太阳活动及其附加效应左右小冰期

                                               杨学祥，杨冬红

小冰期是指一段在中世纪温暖时期之后开始的时段。地球曾经历的小冰期（Little Ice Age）, 特指16至17世纪为主的寒冷阶段。大约15世纪初开始，全球气候进入一个寒冷时期，通称为“小冰期”，在中国也称为“明清小冰期”，小冰期结束于20世纪初期。在英格兰中部，16世纪冬天的温度约比现今低1.5℃。进入小冰期，全球平均气温会降低0.5℃-1.5℃。

从15至17世纪的200余年内，世界上强震很多，其它自然灾害也很集中，这也正是太阳黑子蒙德极小值期。与之对应的中国华北第六地震活动期，延续了200多年，其间发生了4次8级地震，7次7级地震，其后的平静期延续了85年，未发生任何大于6级的地震。强潮汐、全球气候变冷和强震多发在小冰期的对应关系，引出小冰期的太阳活动成因假说。

太阳活动低值说：在十五世纪至十七世纪的二百余年内，低温冻害严重，被称为小冰期时期。从1645到1715 年，太阳活动衰微，太阳黑子非常少，持续时间不可思议地持续长达70年。1894年，英国天文学家蒙德把这70年称为太阳黑子“延长极小期”。有人把它看作是小冰期气候产生的原因。

对宇宙飞船测量数据的分析确定，太阳的辐射输出变化于0.1~0.3% 的水平上。这一问题的争论焦点是，地球接收到的太阳能量变化是否足以引起地球气候长周期（冰期和间冰期）和短周期（小冰期与小气候最适期）的相互转变。Eddy等人估计，太阳常数变化引起的气候响应与正常发生的变化相比是很小的——太阳常数的变化至多使地球表面的温度受到零点几度的扰动，问题的关键在于能够激发低层大气发生变化的机制。

附加机制：

1. 墨西哥灣流減速说：墨西哥灣流挾帶墨西哥灣的暖水北上，使北歐的氣溫較類似緯度的西伯利亞高了攝氏五至10度。在小冰期間，墨西哥灣流的強度減緩了約10%。這也可能是1200-1850年小冰期的成因。墨西哥灣流在小冰期減速，可能是大西洋風發生起因不明的改變所致。一些研究人員認為這和陽光照射量出現變化有關。

2. 臭氧洞漏能说：平流层里的臭氧吸收了进入大气层太阳总辐射的2%。臭氧含量减少，降低了平流层吸收太阳能量的能力，并将这部分能量泄漏给对流层。这就是臭氧洞漏能效应。20世纪80年代全球迅速变暖与平流层臭氧急剧减少相关，而60年代降温与同期平流层臭氧含量增加一一对应。平流层臭氧含量增加对应地球低温，平流层臭氧含量减少对应全球增温。全球变暖与南北极臭氧洞扩大相对应，小冰期可能起源于平流层臭氧含量增大，太阳活动减弱是臭氧含量增大和气候变冷的原因。

3. 海底藏冷效应和海洋锅炉效应说

海水因为含有平均约3.5%的盐分，所以它的最大密度约出现在摄氏负2度左右，恰好与海水开始结冰的温度很接近。两极临近结冰的海水密度最大，源源不断地沉入两极海底，自转离心力使较重的海水向赤道海底运动，形成全球巨厚的海底冷水层。由于太阳辐射不能进入这个领域，“冷”被安全地封存在海底，冷水领域还不断扩大。赤道海水表层热水在上、冷水在下，垂直方向只有热传导、没有热对流。随着海洋冷水区的不断扩大和赤道海洋表层热水区的不断缩小，赤道和两极的温差也不断加大，形成中、高纬度地区的冰盖和冰川。我们称这个过程为海底藏冷效应。它是海气相互作用的典型范例，大气中的“冷能”由此而进入海洋。冰雪反射太阳辐射，随着冰雪面积的不断扩大，地表接受到的太阳能量越来越少，使大气和海洋越来越冷，冰期有一个长期的“冷积累”过程。

由于内核相对地壳地幔的差异旋转，太阳辐射达到最大值时使核幔角动量交换达到高峰，部分旋转动能转变为热能积累在核幔边界赤道区（此处核幔速度差最大，积累的热能最多）。超级热幔柱（羽）由核幔边界赤道热区升起，在海底赤道区喷发，加热了底层海水，并引发赤道和两极之间的海洋整体热循环，降低了赤道和两极大气的温差，使两极的海温和气温逐渐上升到冰点以上，消除了海洋藏冷效应的“冷源”，形成全球无冰温暖气候，产生晚白垩纪赤道海洋表层低温之谜（当时温度为摄氏21度，比现代低6.5度）。我们称这个过程为海洋锅炉效应。有证据表明，随着热幔柱喷发强度的减弱，近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15度，大气冷却了10~15度。这是典型的地、海、气相互作用。计算表明，一亿二千万年前形成翁通爪哇海台的海底热幔柱喷发，其释放的热量可使全球海水温度增高33度，喷发过程经历了几百万年时间。有证据表明,在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4度以上。海底火山活动引发的深海热对流在全球气候变化中的作用不容忽视。

海底藏冷效应和海洋锅炉效应受太阳活动的驱动，是太阳活动左右小冰期的一个重要附加机制。

4. 地磁层漏能效应：电离层吸收太阳辐射的7%。地磁场强度越大，电离层的离子密度就越大，吸收太阳辐射的能力就越强。二千年以来全球磁场持续减弱，而最近150多年地磁强度下降了10%~15％。南大西洋出现地磁异常区，其磁场减弱达35％，地球磁极弱化。地磁场强度增强，全球气温变冷；地磁场强度减弱，全球变暖。地磁场强度增强可能是小冰期形成的一个原因。

太阳活动增强对应地磁场变弱和气温变暖，太阳活动减弱对应地磁场增强和气温变冷，地磁场强度变化与太阳活动相关。

5. 潮汐震荡调温说：2000年查尔斯·季林（Keeling）提出，强潮汐把海洋深处的冷水带到海面，使全球气候变冷，形成的全球气候波动周期大约为1800年。在十五世纪小冰期时期，潮汐强度为最大值，以后开始减弱，直到3100年潮汐强度又将达到最大值。潮汐调温效应使地球的温暖期从小冰期末期一直持续到二十四世纪，而后随着潮汐的增强，地球的气候将逐渐变冷。强潮汐震荡是小冰期产生的可能原因。

最近研究发现，潮汐具有11、22、60、200、1800年周期，与太阳活动11、22、200年变化周期相对应，与气候变冷的60、200、18000年周期相对应。

太阳黑子活动受行星潮汐的影响。太阳黑子活动和潮汐有相同的周期变化，这也意味着地球轨道变化和月球轨道变化同样受行星摄动和行星潮汐的影响。行星通过行星摄动和行星潮汐影响太阳黑子活动和地月轨道变化，间接影响全球的气候变化和地震活动。