Климатски промени

Климатска варијабилност е термин за опишување на варијациите во средната состојба и другите карактеристики на климата (како што се шансите или можноста за екстремни временски услови итн.) „на сите просторни и временски размери надвор од оние на поединечни временски настани“. Се чини дека дел од варијабилноста не е предизвикана од познати системи и се јавува во навидум случајни времиња. Таквата варијабилност се нарекува случајна варијабилност или шум. Од друга страна, периодичната варијабилност се јавува релативно редовно и во различни начини на варијабилност или климатски обрасци.^[2]

Терминот климатски промени често се користи за да се однесува конкретно на антропогените климатски промени. Антропогените климатски промени се предизвикани од човековата активност, за разлика од промените во климата кои можеби резултирале како дел од природните процеси на Земјата.^[3] Глобалното затоплување станало доминантен популарен термин во 1988 година, но во научните списанија глобалното затоплување се однесува на зголемувањето на температурата на површината, додека климатските промени го вклучуваат глобалното затоплување и сè друго што влијае врз зголемувањето на нивото на стакленички гасови.^[4]

Поврзан термин, климатски промени, бил предложен од Светската метеоролошка организација (СМО) во 1966 година за да ги опфати сите форми на климатска варијабилност на временски размери подолги од 10 години, без оглед на причината. Во текот на 1970-ти години, терминот климатски промени се фокусирал на антропогени причини, бидејќи станало јасно дека човечките активности имаат потенцијал драстично да ја изменат климата.^[5] Климатските промени биле инкорпорирани во насловот на Меѓувладиниот панел за климатски промени (IPCC) и Рамковната конвенција на ОН за климатски промени (UNFCCC). Климатските промени сега се користат и како технички опис на процесот, како и како именка што се користи за опишување на проблемот.^[5]

Во најширока скала, брзината со која енергијата стигнува од Сонцето и брзината со која таа се губи во вселената, ја одредуваат рамнотежната температура и климата на Земјата. Оваа енергија се дистрибуира низ целиот свет со ветрови, океански струи,^[6][7] и други механизми за влијание на климата во различни региони.^[8]

Факторите кои можат да ја обликуваат климата се нарекуваат климатски форсирања или „принудувачки механизми“.^[9] Тие вклучуваат процеси како што се варијации во сончевото зрачење, варијации во орбитата на Земјата, варијации во албедото или рефлексивноста на континентите, атмосферата и океаните, градењето планини, континенталниот нанос и промените во концентрациите на стакленички гасови. Надворешното принудување може да биде или антропогено (на пр. зголемени емисии на стакленички гасови и прашина) или природно (на пр. промени во сончевото производство, орбитата на Земјата, ерупции на вулкани).^[10] Постојат различни повратни информации за климатските промени. Исто така, постојат клучни прагови кои кога ќе се надминат може да предизвикаат брзи или неповратни промени.

Некои делови од климатскиот систем, како што се океаните и ледените капи, реагираат побавно на климатските принудувања, додека други реагираат побрзо. Пример за брза промена е атмосферското ладење по вулканска ерупција, кога вулканската пепел ја рефлектира сончевата светлина. Термичката експанзија на океанската вода по атмосферското затоплување е бавна и може да потрае илјадници години. Можна е и комбинација, на пример, ненадејно губење на албедото во Арктичкиот Океан како што се топи морскиот мраз, проследено со постепено термичко ширење на водата.

Променливоста на климата може да се појави и поради внатрешни процеси. Внатрешните неприсилни процеси често вклучуваат промени во распределбата на енергијата во океанот и атмосферата, на пример, промени во термохалинската циркулација .

Внатрешна варијабилност

Климатските промени поради внатрешната варијабилност понекогаш се случуваат во циклуси или осцилации. За други видови природни климатски промени, не можеме да предвидиме кога тоа ќе се случи; промената се нарекува случајна или стохастичка.^[12] Од климатски аспект, времето може да се смета за случајно.^[13] Ако има мали облаци во одредена година, постои енергетски дисбаланс и дополнителна топлина може да се апсорбира од океаните. Поради климатската инерција, овој сигнал може да се „зачува“ во океанот и да се изрази како варијабилност на подолги временски размери од оригиналните временски нарушувања.^[14] Ако временските нарушувања се сосема случајни, кои се појавуваат како бел шум, инерцијата на глечерите или океаните може да го трансформира тоа во климатски промени каде што подолготрајните осцилации се исто така поголеми осцилации, феномен наречен црвен шум.^[12] Многу климатски промени имаат случаен аспект и цикличен аспект. Ова однесување е наречено стохастичка резонанца.^[12] Половина од Нобеловата награда за физика за 2021 година била доделена за ова дело на Клаус Хаселман заедно со Сјукуро Манабе за поврзана работа на климатско моделирање. Додека Џорџо Паризи кој со соработниците го вовел^[15] концептот на стохастичка резонанца, бил награден со другата половина, но главно за работа на теоретска физика.

Променливост на океанската атмосфера

Океанот и атмосферата можат да работат заедно за спонтано да генерираат внатрешна климатска варијабилност која може да трае со години до децении.^[16][17] Овие варијации можат да влијаат врз глобалната просечна температура на површината со прераспределување на топлината помеѓу длабокиот океан и атмосферата^[18][19] и/или со менување на дистрибуцијата на облак/водена пареа/морски мраз што може да влијае врз вкупниот енергетски баланс на Земјата.^[20][21]

Осцилации и циклуси

Климатска осцилација или климатски циклус е секоја повторлива циклична осцилација во рамките на глобалната или регионалната клима. Тие се квазипериодични (не се совршено периодични), така што Фуриеовата анализа на податоците нема остри врвови во спектарот. Пронајдени или претпоставени се многу осцилации на различни временски размери.^[22]

Менување на океанската струја

Океанските аспекти на климатската варијабилност можат да генерираат варијабилност на стогодишни временски размери поради тоа што океанот има стотици пати поголема маса отколку во атмосферата, а со тоа и многу висока топлинска инерција. На пример, измените на океанските процеси како што е термохалинската циркулација, играат клучна улога во прераспределбата на топлината во светските океани.

Океанските струи носат многу енергија од топлите тропски региони до постудените поларни региони. Промените што се случуваат околу последното ледено доба (во техничка смисла, последното глацијално) покажуваат дека циркулацијата може да се промени ненадејно и суштински, што ќе доведе до глобални климатски промени, иако вкупното количество на енергија што доаѓа во климатскиот систем не се менува многу. Овие големи промени можеби дошле од таканаречените настани на Хајнрих каде што внатрешната нестабилност на ледените плочи предизвикала ослободување на огромни ледени плочи во океанот. Кога ледената покривка се топи, добиената вода има многу малку сол и студ, што предизвикува промени во циркулацијата.^[23]

Жив свет

Живиот свет влијае врз климата преку нејзината улога во циклусите на јаглеродот и водата и преку такви механизми како што се албедото, евапотранспирацијата, формирањето облаци и атмосферските влијанија.^[24][25][26] Примери за тоа како живиот свет можел да влијае врз климата во минатото вклучуваат:

• глацијација пред 2,3 милијарди години предизвикана од еволуцијата на кислородната фотосинтеза, која ја осиромашила атмосферата на стакленичкиот гас јаглерод диоксид, и вовела слободен кислород^[27][28]
• уште една глацијација пред 300 милиони години, воведена со долгорочно закопување на отпадоци од васкуларни копнени растенија отпорни на распаѓање^[29][30]
• завршување на палеоценско-еоценскиот топлински максимум пред 55 милиони години со процутот на морскиот фитопланктон^[31][32]
• пресврт на глобалното затоплување пред 49 милиони години со 800.000 години цветање на арктичката азола^[33][34]
• глобалното ладење во текот на изминатите 40 милиони години поттикнато од проширувањето на екосистемите за пасење трева.^[35][36]

Надворешно форсирање на климата

Стакленички гасови

Додека стакленичките гасови ослободени од биосферата често се гледаат како повратни информации или внатрешен климатски процес, стакленички гасови што се испуштаат од вулканите обично од климатолозите се класифицирани како надворешни.^[37] Гасовите на стаклена градина, како што се CO₂, метанот и азотен оксид, го загреваат климатскиот систем со заробување на инфрацрвената светлина. Вулканите се исто така дел од продолжениот јаглероден циклус.

Од индустриската револуција, човештвото додава стакленички гасови со емитување CO₂ од согорувањето на фосилните горива, менувајќи ја употребата на земјиштето преку уништување на шумите и дополнително ја менува климата со аеросоли (честички во атмосферата),^[38] ослободување на гасови во трагови (на пр. азотни оксиди, јаглерод моноксид или метан).^[39] Други фактори, вклучувајќи го користењето на земјиштето, осиромашувањето на озонот, сточарството (животните преживари, како што се говедата произведуваат метан^[40]), и уништувањето на шумите, исто така играат улога.^[41]

Проценките на Геолошкиот институт на САД се дека вулканските емисии се на многу пониско ниво од ефектите на тековните човечки активности, кои генерираат 100-300 пати повеќе од количеството јаглерод диоксид што го испуштаат вулканите.^[42] Годишното количество на човечки активности може да биде поголемо од износот што се ослободува од суперерупциите, од кои најнова била ерупцијата на Тоба во Индонезија пред 74.000 години.^[43]

Орбитални варијации

Малите варијации во движењето на Земјата доведуваат до промени во сезонската дистрибуција на сончевата светлина што стигнува до површината на Земјата, и како таа се распределува низ земјината топка. Трите типа на кинематички промени се варијации во ексцентричноста на Земјата, промени во аголот на наклон на Земјината оска на ротација и прецесија на Земјината оска. Во комбинација, овие произведуваат циклуси на Миланкович кои влијаат врз климата, и се забележливи по нивната корелација со глацијалните и меѓуглацијалните периоди,^[44] нивната корелација со напредувањето и повлекувањето на Сахара,^[44] и по нивното појавување во стратиграфскиот запис.^[45][46]

За време на глацијалните циклуси, имало висока корелација помеѓу концентрациите CO₂ и температурата. Раните студии покажале дека концентрациите CO₂ заостануваат на температурите, но станало јасно дека тоа не е секогаш случај.^[47] Кога температурата на океаните се зголемува, растворливоста на CO₂ се намалува, така што тој се ослободува од океанот. Размената на CO₂ помеѓу воздухот и океанот, исто така, може да биде под влијание на понатамошни аспекти на климатските промени.^[48] Овие и други самозајакнувачки процеси овозможуваат мали промени во движењето на Земјата да имаат големо влијание врз климата.^[47]

Сончево влијание

Сонцето е доминантниот извор на енергија во климатскиот систем на Земјата. Други извори вклучуваат геотермална енергија од јадрото на Земјата, енергија на плимата од Месечината и топлината од распаѓањето на радиоактивните соединенија. Познато е дека двете долгорочни варијации на сончевиот интензитет влијаат врз глобалната клима.^[2] Сончевото производство варира во пократки временски размери, вклучувајќи го 11-годишниот сончев циклус^[49] и долгорочните модулации.^[50]

Пред три до четири милијарди години, Сонцето емитирало само 75% повеќе енергија од денес. Ако атмосферскиот состав бил ист како денес, течна вода не треба да постои на површината на Земјата. Сепак, постојат докази за присуство на вода на раната Земја, во хадејските^[51][52] и архејските^[53][51] еони, што доведува до она што е познато како парадокс на слабо младо Сонце.^[54] Хипотезите за овој парадокс вклучуваат многу поинаква атмосфера, со многу повисоки концентрации на стакленички гасови од сегашните.^[55] Во текот на следните околу 4 милијарди години, енергетското производство на Сонцето се зголемило. Во текот на следните пет милијарди години, кога Сонцето ќе стане црвен џин, а потоа и бело џуџе ќе има големи ефекти врз климата, при што фазата на црвениот џин веројатно ќе стави крај на живиот свет на Земјата, што ќе преживее до тогаш.^[56]

Вулканизам

Вулканските ерупции кои се сметаат за доволно големи за да влијаат врз климата на Земјата на размер повеќе од 1 година, се оние кои инјектираат над 100.000 тони SO₂ во стратосферата.^[57] Ова се должи на оптичките својства на SO₂ и сулфатните аеросоли, кои го апсорбираат или го расфрлаат сончевото зрачење, создавајќи слој замаглување од сулфурна киселина.^[58] Во просек, ваквите ерупции се случуваат неколку пати на век, и предизвикуваат ладење (со делумно блокирање на преносот на сончевото зрачење кон површината на Земјата) во периоди од неколку години.

Значајни ерупции во историските записи се ерупцијата на планината Пинатубо од 1991 година, која ги намалила глобалните температури за околу 0,5°C до три години,^[59][60] и ерупцијата на планината Тамбора во 1815 година, што предизвикала година без лето.^[61]

Неколку пати на секои 50 милиони до 100 милиони години - ерупцијата на големи магматски вулкани носи големи количества магматски карпи од обвивката и литосферата на површината на Земјата. Јаглеродниот диоксид во карпата потоа се ослободува во атмосферата.^[62][63] Мали ерупции, кои испуштаат помалку од 0,1 Mt сулфур диоксид во стратосферата, влијаат врз атмосферата само суптилно, бидејќи температурните промени се споредливи со природната варијабилност. Меѓутоа, бидејќи помалите ерупции се случуваат на многу почест, тие исто така значително влијаат врз атмосферата на Земјата.^[57][64]

Движење на плочите

Во текот на милиони години, движењето на тектонските плочи ги оформило глобалните копнени и океански области и создало топографија. Ова може да влијае и врз глобалните и врз локалните модели на климата, како и врз циркулацијата на атмосферата и океаните.^[65]

Позицијата на континентите ја одредува геометријата на океаните и затоа влијае врз обрасците на океанската циркулација. Локациите на морињата се важни за контролирање на преносот на топлина и влага низ земјината топка, а со тоа и за одредување на глобалната клима. Неодамнешен пример за тектонска контрола врз океанската циркулација е формирањето на Панамскиот Провлак пред околу 5 милиони години, кој го исклучил директното мешање помеѓу Атлантскиот и Тихиот Океан. Ова влијаело врз океанската динамика на она што сега е Голфска струја и можеби довело до ледена покривка на северната хемисфера.^[66][67] За време на периодот Карбон, пред околу 300 до 360 милиони години, тектониката на плочите веројатно предизвикала складирање на јаглерод во големи количества и зголемена глацијација.^[68] Геолошките докази укажуваат на „мегамонсунска“ шема на циркулација за време на суперконтинентот Пангеја, а климатското моделирање сугерира дека постоењето на суперконтинентот било погодно за воспоставување на монсуните.^[69]

Големината на континентите е исто така важна. Поради стабилизирачкиот ефект на океаните врз температурата, годишните температурни варијации се генерално пониски во крајбрежните области отколку во внатрешноста. Затоа, поголем суперконтинент ќе има повеќе области во кои климата е сезонска, отколку помалите континенти или острови.

Други механизми

Се претпоставува дека јонизираните честички познати како космички зраци можат да влијаат врз облаците, а со тоа и врз климата. Како што сонцето ја штити Земјата од овие честички, се претпоставува дека промените во сончевата активност индиректно влијаат врз климата. За да ја тестира хипотезата, ЦЕРН го дизајнирал експериментот „Облак“, кој покажал дека ефектот на космичките зраци е премногу слаб за да може значително да влијае врз климата.^[70][71]

Постојат докази дека ударот на астероидот Чикшулуб пред околу 66 милиони години извршил сериозно влијание врз климата на Земјата. Големи количества сулфатни аеросоли биле исфрлени во атмосферата, намалувајќи ги глобалните температури до 26°C во период од 3–16 години. Времето за опоравување за овој настан траел повеќе од 30 години.^[72] Големата употреба на нуклеарно оружје влијае врз климата. Хипотезата е дека саѓите ослободени од големи пожари блокираат значителен дел од сончевата светлина дури една година, што доведува до нагло опаѓање на температурите за неколку години. Овој можен настан е опишан како нуклеарна зима.^[23]

Употребата на земјиштето од страна на луѓето влијае врз тоа колку сончева светлина рефлектира површината, како и концентрацијата на прашина. Формирањето облаци не е само под влијание на количеството на вода во воздухот, туку и на количеството на аеросоли во воздухот, како што е прашината.^[73] На глобално ниво, повеќе прашина е достапна ако има многу региони со сува почва, малку вегетација и силен ветер.^[74]

Палеоклиматологијата е проучување на промените на климата низ целата историја на Земјата. Користи различни методи за да добие податоци зачувани во нештата како што се карпи, седименти, ледени плочи, прстени на дрвја, корали, школки и микрофосили. Потоа ги користи записите за да ги одреди минатите состојби на различните климатски региони на Земјата и нејзиниот атмосферски систем. Директните мерења даваат поцелосен преглед на климатската варијабилност.

Директни мерења

Климатските промени кои настанале по широко распространето распоредување на мерните уреди може директно да се набљудуваат. Записи за температурата на површината се достапни почнувајќи од средината на крајот на 19 век. Понатамошните набљудувања се изведени индиректно од историските документи. Сателитски облак и податоци за врнежите се достапни уште од 1970-ти години.^[75]

Историската климатологија е проучување на историските промени на климата и нивното влијание врз човечката историја и развој. Примарните извори вклучуваат пишани записи како што се саги, хроники, мапи и литература за локална историја, како и сликовити претстави како што се слики, цртежи, па дури и карпеста уметност. Променливоста на климата во неодамнешното минато може да биде изведена од промените во населбите и земјоделските модели.^[76] Археолошките докази, усната историја и историските документи можат да понудат увид во минатите промени во климата. Промените на климата се поврзани со подемот^[77] и падот на различни цивилизации.^[76]

Некои промени на климата може да резултираат со зголемени врнежи и топлина, и како резултат се подобрува растот на растенијата, со што се задржува CO₂ во воздухот. Но, за време на суша, зголемените концентрации на CO₂ не се корисни за растението.^[78] Така, иако климатските промени навистина ги зголемуваат емисиите на CO₂, растенијата на кои им треба CO₂ често немаат корист од ова зголемување, бидејќи другите еколошки фактори имаат поголемо влијание врз нив.^[79]

Еден од најважните начини на кои животните можат да се справат со климатските промени е миграцијата во потоплите или постудените региони.^[80] Во подолг временски период, еволуцијата ги прави екосистемите вклучувајќи ги животните подобро прилагодени на новата клима.^[81] Брзите или големи климатски промени може да предизвикаат масовно истребување, бидејќи животните не можат толку брзо да се прилагодат.^[80]

Падот на минатите цивилизации како што се Маите може да се поврзани со циклуси на врнежи, особено со суша, што во овој пример исто така е во корелација со топлиот базен на западната хемисфера. Пред околу 70.000 години, ерупцијата на супервулканот Тоба создала особено студен период, што довело до можно намалување на човечката популација.

Денешни климатски промени и глобалното затоплување

Како последица на испуштањето на стакленички гасови од страна на луѓето, глобалните температури на површината почнале да растат. Глобалното затоплување е аспект на денешните климатски промени, поим кој ги вклучува и забележаните промени во врнежите, бурата и облачноста. Како последица на тоа, откриено е дека глечерите ширум светот значително се намалуваат.^[82][83] Ледените плочи и на Антарктикот и на Гренланд губат маса од 2002 година и забележливо е забрзано губење на ледената маса од 2009 година.^[84] Глобалното ниво на морето расте како последица на термичката експанзија и топењето на мразот. Падот на арктичкиот морски мраз, и во обем и во дебелина, во последните неколку децении е дополнителен доказ за брзите климатски промени.^[85]

• Антропогени влијанија врз климатските промени
• Климатски промени во Македонија

• Cronin, Thomas N. (2010). Paleoclimates: understanding climate change past and present. New York: Columbia University Press. ISBN 978-0-231-14494-0.
• IPCC (2007). Solomon, S.; Qin, D.; Manning, M.; Chen, Z.; и др. (уред.). Climate Change 2007: The Physical Science Basis (PDF). Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-88009-1. (pb: 978-0-521-70596-7).
• IPCC (2008). The Core Writing Team; Pachauri, R.K.; Reisinger, A.R. (уред.). Climate Change 2008: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Geneva, Switzerland: IPCC. ISBN 978-92-9169-122-7.^{[мртва врска]} .
• Burroughs, William James (2001). Climate Change : A multidisciplinary approach. Cambridge: Cambridge university press. ISBN 0521567718.
• Burroughs, William James (2007). Climate Change : A multidisciplinary approach. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-511-37027-4.
• Ruddiman, William F. (2008). Earth's climate : Past and Future. New York: W. H. Freeman and Company. ISBN 978-0716784906.
• Rohli, Robert. V.; Vega, Anthony J. (2018). Climatology (4th. изд.). Jones & Bartlett Learning. ISBN 978-1284126563.

• Global Climate Change from NASA (US)
• Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
• Climate Variability Архивирано на 30 мај 2023 г. Archived 30 May 2023 at the Wayback Machine – NASA Science
• Climate Change and Variability, National Centers for Environmental Information Архивирано на 21 септември 2021 г. Archived 21 September 2021 at the Wayback Machine