokość="500" height="272" class="alignnone size-full wp-image-30339 jetpack-lazy-image jetpack-lazy-image-- obsługiwane" style="wysokość: automatyczna; maksymalna szerokość: 100%; szerokość: auto;" decoding="async" data-attachment-id="30339" data-permalink="https://judithcurry.com/2023/07/18/the-2015-major-el-nino-was- przewidywane-lata-wyprzedzenia-przy użyciu-cyklu-księżycowego/zrzut ekranu-2023-07-18-at-11-30-09-am/" data-orig-file="https://i0. wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.30.09-AM.png?fit=994%2C540&ssl=1" data-orig- size="994,540" data-comments-opened="1" data-image-meta="{"aperture":"0","credit":"","camera":
Ryc. 2. Czas księżycowo-słonecznego wymuszania pływów od roku 1600 n.e. Każde zdarzenie, zaznaczone pionową linią, daje miarę siły w postaci prędkości kątowej Księżyca, w stopniach łuku na dzień. Szare słupki odpowiadają epizodom chłodnego klimatu.
Liczba ta została powtórzona w mojej książce, kiedy wyjaśniałem, w jaki sposób siły pływowe są prawdopodobnym kandydatem do wywołania zdarzeń Dansgaard-Oeschger w okresach lodowcowych. [3]
Keeling i współautor Timothy Whorf dokonali interesującej obserwacji na temat zbieżności znaczących wzrostów sił pływowych w ciągu ostatnich 400 lat. Zauważyli korelację między tymi okresami a okresami chłodnymi udokumentowanymi w osobnej publikacji Phila Jonesa, byłego dyrektora Hadley Climate Research Unit (HadCRU). Te chłodne okresy są reprezentowane przez szare słupki u góry Ryc. 2.
Chociaż nieuzasadnione może być twierdzenie, że ochłodzenie klimatu w tych okresach było spowodowane wyłącznie wzrostem sił pływowych, prawdopodobne jest uznanie, że siły pływowe odegrały rolę we wzmocnieniu efektu chłodzenia w stopniu większym niż ten, który miałby miejsce w przypadku ich braku. Przewidywali kolejny szczyt sił pływowych w nadchodzących latach trzydziestych XXI wieku (oznaczony na rysunku literą „D”). Powinno to zbiegać się z moją prognozą spadku temperatury w wyniku zbiegu niskiej aktywności słonecznej i przejścia atlantyckiej oscylacji wielodekadowej do jej zimnej fazy. Natura nie pokazała jeszcze swojej prawdziwej siły zbyt pewnym siebie twórcom modeli klimatycznych.
Księżyc jako predyktor El Niño
W 2007 roku dwóch kanadyjskich naukowców, McKinnell i Crawford, przeprowadziło badanie sprawdzające związek między cyklem węzłowym Księżyca a różnymi czynnikami, takimi jak temperatura powietrza, temperatura powierzchni morza i 400-letnie zapisy słojów wzdłuż wybrzeża Pacyfiku w Ameryce Północnej. [4] Godnym uwagi odkryciem, jakiego dokonali, była korelacja między zimowymi temperaturami powierzchni morza mierzonymi na molo Scripps Pier w San Diego w Kalifornii a składnikiem pływowym K1, który wpływa na dobową amplitudę pływów. Rysunek 3 pokazuje tę zależność.
https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.31.25-AM.png?resize=300%2C116&ssl=1 300w, https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.31.25-AM.png?resize=768%2C298&ssl=1 768w, https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.31.25-AM.png?resize=800%2C310&ssl=1 800w" alt="Zrzut ekranu 18.07.2023 o godzinie 11.31.25" width="500" height="194" class="alignnone size-full wp-image-30340 jetpack-lazy-image jetpack-lazy-image--handled" style="height: auto; max-width: 100%; width: auto;" decoding="async" data-attachment-id="30340" data-permalink="https://judithcurry.com/2023/07/18/the-2015-major-el-nino-was-predicted-years-in-advance-using-a-lunar-cycle/screen-shot-2023-07-18-at-11-31-25-am/" data-orig-file="https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.31.25-AM.png?fit=986%2C382&ssl=1" data-orig-size="986,382" data-comments-opened="1" data-image-meta="{"aperture":"0","credit":"","camera":"","caption":"","created_timestamp":"0","copyright":"","focal_length":"0","iso":"0","shutter_speed":"0","title":"","orientation":"0"}" data-image-title="Screen Shot 2023-07-18 at 11.31.25 AM" data-image-description data-image-caption data-medium-file="https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.31.25-AM.png?fit=300%2C116&ssl=1" data-large-file="https://i0.wp.com/judithcurry.com/wp-content/uploads/2023/07/Screen-Shot-2023-07-18-at-11.31.25-AM.png?fit=500%2C194&ssl=1" data-recalc-dims="1" data-lazy-loaded="1" loading="eager" />
Rysunek 3. Średnie styczniowe anomalie temperatury powierzchni morza na molo Scripps nałożone na dobowy cykl węzłowy Księżyca. Do oryginalnej figury dodano czerwone kółka, oznaczające niektóre lata El Niño.
Co ciekawe, najsilniejsze dodatnie styczniowe anomalie temperaturowe na molo Scripps konsekwentnie zbiegały się z minimum cyklu węzłowego Księżyca. Z drugiej strony najniższe anomalie często, choć nie zawsze, obserwowano w ciągu roku lub dwóch od maksimum cyklu węzłowego.
McKinnell i Crawford zaobserwowali także niezwykłą synchronizację między cyklem węzłowym Księżyca a niektórymi z największych wydarzeń El Niño XX wieku , takimi jak te z lat 1940/41, 1957/58 i 1997/98. Przypisywanie przyczyny El Niño wyłącznie Księżycowi byłoby niedokładne, ponieważ istnieją przypadki (np. 1972/73, 1982/83), kiedy zdarzenia El Niño nie pokrywają się z cyklem węzłowym.
Niemniej jednak związek między 18,6-letnim cyklem księżycowym a El Niño został już opisany w artykule z 2001 roku i został dodatkowo podkreślony w ostatnich badaniach. [5] [6] Wyjaśnienie przedstawione w artykule z 2001 roku sugeruje, że siły pływowe działające na wir Pacyfiku modyfikują transport zimnej wody do obszaru równikowego, wpływając w ten sposób na prawdopodobieństwo i wielkość zdarzeń El Niño.
Nawet w przypadku braku większego zjawiska El Niño dane z molo Scripps przedstawione na rysunku 3 pokazują obecność kolejnych epizodów Niño podczas minimów cyklu węzła księżycowego. Są to wydarzenia Niño z lat 1940/41 i 1941/42, 1957/58 i 1958/59 oraz 1976/77 i 1977/78.
Na podstawie dostępnych danych autorzy sugerują, że zbieżność między reakcją temperatury powierzchni morza przybrzeżnego w Ameryce Północnej na cykl węzłowy Księżyca a zjawiskami El Niño zasługuje na większą uwagę, szczególnie jeśli silne El Niño wystąpi około 2015 roku.
Biorąc pod uwagę wyzwania związane z przewidywaniem wystąpienia El Niño, nie mówiąc już o jego skali, naprawdę niezwykłe jest to, że autorom udało się z powodzeniem przewidzieć duże El Niño z ośmioletnim wyprzedzeniem. Jeszcze bardziej zdumiewający jest fakt, że prognoza ta została oparta na 18,6-letnim cyklu księżycowym. Zaleca się, aby każda osoba zaangażowana w prognozowanie ENSO wzięła pod uwagę zgromadzoną wiedzę na temat wpływu Księżyca na ENSO. Choć nie jest to sztywna reguła, oczywiste jest, że prawdopodobieństwo wystąpienia dużego zjawiska El Niño lub nawet kolejnych epizodów Niño w 2034 r. jest wyższe. Takie zdarzenie mogłoby potencjalnie złagodzić oczekiwaną tendencję ochłodzenia.
