Celestial Climate Driver: A Perspective from Four Billion Years of the Carbon Cycle

Ján Veizer

Abstract


The standard explanation for vagaries of our climate, championed by the IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change), is that greenhouse gases, particularly carbon dioxide, are its principal driver. Recently, an alternative model that the sun is the principal driver was revived by a host of empirical observations. Neither atmospheric carbon dioxide nor solar variability can alone explain the magnitude of the observed temperature increase over the last century of about 0.6°C. Therefore, an amplifier is required. In the general climate models (GCM), the bulk of the calculated temperature increase is attributed to "positive water vapour feedback". In the sun-driven alternative, it may be the cosmic ray flux (CRF), energetic particles that hit the atmosphere, potentially generating cloud condensation nuclei (CCN). Clouds then cool, act as a mirror and reflect the solar energy back into space. The intensity of CRF reaching the earth depends on the intensity of the solar (and terrestrial) magnetic field that acts as a shield against cosmic rays, and it is this shield that is, in turn, modulated by solar activity.

Cosmic rays, in addition to CCN, also generate the so-called cosmogenic nuclides, such as beryllium-10, carbon-14 and chlorine-36. These can serve as indirect proxies for solar activity and can be measured e.g., in ancient sediments, trees, and shells. Other proxies, such as oxygen and hydrogen isotopes can reflect past temperatures, carbon isotopes levels of carbon dioxide, boron isotopes the acidity of ancient oceans, etc. Comparison of temperature records from geological and instrumental archives with the trends for these proxies may enable us to decide which one of the two alternatives was, and potentially is, primarily responsible for climate variability. This, in turn, should enable us to devise appropriate countermeasures for amelioration of human impact on air quality and climate.

SOMMAIRE

Généralement, les raisons données pour expliquer les caprices de notre climat, les mêmes que celles avancées par le CICC (Comité intergouvernemental sur le changement climatique), veulent que ce soient les gaz à effet de serre, particulièrement le dioxyde de carbone, qui en soient le moteur principal. Récemment, une série d'observations empiriques ont ravivé l'intérêt pour un autre modèle voulant que ce soit le soleil qui en soit le moteur principal. Mais seuls, ni le dioxyde ce carbone ni les variations d'activité solaire ne permet d'expliquer la hausse de température observée au cours du siècle dernier, soit environ 0,6 °C. D'où la nécessité d'un facteur d'amplification. Dans les modèles climatiques généraux (GCM), le gros de l'accroissement calculé de température est dû à « la rétroaction positive de la vapeur d'eau ». Dans le modèle à moteur solaire, ce pourrait être le flux de rayonnement cosmique (FRC), ce pourrait être l'effet des particules énergiques qui en frappant l'atmosphère entraînent une génération possible de nucléus de condensation des nuages (NCN). Alors, les nuages se refroidissent et, comme un miroir, réfléchissent l'énergie solaire dans l'espace. L'intensité du FRC atteignant le sol dépend de l'intensité des champs magnétiques du soleil et de la Terre, lesquels agissent comme un bouclier à l'endroit des rayons cosmiques, le pouvoir de ce bouclier étant à son tour modulé par l'activité solaire.

En plus d'entraîner la formation de NCN, les rayons cosmiques, génèrent aussi ce qu'on appelle des nucléides cosmogéniques, comme le béryllium-10, le carbone-14 et le chlore-36. Ces nucléides peuvent servir d'indicateurs indirects de l'activité solaire puisqu'on peut en mesurer la teneur dans des sédiments anciens, des arbres, et des coquilles, par exemple. D'autres indicateurs indirects comme les isotopes d'oxygène et d'hydrogène peuvent refléter les températures de jadis, les isotopes de carbone peuvent refléter les niveaux de dioxyde de carbone, les isotopes de bore peuvent refléter l'acidité des anciens océans, etc. La comparaison entre des registres de mesures de température directes et d'archives géologiques, avec les courbes de tendance de tels indicateurs indirects peut nous permettre de décider laquelle de deux options était et continue possiblement d'être la cause principale des variations climatiques. On pourrait alors décider de contre-mesures appropriées permettant d'atténuer l'impact des activités humaines sur la qualité de l'aire et sur le climat.

Full Text:

HTML PDF