Auringon hiukkassadannan aiheuttama otsonihäviö jäähdyttää napa-alueiden stratosfääriä

Tutkimuksen tulosten mukaan auringon energeettiset hiukkaset aiheuttavat lämpötilan muutoksia polaarialueiden stratosfäärissä. Tämä antaa viitteitä siitä, että auringon aktiivisuuden vaihtelu voi olla merkittävä tekijä maanpinnan alueellisen ilmaston ymmärtämisessä vuosien ja vuosikymmenien aikajaksoilla. 

Stratosfäärin lämpötilavaihtelut auringon korkean ja matalan aktiivisuuden välillä ovat tilastollisesti merkittäviä, ja siten niiden voidaan odottaa vaikuttavan stratosfäärin energiatasapainoon ja tuuliin. Aiemmissa tutkimuksissa on teoriassa esitetty, että tällaiset muutokset voivat kytkeytyä maan pinnan ilmastoon talvikuukausina.

Tulokset kertovat auringon aktiivisuuden pitkäaikaisvaikutuksista

Viime vuosina on merkittävissä määrin tutkittu auringon energeettisen hiukkassadannan vaikutusta alueellisen ilmaston vaihteluun vuosikymmenien aikajaksoilla.

Energeettisiä hiukkasia, joista suurin osa on aurinkotuulen elektroneja ja protoneja, ”sataa" jatkuvasti avaruudesta maan ilmakehään pohjoisella ja eteläisellä napa-alueella. Korkean auringon aktiivisuuden aikana nopeampi ja energisempi aurinkotuuli muodostaa yläilmakehässä revontulia, ja se vaikuttaa myös ilmakehän koostumukseen.

On ollut pitkään tiedossa, että hiukkassadanta vaikuttaa ylästratosfäärin otsoniin ja vähentää sitä auringon korkean aktiivisuuden aikana. Tästä seuraavaa vaikutusta stratosfäärin lämpötiloihin ei kuitenkaan ole aiemmin pystytty osoittamaan.

“Useissa tutkimuksissa on esitetty aurinkotuulen hiukkasten ja troposfäärin ilmaston vaihtelun välinen yhteys. Yksityiskohdat ilmiön ajoituksesta ja mekanismeista ovat kuitenkin edelleen selvittämättä. Nyt olemme löytäneet yhteyden otsonin vähenemisen ja stratosfäärin jäähtymisen välillä”, kertoo Ilmatieteen laitoksella tutkimusta johtanut vanhempi tutkija Monika Szeląg. ”Hiukkassadannan vaikutuksesta otsoni voi vähetä jopa 25 prosenttia ja stratosfääri jäähtyä jopa kolme celsiusastetta.”

Tulosten avulla voidaan paremmin ymmärtää auringon pitkän aikavälin vaikutuksia ja asiaan liittyviä ilmakehän prosesseja. Auringon hiukkaspakotteen tarkempi huomioiminen ilmakehä- ja ilmastomallinuksessa on tutkijoiden mukaan ratkaisevan tärkeää ilmiön tutkimisen kannalta.

Tutkimuksen suorittivat yhteistyössä Ilmatieteen laitos, Oulun yliopisto, National Center for Atmospheric Research (USA), University of Leeds (UK) ja University of Otago (NZ). Kansainvälinen tutkijaryhmä käytti ilmastomallia (Whole Atmosphere Community Climate Model) simuloidakseen auringon hiukkassadannan pitkäaikaisia vaikutuksia stratosfäärin otsoniin ja lämpötiloihin.

Tulokset julkaistiin Nature Communications -lehdessä 12. marraskuuta 2022. Tutkimus on suurelta osin Suomen Akatemian rahoittamaa ja osa Ilmatieteen laitoksen ja Oulun yliopiston koordinoimaa CHAMOS-yhteistyötä (Chemical Aeronomy in the Mesosphere and Ozone in the Stratosphere).

Lisätietoa:

Vanhempi tutkija Monika Szeląg, Ilmatieteen laitos, puh. 050 380 2160, monika.szelag@fmi.fi

Professori Pekka Verronen, Oulun yliopisto, puh. 050 380 3426, pekka.verronen@oulu.fi

Tutkimus on saatavilla Nature Communications -tiedelehdessä.

Viite: Szela̧g, M.E., Marsh, D.R., Verronen, P.T. et al. Ozone impact from solar energetic particles cools the polar stratosphere. Nat Commun 13, 6883 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-34666-y

Kuva havainnollistaa teoreettisen yhteyden auringon hiukkassadannan ja alueellisen ilmaston vaihtelun välillä. Energeettinen hiukkassadanta vaikuttaa ilmakehän koostumukseen ja aiheuttaa otsonihäviön. Otsonin muutokset alentavat stratosfäärin lämpötilaa, mikä edelleen vaikuttaa ilmakehän energiatasapainoon, tuuliin ja planetaarisiin aaltoihin. Nämä muutokset kytkeytyvät keski-ilmakehästä troposfääriin vaikuttaen esimerkiksi talvisäähän Euroopassa.