Hoe ook maangetijden het klimaat beïnvloeden

Hoe de super El Niño van 2015 jaren van tevoren werd voorspeld met behulp van de maancyclus
26 april 2018, door dr. Javier Vinós

De 18,6-jarige maancyclus
De oceanen van de aarde bevatten een enorme massa koud water onder een betrekkelijk dunne laag warm water en de beperkte mate van vermenging daartussen speelt een belangrijke rol in de aardse levensomstandigheden. Getijden, voornamelijk beïnvloed door veranderingen in de baan van de maan, zijn de belangrijkste kracht achter deze vermenging, die een afkoelende werking op het klimaat kan hebben. Keeling, pionier op het gebied van CO₂-metingen (op Mauna Loa, Hawaï, zijn grafiek werd omgevormd tot de 'hockeystick'), had vertrouwen in deze theorie en voorspelde een afkoelingstrend voor het komende decennium.
De invloed van de 18,6-jarige maancyclus op het klimaat is al enige tijd bekend, maar recenter onderzoek heeft de invloed ervan op de El Niño Southern Oscillation (ENSO) onthuld. In 2007 voorspelden twee Canadese wetenschappers die de effecten van deze cyclus op de Pacifisische kust van Noord-Amerika bestudeerden, het optreden van een super El Niño-gebeurtenis in 2015 op basis van gegevens over de baan van de maan. Opmerkelijk genoeg bleek hun voorspelling juist te zijn.

Het aarde-maansysteem is mogelijk uniek
Wanneer astrofysici de aanwezigheid van mogelijk bewoonbare planeten rond zonachtige sterren bestuderen, zien ze vaak een belangrijk feit over het hoofd: de vorming van het aarde-maansysteem was waarschijnlijk een bijzonder zeldzame gebeurtenis. Ongeveer 4,5 miljard jaar geleden ontstond onze sateliet uit een toevallige botsing tussen de jonge aarde en een planeet ter grootte van Mars (Theia). Deze gebeurtenis verklaart twee buitengewone kenmerken van de aarde die uitzonderlijk en zeldzaam zijn vergeleken met andere aardachtige planeten.
- Het eerste opmerkelijke kenmerk is de grote metalen kern van de aarde, die ondanks de grootte van de planeet een sterk magnetisch veld opwekt. Dit magnetische veld speelt een belangrijke rol bij het beschermen van onze atmosfeer tegen de zonnewind en voorkomt het verlies van lichte gassen daaruit.
- Het tweede ongebruikelijke kenmerk van de aarde is dat zij - voor haar eigen omvang - een ongewoon grote satelliet heeft. Normaal gesproken is de massaverhouding tussen een planeet en zijn satelliet ongeveer 1:10.000. Het aarde-maansysteem heeft echter een massaverhouding van slechts 1:81 en de maan staat zo dicht bij de aarde, dat het ook een dubbelplaneet kan worden genoemd.

De maan maakte leven op aarde mogelijk
De aanwezigheid van zo'n grote satelliet oefent een krachtige invloed uit op de aarde. Dat kan van wezenlijk belang zijn geweest voor het ontstaan en de instandhouding van complexe levensvormen in de loop van de tijd. De zwaartekracht van de maan stabiliseert namelijk de axiale kanteling van de aardas. Een verandering in de schuinstand van de aarde van slechts 2,4° kan leiden tot een ijstijd. Zonder de maan zou het klimaat op aarde te onstabiel zijn geweest om complexe levensvormen zich te laten ontwikkelen.

Het belangrijkste effect dat de maan op de aarde heeft, wordt veroorzaakt door zijn aantrekkingskracht. Deze aantrekkingskracht heeft een aanzienlijke invloed op het klimaat op aarde door de getijden die het veroorzaakt niet alleen in de oceanen, maar ook in de atmosfeer en de aardkorst.

Het effect van getijden op het klimaat
Het baanvlak van de maan is 5° gekanteld ten opzichte van het baanvlak van de aarde, ook wel bekend als de ecliptica (zie figuur 1). De beide punten waar de baan van de maan de ecliptica snijdt, worden knooppunten genoemd. Zons- en maansverduisteringen vinden alleen plaats als de maan in de buurt van een knooppunt staat en de lijn die de twee knooppunten verbindt, is uitgelijnd met de zon. Deze uitlijning vindt ongeveer elke zes maanden plaats, waardoor een eclipsseizoen ontstaat.
Het baanvlak van de maan rond de aarde ondergaat echter een geleidelijke precessie (voortgang) die ervoor zorgt dat een van de knooppunten een volledige rotatie voltooit ten opzichte van een van de equinoxen (de punten waar geen van beide maanpolen naar de aarde wijst); deze precessie verloopt gedurende een tijdsbestek van 18,61 jaar. Dit verschijnsel wordt de maanknoopcyclus genoemd.
Als gevolg van deze precessie wordt de kanteling van 5° van de baan van de maan opgeteld bij of afgetrokken van de axiale kanteling van de aarde, wat een verandering in de declinatie van de maan (zijn positie ten opzichte van de evenaar van de aarde) tot gevolg heeft. Deze declinatie varieert van maximaal 28,5° tijdens een grote, schijnbare 'maanstilstand' (zie Wikipedia Engels voor een bespreking van het verschijnsel 'maanstilstand', die in de oudheid al bekend was) tot een minimum van 18,5° tijdens een kleine, schijnbare maanstilstand, waarbij een volledige cyclus in de loop van 18,61 jaar wordt voltooid.
Deze veranderingen beïnvloeden de getijdenpatronen van de aarde.

Figuur 1. Onderdelen van de maanbaan.
De baan van de maan rond de aarde heeft een helling van 5° (declinatie) met het eclipticavlak van de aarde rond de zon (zonne-ecliptica). De draaias van de aarde heeft een declinatie van 23,5° ten opzichte van het vlak van de zonne-ecliptica. De vijf graden kunnen worden opgeteld bij de 23,5° voor een grote 'stilstand' of afgetrokken voor een kleine 'stilstand'.
Bron: (Saraf, Zia, Das, Sharma, & Rawat, 2011)

Getijden zijn een complex verschijnsel
M2 - Als gevolg van het feit dat de maan in dezelfde richting om de aarde draait als de axiale rotatie van de aarde, duurt het 24,84 uur voordat de maan boven dezelfde locatie is, dus er is elke 12,42 uur een halfdaags getij (de tijd van een maansomloop is langer dan een aardedraaiing, 24 uur). Maar dit is slechts een van de vele kenmerken van de getijden en wordt M2 genoemd (M voor maan en 2 voor halfdaags zijn).
K1 - Het volgende kenmerk van de zwaartekracht is toe te schrijven aan de declinatie van de maan en de zon. Het is overdag met een periode van 23,93 uur en wordt het K1-kenmerk genoemd.
- Aangezien de sterkte van dit dagelijkse getijdenkenmerk rechtstreeks verband houdt met de declinatie van de maan boven de evenaar van de aarde, ontstaat een cyclus van 18,6 jaar in de sterkte van het luni-solaire dagelijkse getij. De semi-dagelijkse getijden worden ook beïnvloed, maar in mindere mate. De amplitudes van de grootste dagelijkse en semi-dagelijkse getijdenkenmerken, K1 en M2, variëren bijvoorbeeld met respectievelijk 13% en 5% over een cyclus van 18,6 jaar.

Getijdenstromen veroorzaken menging tussen boven en beneden in de oceanen
De cyclus van de maanknopen beïnvloedt de oppervlaktetemperaturen van de oceaan door verticale menging, die wordt beïnvloed door verhoogde of verlaagde getijdenstromen, afhankelijk van de fase van de cyclus. Talrijke studies die oceanische en atmosferische variatie-reeksen analyseren, hebben een 18,6-jarige cyclus in zeeoppervlaktetemperatuur en zeeniveaudruk op verschillende locaties in de Stille Oceaan en andere gebieden vastgesteld. Er is een grote hoeveelheid literatuur over dit onderwerp (Yasuda, 2018).

De Pacifisische oscillaties (golfbewegingen)
Van alle oceanen beïnvloeden in de Stille Oceaan twee opmerkelijke laagfrequente 'oscillaties' (trilling, golfbeweging) de temperatuur van het zeeoppervlak en de druk op zeeniveau. De eerste en meest bekende is de Pacific Decadal Oscillation (PDO). Er is echter ook een kortere laagfrequente oscillatie die bekend staat als de North Pacific Bidecadal Oscillation. Deze oscillatie werd voor het eerst ontdekt in Alaska in 1998. Een jaar later, in 1999, stelde Shoshiro Minobe een correlatie vast tussen de PDO en de Bidecadal Oscillation, wat aantoont dat beide oscillaties synchroon plaatsvinden.[1]

Figuur 2a toont de North Pacific Index (NPI) tijdens de winter (december tot februari). De NPI dient als een indicator van drukveranderingen op zeeniveau in de Aleutian Low, een groot gebied in de noordelijke Stille Oceaan. Het heeft een sterke samenhang met de Pacific Decadal Oscillation (ook met de BoB: Bay of Bengal, Golf van Bengalen). Wanneer de BoB koudere temperaturen weergeeft, vertoont de NPI hogere drukpatronen en omgekeerd.
De grafiek toont de NPI en twee Gaussiaanse afgevlakte krommen. De dikke ononderbroken lijn benadrukt de langetermijnvariatie van meerdere decennia, terwijl de dikke stippellijn de bidecadale variatie op de korte termijn vertegenwoordigt.

Figuur 2. Multidecadale oscillaties van de North Pacific Index.
a Winter NPI-gegevens en twee Gaussiaanse afgevlakte curven. b Wavelet-analyse.
Bron: (Minobe, 1999).
Figuur 2b uit Minobe 1999 toont een wavelet-analyse van de data. De grafiek illustreert de tijd op de ene as en de frequentie op de andere, terwijl de derde dimensie wordt weergegeven door de kleurenschaal die de drukafwijking aangeeft, gemeten in hPa.
Deze analyse laat twee prominente oscillaties zien: een die elke 60 jaar voorkomt en een andere elke 20 jaar (bidecadal). Aanzienlijke klimaatverschuivingen die plotselinge veranderingen in het klimaat en de ecologie van de Stille Oceaan veroorzaken, zoals die in 1976, die de opwarming van de aarde veroorzaakte, vallen samen met een gelijktijdige faseverandering in beide oscillaties.

Het weinig bekende getijdenonderzoek van Dave Keeling
De oceaan speelt een doorslaggevende rol bij het beïnvloeden van veranderingen in de oppervlaktetemperatuur op onze planeet. Dit feit wordt duidelijk bij het vergelijken van de grotere seizoensgebonden temperatuurvariaties, die worden waargenomen in continentale klimaten in vergelijking met oceaanklimaten. Het aardse bestaan hangt af van het ontbreken van krachtige vermenging tussen een dunne laag warm water, slechts een paar honderd meter dik, bovenop een ijskoude oceaan daaronder met een gemiddelde temperatuur onder de 4°C.[2] Zelfs een kleine toename van de verticale menging van het warme en koude water, kan grote gevolgen hebben.
Het is dan ook duidelijk dat verticale menging in de oceaan de potentie heeft om een klimatologische factor te zijn. De enige twee krachten die deze verticale menging kunnen beïnvloeden, zijn de wind en de maan, aangezien zij de nodige mechanische energie aan de oceaan leveren. De maan draagt ongeveer 4 TW (terawatt) aan energie bij, terwijl de wind ongeveer 2 TW bijdraagt.

Het Mauna Loa-meetstation en de Keeling Curve
Charles David Keeling (1928-2005) was een voortreffelijke wetenschapper. Eind jaren vijftig ontwikkelde hij een systeem voor het nauwkeurig meten van de achtergrondconcentratie van CO₂ in de atmosfeer. De toewijding van Keeling leidde al snel tot de ontdekking dat deze concentratie gestaag toenam. Ondanks verschillende pogingen om het Mauna Loa-meetstation te sluiten vanwege bezuinigingen, zorgde hij er in zijn eentje voor dat het station bleef werken. Velen beschouwden deze voortdurende inspanning als kostbaar en routineus, maar Keelings doorzettingsvermogen had de overhand.
Als erkenning voor zijn opmerkelijke wetenschappelijke prestaties ontving hij in 2002 de National Medal of Science, de hoogste onderscheiding voor wetenschappelijke prestaties in de Verenigde Staten. Het atmosferische CO₂-record bij Mauna Loa, bekend als de 'Keeling Curve', werd in 2015 aangewezen als nationaal historisch chemisch monument.

Keeling - de maan, oceaantemperaturen en die van de atmosfeer
Het is niet algemeen bekend dat Dave Keeling zich in zijn latere jaren van onderzoek richtte op de maan als middel om de klimaatvariabiliteit op aarde te begrijpen.(!) Hoewel hij ervan overtuigd was dat CO₂-stijging de oorzaak was van de opwarming van de aarde, probeerde hij aanvullende factoren te ontdekken die eerdere afkoelingsperioden(!) konden verklaren, die niet konden worden verklaard door CO₂-veranderingen.
Keeling veronderstelde theoretisch dat veranderingen in het effect van de maan op de vermenging van warm en koud oceaanwater, de oppervlaktetemperaturen in de atmosfeer zouden kunnen beïnvloeden - een eenvoudig en wetenschappelijk verantwoord mechanisme. De enige vraag die overbleef was de omvang van deze veranderingen.

Afbeelding 3 is afkomstig uit een artikel van Keeling uit 1997.[3] De sterkste getijden treden op onder bepaalde omstandigheden:
(1) tijdens een Zon-Aarde-Maan lineaire uitlijning (syzygie),
(2) wanneer de maan het dichtst bij de aarde staat (perigeum),
(3) wanneer de maan zich op een van de knooppunten van de ecliptica van de aarde bevindt, en
(4) wanneer de aarde het dichtst bij de zon staat (perihelium).

Gemiddeld vallen deze omstandigheden ongeveer elke 1800 jaar samen (1682, 1823 of 2045 jaar ± 18 jaar). Harmonische en kortere periodiciteiten treden echter op wanneer slechts aan een subset van deze voorwaarden wordt voldaan.

Figuur 3 illustreert een 93-jarig cyclisch patroon in getijdenamplitude dat het resultaat is van de opeenvolging van vijf knoopcycli. Het is belangrijk op te merken dat de getijdekracht gedurende tientallen jaren niet continu toeneemt. Het neemt eerder toe op sommige dagen tijdens een paar maanmaanden wanneer er uitlijningen plaatsvinden, zoals aangegeven door de verticale lijnen in de figuur. Daarna kunnen de getijdenkrachten in de volgende jaren gemiddeld worden, om pas 18 jaar later weer op kracht te komen. De bogen die de pieken in getijdekracht met elkaar verbinden, zijn alleen bedoeld als visueel hulpmiddel om het terugkerende patroon weer te geven, gescheiden door een interval van 18 jaar.

Figuur 3. Het optreden van luni-solaire getijdekracht sinds 1600 na Christus.
Elke gebeurtenis, aangegeven door een verticale lijn, geeft een maat voor de kracht in termen van de hoeksnelheid van de Maan, in booggraden per dag. De grijze balken bovenin komen overeen met koele periodes.
(Keeling & Whorf, 1997)

Dit cijfer wordt ook weergegeven in mijn boek, waarin ik uitleg hoe getijdekracht een waarschijnlijke kandidaat is voor het veroorzaken van Dansgaard-Oeschger-gebeurtenissen tijdens ijstijden.[4]

Getijdenkrachten en het optreden van koele periodes
Keeling en co-auteur Timothy Whorf maakten een interessante observatie over de uitlijning van significante toenames in getijdekracht gedurende de laatste 400 jaar. Ze merkten een samenhang op tussen deze periodes en de koele periodes, die in een aparte publicatie zijn gedocumenteerd door Phil Jones, die in 2016 met pensioen ging als directeur van de Hadley Climate Research Unit (HadCRU). Deze koele periodes worden weergegeven door de grijze balken bovenaan Figuur 3.
Hoewel het misschien onjuist is om te beweren dat het koele klimaat van deze perioden uitsluitend werd veroorzaakt door de toename van de getijdenkrachten, is het aannemelijk dat getijdenkrachten een rol speelden bij het versterken van het verkoelende effect, dat verder ging dan wat zou zijn gebeurd als het niet aanwezig was.

Ze voorspelden een nieuwe piek in getijdekracht in de komende jaren 2030 (aangeduid met 'D' in de figuur). Dit zou moeten samenvallen met mijn projectie van een temperatuurdaling als gevolg van het samenvallen van lage zonneactiviteit en de overgang van de Atlantische Multidecadale Oscillatie (Warme Golfstroom) naar zijn koude fase.
De natuur moet haar ware kracht nog laten zien aan onze overdreven klimaatmodelbouwers.

De maan als El Niño-voorspeller
In 2007 voerden twee Canadese wetenschappers, McKinnell en Crawford, een onderzoek uit naar de relatie tussen de maancyclus en verschillende factoren zoals luchttemperaturen, zeewatertemperaturen en 400 jaar oude boomringrecords langs de Pacifisische kust van Noord-Amerika.[5]
Een opmerkelijke bevinding die ze maakten, was de samenhang tussen de oppervlaktetemperaturen van het zeewater in de winter, gemeten bij Scripps Pier in San Diego, Californië en het getijdenbestanddeel K1, dat de dagelijkse getijdenamplitude beïnvloedt. Figuur 4 laat deze relatie zien.

Figuur 4. Gemiddelde anomalieën van de temperatuur van het zeewater in januari bij Scripps Pier bovenop de dagelijkse cyclus van de maanknopen. Rode cirkels, die enkele El Niño-jaren markeren, zijn toegevoegd aan de originele figuur.
(McKinnell & Crawford, 2007)

Opmerkelijk is dat de sterkste positieve temperatuurafwijkingen in januari consequent samenvielen met een maanknoopcyclusminimum bij Scripps Pier. Aan de andere kant werden de laagste anomalieën (afwijkingen) vaak, maar niet altijd, waargenomen binnen een jaar of twee van het maximum van een knoopcyclus.
McKinnell en Crawford namen ook een opmerkelijke synchronisatie waar tussen de cyclus van de maanknopen en enkele van de grootste El Niño-gebeurtenissen van de 20e eeuw, zoals die in 1940/41, 1957/58 en 1997/98. De oorzaak van El Niño uitsluitend toeschrijven aan de maan zou echter onnauwkeurig zijn, aangezien er gevallen zijn (bijv. 1972/73, 1982/83) waarin El Niño-gebeurtenissen niet overeenkomen met de knoopcyclus.

Desalniettemin was de relatie tussen de 18,6-jarige maancyclus en El Niño al beschreven in een artikel uit 2001 en werd dit verder uitgewerkt in recente studies.[6] [7] De verklaring die in het artikel uit 2001 wordt gepresenteerd, stelt dat getijdekrachten die op de Pacifisische ronddraaiende zeestromingen (gyri) werken, het transport van koud water naar het equatoriale gebied wijzigen, waardoor de waarschijnlijkheid en omvang van El Niño-gebeurtenissen worden beïnvloed.
Zelfs als er geen super El Niño-gebeurtenis is, tonen de Scripps Pier-gegevens in figuur 4 de aanwezigheid van opeenvolgende Niño-episoden tijdens minima van de maanknoopcyclus. Dit zijn de Niño-evenementen van 1940/41 en 1941/42, 1957/58 en 1958/59, en 1976/77 en 1977/78.

De samenhang tussen El Niño en maanknopencyclus
Op basis van de beschikbare gegevens suggereren McKinnell en Crawford:
"We merken ook op dat de reactie van Noord-Amerikaanse kust-SST's *) op veel super El Niños van de 20e eeuw verrassend overeenkomt met de SST-reactie die wordt verwacht door de maanknopencyclus. Dit onwaarschijnlijke toeval zal meer aandacht trekken als zich rond 2015 een super El Niño voordoet."
(McKinnell & Crawford, 2007)
Zoals we nu weten, vond er in 2015 inderdaad een super El Niño plaats.

*) Zeeoppervlaktetemperatuur (Sea Surface Temp.) is de watertemperatuur dicht bij het oceaanoppervlak. Het varieert voornamelijk met de breedtegraad, met de warmste wateren meestal in de buurt van de evenaar en de koudste wateren in de Arctische en Antarctische gebieden.

Gezien de moeilijkheden die gepaard gaan met het voorspellen van het optreden van een El Niño-gebeurtenis, laat staan van de omvang ervan, is het echt opmerkelijk dat de auteurs acht jaar van tevoren met succes een super El Niño konden voorspellen. Nog verbazingwekkender is het feit dat deze voorspelling was gebaseerd op de 18,6-jarige maancyclus.
Het wordt aanbevolen dat iedereen die betrokken is bij ENSO-voorspellingen rekening houdt met de verzamelde kennis van de invloed van de maan op ENSO.
Hoewel het geen vaste regel is, is het duidelijk dat de waarschijnlijkheid van een super El Niño-gebeurtenis, of zelfs opeenvolgende Niño-episoden, groter is voor 2034. Een dergelijke gebeurtenis zou de verwachte afkoelingstendens mogelijk tijdelijk kunnen temperen, hoewel afkoeling zou worden verwacht na de El Niño.

Literatuur
Minobe, S., 1999. Geophys. Res. Lett. 26 (7), pp.855–858.
Data from Viktor Gouretski, Univ. of Hamburg, shows that the global average ocean temperature from 1000 to 6500 meters is 1.7°C. Overview: (Gouretski, 2019).
Keeling, C.D. & Whorf, T.P., 1997. PNAS, 94 (16), pp.8321–8328. doi.org/10.1073/pnas.94.16.8321
Vinós, J., 2022. Climate of the Past, Present and Future: A scientific debate. 2nd ed. Critical Science Press.www.amazon.com/dp/B0BCF5BLQ5 Also in French www.amazon.fr/dp/B0BRJ94Z2H/
McKinnell, S.M. & Crawford, W.R., 2007. J. Geophys. Res. Oceans, 112 (C2). doi.org/10.1029/2006JC003671
Cerveny, R.S. & Shaffer, J.A., 2001. Geophys. Res. Lett. 28 (1), pp.25–28. doi.org/10.1029/2000GL012117
Yasuda, I., 2018. Sci. Rep. 8 (1), p.15206. doi.org/10.1038/s41598-018-33526-4  

Lunar tides and climate
How the 2015 Major El Niño Was Predicted Years in Advance using a Lunar Cycle
April 26, 2018 By Javier Vinós

The Earth's oceans contain a vast mass of cold water beneath a thin layer of warm water, and the limited amount of mixing between them plays a crucial role in our existence. Tides, primarily influenced by changes in the moon's orbit, are the main force behind this mixing, which has the potential to cool the climate. Keeling, who pioneered CO₂ measurements, believed this theory and predicted a cooling trend for the next decade. The impact of the 18.6-year lunar cycle on climate has been known for some time, but more recent research has revealed its influence on the El Niño Southern Oscillation (ENSO). In 2007, two Canadian scientists studying the effects of this cycle on the Pacific coast of North America successfully predicted the occurrence of a major El Niño event in 2015 based on lunar orbital data. Remarkably, their prediction proved accurate.

The potential uniqueness of the Earth-Moon system
When astrophysicists discuss the abundance of potentially habitable planets around Sun-like stars, they often overlook a crucial fact: Earth's formation was probably an incredibly rare event. About 4.5 billion years ago, our planet was born from a chance collision between early Earth and a Mars-sized planet. This serendipitous event explains two extraordinary features of Earth that may be exceptionally rare among other Earth-like planets. The first remarkable feature is Earth's large metallic core, which generates a strong magnetic field despite the planet's size. This magnetic field plays an important role in protecting our atmosphere from the solar wind, preventing the loss of light gases. The second unusual aspect of Earth is that it has an unusually large satellite for its size. Normally, the mass ratio between a planet and its satellite is about 1:10,000. However, the Earth-Moon system has a mass ratio of only 1:81, so close that it is sometimes referred to as a double planet.

The presence of such a large satellite exerts a powerful influence on Earth. It may have been essential to the presence and maintenance of complex life over time. The gravitational pull of the Moon stabilizes the tilt of the Earth's axis. A change in the axial tilt of the Earth of as little as 2.4° can lead to a glaciation. Thus, without the Moon, Earth's climate may have been too unstable for complex life to evolve.
The main effect the Moon has on Earth is through its gravitational pull. This pull significantly affects Earth's climate through the tides it produces in the ocean, atmosphere, and crust.

Tides' effect on climate
The Moon's orbit is tilted by 5° relative to Earth's orbital plane, also known as the ecliptic (see Figure 1). The points where the Moon's orbit intersects the ecliptic are called nodes. Eclipses occur only when the Moon is near a node and the line connecting the two nodes is aligned with the Sun. This alignment occurs approximately every six months, creating an eclipse season.

However, the Moon's orbital plane around the Earth undergoes a gradual precession that causes one of the nodes to complete a full rotation relative to one of the equinoxes (the point where neither lunar pole points toward Earth) over a span of 18.61 years. This phenomenon is called the lunar nodal cycle. As a result of this precession, the 5° tilt of the Moon's orbit is either added to or subtracted from the Earth's axial tilt, resulting in a change in the Moon's declination (its position relative to Earth's equator). This declination varies from a maximum of 28.5° during a major lunar standstill (see here for a discussion of standstills) to a minimum of 18.5° during a minor lunar standstill, completing a full cycle over the course of 18.61 years. These changes affect Earth's tidal patterns.

Figure 1. Elements of the lunar orbit. The lunar orbit around Earth has a 5° tilt (declination) with Earth's ecliptic plane around the Sun (solar ecliptic). The Earth's spin axis has a 23.5° declination relative to the solar ecliptic plane. The five degrees can add to the 23.5° for a major standstill or subtract for a minor standstill. Source: (Saraf, Zia, Das, Sharma, & Rawat, 2011).

Tides are a complex phenomenon. As a result of the Moon orbiting the Earth in the same direction as the Earth's axial rotation, it takes 24.84 hours for the Moon to be over the same location, so there is a semidiurnal tide every 12.42 hours. But this is only one of the many constituents of the tides, and it is called M2 (M for Moon and 2 for being semidiurnal). The next constituent in strength is due to the lunar-solar declination. It is diurnal with a period of 23.93 hours, and it is called the K1 constituent. NASA animations of these basic tidal components can be seen here.

Since the strength of this diurnal tidal constituent is directly related to the declination of the Moon over the Earth's equator, we observe an 18.6-year cycle in the strength of the lunisolar diurnal tide. The semi-diurnal tides are also affected but to a lesser extent. For example, the amplitudes of the largest diurnal and semi-diurnal tidal constituents, K1 and M2, vary by 13% and 5%, respectively, over an 18.6-year cycle.
The lunar nodal cycle influences surface ocean temperatures through vertical mixing, which is influenced by increased or decreased tidal currents depending on the phase of the cycle. Numerous studies analyzing oceanic and atmospheric time series have identified an 18.6-year cycle in sea surface temperature and sea level pressure at various locations in the Pacific and other regions. There is a large body of literature on this topic (Yasuda, 2018).

In the Pacific, two notable low-frequency oscillations affect sea surface temperature and sea level pressure. The first and most widely known is the Pacific Decadal Oscillation (PDO). However, there is also a shorter-period low-frequency oscillation known as the North Pacific Bidecadal Oscillation. This oscillation was first discovered in Alaska in 1998. A year later, in 1999, Shoshiro Minobe established a correlation between the PDO and the Bidecadal Oscillation, showing that both oscillations occur in synchrony.[1]
Figure 2a shows the North Pacific Index (NPI) during winter (December to February). The NPI serves as an indicator of sea level pressure changes in the Aleutian Low, a large region in the North Pacific. It has a strong correlation with the Pacific Decadal Oscillation (PDO). When the PDO reflects colder temperatures, the NPI shows higher pressure patterns and the other way around. The graph shows the NPI and two Gaussian smoothed curves. The thick solid line emphasizes the long-term, multi-decadal variation, while the thick dashed line represents the shorter-term, bidecadal variation.

Figure 2. Multidecadal oscillations of the North Pacific Index. (a) Winter NPI data and two Gaussian smoothed curves. (b) Wavelet analysis. Source: (Minobe, 1999).
Figure 2b from Minobe 1999 shows a wavelet analysis of the data. The graph illustrates time on one axis and frequency on another, while the third dimension is represented by the color scale indicates the pressure anomaly measured in hPa. This analysis identifies two prominent oscillations: one occurring every 60 years and another every 20 years. Significant climate shifts that cause sudden changes in the climate and ecology of the Pacific, such as the one in 1976 that triggered global warming, coincide with a simultaneous phase change in both oscillations.

Dave Keeling's little-known tidal research
The ocean plays a critical role in moderating surface temperature variations on our planet. This fact is evident when comparing the greater seasonal temperature variations observed in continental climates compared to oceanic climates. Our existence depends on the lack of significant mixing between a thin layer of warm water, only a few hundred meters thick, on top of an icy cold ocean with an average temperature below 4°C.[2] Even a small increase in vertical mixing could be catastrophic. It is clear, then, that vertical mixing in the ocean has the potential to be a climatic factor. The only two forces that can influence this vertical mixing are the wind and the Moon, as they contribute the necessary mechanical energy to the ocean. The Moon contributes about 4 TW (terawatts) of energy, while the wind contributes about 2 TW.

Charles David Keeling (1928-2005) was an outstanding scientist. In the late 1950s, he established a meticulous system for accurately measuring the background concentration of CO₂ in the atmosphere. Keeling's dedication quickly led to the discovery that these concentrations were steadily increasing. Despite several attempts to shut down the Mauna Loa station due to budget cuts, he single-handedly ensured its continued operation. Many considered this ongoing effort costly and routine, but Keeling's persistence prevailed. In recognition of his remarkable scientific achievements, he was awarded the 2002 National Medal of Science, the highest lifetime honor for scientific achievement in the United States. The atmospheric CO₂ record at Mauna Loa, known as the "Keeling Curve," was designated a National Historic Chemical Landmark in 2015.

It is not widely known that Dave Keeling, in his later years of research, focused on the Moon as a means of understanding climate variability on Earth. While he firmly believed that CO₂ increases were the cause of global warming, he sought to identify additional factors that could account for previous cooling periods that could not be explained by CO₂ changes. Keeling theorized that changes in the Moon's effect on ocean mixing could affect surface temperatures – a simple and scientifically sound mechanism. The only question remaining was the magnitude of these changes.

Figure 3 is taken from a 1997 article by Keeling.[3] The strongest tides occur under certain circumstances:
(1) during a Sun-Earth-Moon syzygy or linear alignment,
(2) when the Moon is at its closest point to the Earth (perigee),
(3) when the Moon is at one of the nodes of the Earth's ecliptic, and
(4) when the Earth is closest to the Sun (perihelion).
On average, these conditions coincide about every 1800 years (1682, 1823, or 2045 years ± 18 years). However, harmonics and shorter periodicities occur when only a subset of these conditions are met.
Figure 3 illustrates a 93-year cyclic pattern in tidal amplitude resulting from the succession of five nodal cycles. It's important to note that tidal forcing does not increase continuously over decades. Rather, it increases on some days during a few lunar months when alignments occur, as indicated by the vertical lines in the figure. After that, the tidal forces may average out in the following years, only to regain strength 18 years later. The arcs connecting the peaks in tidal force are provided only as a visual aid to show the recurring pattern separated by an 18-year interval.

Figure 3. Timing of lunisolar tidal forcing since 1600 AD. Each event, indicated by a vertical line, gives a measure of the forcing in terms of the angular velocity of the Moon, in degrees of arc per day. The gray bars correspond to cool climate episodes. (Keeling & Whorf, 1997)

This figure is also reproduced in my book where I explain how tidal forcing is a likely candidate for triggering Dansgaard-Oeschger events during glacial periods.[4]
Keeling and co-author Timothy Whorf made an interesting observation about the alignment of significant increases in tidal forcing over the last 400 years. They noticed a correlation between these periods and the cool periods documented in a separate publication by Phil Jones, who retired as director of the Hadley Climate Research Unit (HadCRU) in 2016. These cool periods are represented by the gray bars at the top of Figure 3.
While it may be unreasonable to claim that the cooling climate of these periods was caused solely by the increase in tidal forcing, it is plausible to consider that tidal forcing played a role in enhancing the cooling effect beyond what would have occurred in its absence. They projected another peak in tidal forcing in the coming 2030s (labeled "D" in the figure). This should coincide with my projection of a temperature drop due to the coincidence of low solar activity and the transition of the Atlantic Multidecadal Oscillation into its cold phase. Nature has yet to show its true strength to our overconfident climate modelers.

The Moon as an El Niño predictor
In 2007, two Canadian scientists, McKinnell and Crawford, conducted a study examining the relationship between the lunar nodal cycle and various factors such as air temperatures, sea surface temperatures, and 400-year tree ring records along the Pacific coast of North America.[5] One notable finding they made was the correlation between winter sea surface temperatures measured at Scripps Pier in San Diego, California, and the tidal constituent K1, which influences diurnal tidal amplitude. Figure 4 shows this relationship.

Figure 4. Mean January sea surface temperature anomalies at Scripps Pier superimposed on the diurnal lunar nodal cycle. Red circles, marking some El Niño years, have been added to the original figure. (McKinnell & Crawford, 2007)

Remarkably, the strongest positive January temperature anomalies at Scripps Pier consistently coincided with a lunar nodal cycle minimum. On the other hand, the lowest anomalies were often, though not always, observed within a year or two of a nodal cycle maximum.
McKinnell and Crawford also observed a remarkable synchronization between the lunar nodal cycle and some of the largest El Niño events of the 20th century, such as those in 1940/41, 1957/58, and 1997/98. Attributing the cause of El Niño solely to the Moon would be inaccurate, as there are instances (e.g., 1972/73, 1982/83) when El Niño events do not align with the nodal cycle.
Nevertheless, the relationship between the 18.6-year lunar cycle and El Niño had already been described in a 2001 article and has been further emphasized in recent studies.[6] [7] The explanation presented in the 2001 article suggests that tidal forces acting on the Pacific gyre modify the transport of cold water into the equatorial region, thereby influencing the likelihood and magnitude of El Niño events.
Even in the absence of a major El Niño event, the Scripps Pier data presented in Figure 4 show the presence of consecutive Niño episodes during lunar nodal cycle minimums. These are the Niño events of 1940/41 and 1941/42, 1957/58 and 1958/59, and 1976/77 and 1977/78.

Based on the available data, McKinnell and Crawford suggest:
"We also note that the response of North American coastal SSTs to many major El Niños of the 20th century are confounded with the SST response anticipated by the [lunar nodal cycle]. This unlikely coincidence will attract greater attention if a major El Niño occurs around 2015."
(McKinnell & Crawford, 2007) none

As we now know, a major El Niño did occur in 2015.
Given the challenges associated with predicting the occurrence of an El Niño event, let alone its magnitude, it is truly remarkable that the authors were able to successfully predict a major El Niño eight years in advance. Even more amazing is the fact that this prediction was based on the 18.6-year lunar cycle. It is recommended that anyone involved in ENSO forecasting consider the accumulated knowledge of the Moon's influence on ENSO. While not a hard and fast rule, it is apparent that the likelihood of a major El Niño event, or even successive Niño episodes, is higher for 2034. Such an event could potentially temporarily mitigate the expected cooling trend, although cooling would be expected following the El Niño.

Literature
Minobe, S., 1999. Geophys. Res. Lett. 26 (7), pp.855–858.
Data from Viktor Gouretski, U of Hamburg, shows that the global average ocean temperature from 1000 to 6500 meters is 1.7°C. Overview: (Gouretski, 2019).
Keeling, C.D. & Whorf, T.P., 1997. PNAS, 94 (16), pp.8321–8328. doi.org/10.1073/pnas.94.16.8321
Vinós, J., 2022. Climate of the Past, Present and Future: A scientific debate. 2nd ed. Critical Science Press.www.amazon.com/dp/B0BCF5BLQ5 Also in French www.amazon.fr/dp/B0BRJ94Z2H/
McKinnell, S.M. & Crawford, W.R., 2007. J. Geophys. Res. Oceans, 112 (C2). doi.org/10.1029/2006JC003671
Cerveny, R.S. & Shaffer, J.A., 2001. Geophys. Res. Lett. 28 (1), pp.25–28. doi.org/10.1029/2000GL012117
Yasuda, I., 2018. Sci. Rep. 8 (1), p.15206. doi.org/10.1038/s41598-018-33526-4  Download the bibliography here.

terug naar het antropisch principe

terug naar de vragenlijst

terug naar het weblog

^