Klimatförändringar och förändringar

Klimatvariabilitet inkluderar alla variationer i klimatet som varar längre än enskilda väderhändelser , medan termen klimatförändringar endast syftar på de variationer som kvarstår under en längre tid, vanligtvis årtionden eller mer. Klimatförändringar kan hänvisa till när som helst i jordens historia, men termen används nu ofta för att beskriva samtida klimatförändringar . Sedan den industriella revolutionen har klimatet i allt högre grad påverkats av mänsklig verksamhet .

Klimatsystemet tar emot nästan all sin energi från solen och strålar ut energi till yttre rymden . Balansen mellan inkommande och utgående energi och energins passage genom klimatsystemet är jordens energibudget . När den inkommande energin är större än den utgående energin är jordens energibudget positiv och klimatsystemet värms upp. Om mer energi går ut är energibudgeten negativ och jorden upplever kylning.

Energin som rör sig genom jordens klimatsystem tar sig uttryck i väder , varierande på geografiska skalor och tid. Långsiktiga medelvärden och vädervariationer i en region utgör regionens klimat . Sådana förändringar kan vara resultatet av "inre föränderlighet", när naturliga processer som är inneboende i klimatsystemets olika delar förändrar energifördelningen. Exempel inkluderar variabilitet i havsbassänger som Stillahavsoscillationen och den atlantiska multidekadalsvängningen . Klimatvariationer kan också bero på externa påtryckningar , när händelser utanför klimatsystemets komponenter ger förändringar inom systemet. Exempel inkluderar förändringar i solenergi och vulkanism .

Klimatförändringar har konsekvenser för havsnivåförändringar, växtliv och massutrotningar; det påverkar också mänskliga samhällen.

Terminologi

Klimatvariabilitet är termen för att beskriva variationer i medeltillståndet och andra egenskaper hos klimatet (såsom chanser eller möjlighet till extremt väder, etc.) "på alla rumsliga och tidsmässiga skalor bortom den för enskilda väderhändelser." En del av variationen verkar inte orsakas av kända system och inträffar vid till synes slumpmässiga tidpunkter. Sådan variation kallas slumpmässig variabilitet eller brus . Å andra sidan förekommer periodisk variabilitet relativt regelbundet och i distinkta variationer eller klimatmönster.

Termen klimatförändringar används ofta för att specifikt hänvisa till antropogen klimatförändring (även känd som global uppvärmning) . Antropogena klimatförändringar orsakas av mänsklig aktivitet, till skillnad från förändringar i klimatet som kan ha uppstått som en del av jordens naturliga processer. I denna mening har termen klimatförändring blivit synonymt med antropogen global uppvärmning . Inom vetenskapliga tidskrifter avser global uppvärmning höjningar av yttemperaturen medan klimatförändringar inkluderar global uppvärmning och allt annat som ökande växthusgasnivåer påverkar.

En relaterad term, klimatförändring , föreslogs av Världsmeteorologiska organisationen (WMO) 1966 för att omfatta alla former av klimatförändringar på tidsskalor längre än 10 år, men oavsett orsak. Under 1970-talet ersatte termen klimatförändringar klimatförändringar för att fokusera på antropogena orsaker, eftersom det blev tydligt att mänskliga aktiviteter hade en potential att drastiskt förändra klimatet. Klimatförändringar införlivades i titeln för den mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) och FN:s ramkonvention om klimatförändringar (UNFCCC). Klimatförändringar används nu som både en teknisk beskrivning av processen, såväl som ett substantiv som används för att beskriva problemet.

Orsaker

På den bredaste skalan bestämmer den hastighet med vilken energi tas emot från solen och den hastighet med vilken den försvinner till rymden jordens jämviktstemperatur och klimat. Denna energi distribueras över hela världen av vindar, havsströmmar och andra mekanismer för att påverka klimatet i olika regioner.

Faktorer som kan forma klimatet kallas klimatpåtryckningar eller "påtvingande mekanismer". Dessa inkluderar processer som variationer i solstrålning , variationer i jordens omloppsbana, variationer i albedo eller reflektivitet på kontinenterna, atmosfären och haven, bergsbyggande och kontinentaldrift och förändringar i koncentrationer av växthusgaser . Extern forcering kan vara antingen antropogen (t.ex. ökade utsläpp av växthusgaser och damm) eller naturlig (t.ex. förändringar i solproduktionen, jordens omloppsbana, vulkanutbrott). Det finns en mängd olika klimatförändringsåterkopplingar som antingen kan förstärka eller minska den initiala forceringen. Det finns också viktiga trösklar som när de överskrids kan ge snabba eller irreversibla förändringar.

Vissa delar av klimatsystemet, som haven och inlandsisar, reagerar långsammare som reaktion på klimatpåverkan, medan andra reagerar snabbare. Ett exempel på snabba förändringar är den atmosfäriska kylningen efter ett vulkanutbrott, när vulkanaska reflekterar solljus. Termisk expansion av havsvatten efter atmosfärisk uppvärmning är långsam och kan ta tusentals år. En kombination är också möjlig, t.ex. plötslig förlust av albedo i Ishavet när havsisen smälter, följt av en mer gradvis termisk expansion av vattnet.

Klimatvariationer kan också uppstå på grund av interna processer. Inre otvingade processer involverar ofta förändringar i distributionen av energi i havet och atmosfären, till exempel förändringar i den termohalina cirkulationen .

Intern variation

Klimatförändringar på grund av inre variationer inträffar ibland i cykler eller svängningar. För andra typer av naturliga klimatförändringar kan vi inte förutse när det händer; förändringen kallas slumpmässig eller stokastisk . Ur ett klimatperspektiv kan vädret betraktas som slumpmässigt. Om det finns små moln under ett visst år, finns det en energiobalans och extra värme kan absorberas av haven. På grund av klimattröghet kan denna signal "lagras" i havet och uttryckas som variabilitet på längre tidsskalor än de ursprungliga väderstörningarna. Om väderstörningarna är helt slumpmässiga, uppstår som vitt brus , kan trögheten hos glaciärer eller hav omvandla detta till klimatförändringar där längre svängningar också är större svängningar, ett fenomen som kallas rött brus . Många klimatförändringar har en slumpmässig aspekt och en cyklisk aspekt. Detta beteende kallas stokastisk resonans . Hälften av 2021 års Nobelpris i fysik tilldelades för detta arbete till Klaus Hasselmann tillsammans med Syukuro Manabe för relaterat arbete med klimatmodellering . Medan Giorgio Parisi som tillsammans med medarbetare introducerade begreppet stokastisk resonans belönades med den andra hälften men främst för arbete med teoretisk fysik.

Variabilitet i hav-atmosfär

El Niño påverkar

La Niña påverkar

Havet och atmosfären kan samarbeta för att spontant generera inre klimatvariationer som kan bestå i år till årtionden åt gången. Dessa variationer kan påverka den globala genomsnittliga yttemperaturen genom att omfördela värmen mellan djuphavet och atmosfären och/eller genom att ändra distributionen av moln/vattenånga/havis, vilket kan påverka jordens totala energibudget.

Svängningar och cykler

En klimatsvängning eller klimatcykel är varje återkommande cyklisk svängning inom globalt eller regionalt klimat . De är kvasiperiodiska (inte perfekt periodiska), så en Fourier-analys av data har inte skarpa toppar i spektrumet . Många svängningar på olika tidsskalor har hittats eller antagits:

El Niño–Southern Oscillation (ENSO) – Ett storskaligt mönster av varmare ( El Niño ) och kallare ( La Niña ) tropiska havsyttemperaturer i Stilla havet med världsomspännande effekter. Det är en självuppehållande oscillation, vars mekanismer är väl studerade. ENSO är den mest framträdande kända källan till årliga variationer i väder och klimat runt om i världen. Cykeln inträffar vartannat till vart sjunde år, med El Niño som varar i nio månader till två år inom den långsiktiga cykeln. Den kalla tungan i det ekvatoriala Stilla havet värms inte upp lika snabbt som resten av havet, på grund av ökad uppströmning av kalla vatten utanför Sydamerikas västkust.
Madden –Julian-oscillationen (MJO) – Ett österut rörligt mönster av ökad nederbörd över tropikerna med en period på 30 till 60 dagar, observerad främst över Indiska och Stilla havet.
den nordatlantiska oscillationen (NAO) – Index för NAO är baserade på skillnaden mellan normaliserat havsnivåtryck (SLP) mellan Ponta Delgada, Azorerna och Stykkishólmur / Reykjavík , Island. Positiva värden på indexet indikerar starkare västlägen än genomsnittet över de mellersta breddgraderna.
kvasi -biennial oscillationen – en välkänd svängning i vindmönster i stratosfären runt ekvatorn. Under en period av 28 månader ändras den dominerande vinden från östlig till västlig och tillbaka.
Pacific Centennial Oscillation - en klimatsvängning som förutspås av vissa klimatmodeller
Pacific decadal oscillation – Det dominerande mönstret av havsytvariabilitet i norra Stilla havet på en decadal skala. Under en "varm" eller "positiv" fas blir västra Stilla havet svalt och en del av östra havet värms upp; under en "sval" eller "negativ" fas inträffar det motsatta mönstret. Det är inte tänkt som ett enskilt fenomen, utan istället en kombination av olika fysiska processer.
Interdecadal Pacific oscillation (IPO) – Basin bred variation i Stilla havet med en period mellan 20 och 30 år.
Atlantic multidecadal oscillation – Ett mönster av variation i Nordatlanten på cirka 55 till 70 år, med effekter på nederbörd, torka och orkanernas frekvens och intensitet.
Nordafrikanska klimatcykler – klimatvariation som drivs av den nordafrikanska monsunen , med en period på tiotusentals år.
den arktiska oscillationen (AO) och den antarktiska oscillationen (AAO) – De ringformade lägena är naturligt förekommande, halvklotsvida mönster av klimatvariabilitet. På tidsskalor från veckor till månader förklarar de 20-30 % av variationen i sina respektive hemisfärer. Northern Annular Mode eller Arctic oscillation (AO) på norra halvklotet och Southern Annular Mode eller Antarctic oscillation (AAO) på södra halvklotet. De ringformade lägena har ett starkt inflytande på temperaturen och nederbörden av landmassor på medelhög till hög latitud, såsom Europa och Australien, genom att ändra medelvägarna för stormar. NAO kan betraktas som ett regionalt index för AO/NAM. De definieras som den första EOF för havsnivåtryck eller geopotentialhöjd från 20°N till 90°N (NAM) eller 20°S till 90°S (SAM).
Dansgaard–Oeschger-cykler – förekommer i ungefär 1 500-årscykler under det sista istidens maximum

Havsströmmen förändras

Ett schema över modern termohalin cirkulation . För tiotals miljoner år sedan bildade kontinentalplattornas rörelse ett landfritt gap runt Antarktis, vilket möjliggjorde bildandet av ACC, som håller varmt vatten borta från Antarktis.

De oceaniska aspekterna av klimatvariabilitet kan generera variation på hundraåriga tidsskalor på grund av att havet har hundratals gånger mer massa än i atmosfären, och därmed mycket hög termisk tröghet. Till exempel spelar förändringar i havsprocesser som termohalin cirkulation en nyckelroll för att omfördela värme i världshaven.

Havsströmmar transporterar mycket energi från de varma tropiska regionerna till de kallare polarområdena. Förändringar som inträffade runt den senaste istiden (i tekniska termer, den sista glacialen ) visar att cirkulationen i Nordatlanten kan förändras plötsligt och kraftigt, vilket leder till globala klimatförändringar, även om den totala mängden energi som kommer in i klimatsystemet inte förändras mycket. Dessa stora förändringar kan ha kommit från så kallade Heinrich-händelser där inlandsisens instabilitet gjorde att enorma isberg släpptes ut i havet. När inlandsisen smälter är det resulterande vattnet mycket salt och kallt, vilket driver förändringar i cirkulationen.

Liv

Livet påverkar klimatet genom sin roll i kol- och vattenkretsloppen och genom sådana mekanismer som albedo , evapotranspiration , molnbildning och väderpåverkan . Exempel på hur livet kan ha påverkat tidigare klimat är:

glaciationen för 2,3 miljarder år sedan utlöstes av utvecklingen av syrehaltig fotosyntes , som tömde atmosfären på växthusgasen koldioxid och introducerade fritt syre
en annan glaciation för 300 miljoner år sedan inleddes av långvarig nedgrävning av nedbrytningsresistent skräp från vaskulära landväxter (som skapar en kolsänka och bildar kol )
upphörande av paleocen–eocen termisk maximalt för 55 miljoner år sedan genom blomstrande marint växtplankton
vändning av den globala uppvärmningen för 49 miljoner år sedan genom 800 000 år av arktiska azollablomningar
global nedkylning under de senaste 40 miljoner åren driven av expansionen av gräsbetares ekosystem

Yttre klimatpåtvingande

Växthusgaser

CO ₂ -koncentrationer under de senaste 800 000 åren mätt från iskärnor (blå/grön) och direkt (svart)

Medan växthusgaser som släpps ut av biosfären ofta ses som en återkoppling eller intern klimatprocess, klassificeras växthusgaser som släpps ut från vulkaner vanligtvis som externa av klimatologer. Växthusgaser, som CO ₂ , metan och dikväveoxid, värmer upp klimatsystemet genom att fånga in infrarött ljus. Vulkaner är också en del av den utökade kolcykeln . Under mycket långa (geologiska) tidsperioder frigör de koldioxid från jordskorpan och manteln, vilket motverkar upptaget av sedimentära bergarter och andra geologiska koldioxidsänkor .

Sedan den industriella revolutionen har mänskligheten ökat växthusgaserna genom att släppa ut CO ₂ från förbränning av fossila bränslen , förändrad markanvändning genom avskogning och har ytterligare förändrat klimatet med aerosoler (partiklar i atmosfären), utsläpp av spårgaser (t.ex. kväve). oxider, kolmonoxid eller metan). Andra faktorer, inklusive markanvändning, ozonnedbrytning , djurhållning ( idisslare som nötkreatur producerar metan ) och avskogning , spelar också en roll.

US Geological Survey uppskattar att vulkanutsläppen ligger på en mycket lägre nivå än effekterna av nuvarande mänskliga aktiviteter, som genererar 100–300 gånger mängden koldioxid som släpps ut av vulkaner. Den årliga mängden som utsätts av mänskliga aktiviteter kan vara större än mängden som släpptes ut av superutbrott , varav den senaste var Toba-utbrottet i Indonesien för 74 000 år sedan.

Orbital variationer

Milankovitch cyklar från 800 000 år sedan i det förflutna till 800 000 år i framtiden.

Små variationer i jordens rörelse leder till förändringar i årstidsfördelningen av solljus som når jordens yta och hur det är fördelat över jordklotet. Det är mycket liten förändring av områdets genomsnittliga årliga genomsnittliga solsken; men det kan bli starka förändringar i den geografiska och säsongsmässiga fördelningen. De tre typerna av kinematisk förändring är variationer i jordens excentricitet , förändringar i lutningsvinkeln för jordens rotationsaxel och precession av jordens axel. Tillsammans producerar dessa Milankovitch-cykler som påverkar klimatet och är anmärkningsvärda för deras korrelation till glaciala och interglaciala perioder , deras korrelation med Saharas frammarsch och reträtt och för deras utseende i den stratigrafiska posten .

Under glaciationscyklerna fanns en hög korrelation mellan CO ₂ -koncentrationer och temperaturer. Tidiga studier visade att CO ₂ -koncentrationerna släpade efter temperaturerna, men det har blivit tydligt att så inte alltid är fallet. När havets temperatur ökar lösligheten av CO ₂ så att den frigörs från havet. Utbytet av CO ₂ mellan luften och havet kan också påverkas av ytterligare aspekter av klimatförändringar. Dessa och andra självförstärkande processer tillåter små förändringar i jordens rörelse att ha stor effekt på klimatet.

Soleffekt

Variationer i solaktivitet under de senaste århundradena baserat på observationer av solfläckar och berylliumisotoper . Perioden med utomordentligt få solfläckar i slutet av 1600-talet var Maunder minimum .

Solen är den dominerande energikällan till jordens klimatsystem . Andra källor inkluderar geotermisk energi från jordens kärna, tidvattenenergi från månen och värme från sönderfallet av radioaktiva föreningar. Båda långtidsvariationerna i solintensiteten är kända för att påverka det globala klimatet. Soleffekten varierar på kortare tidsskalor, inklusive den 11-åriga solcykeln och långsiktiga moduleringar . Korrelation mellan solfläckar och klimat och i bästa fall svag.

För tre till fyra miljarder år sedan släppte solen bara ut 75 % så mycket kraft som den gör idag. Om den atmosfäriska sammansättningen hade varit densamma som idag borde flytande vatten inte ha funnits på jordens yta. Det finns dock bevis för förekomsten av vatten på den tidiga jorden, under Hadean och Archean eoner, vilket leder till vad som är känt som den svaga unga solparadoxen . Hypoteserade lösningar på denna paradox inkluderar en helt annan atmosfär, med mycket högre koncentrationer av växthusgaser än vad som för närvarande finns. Under de följande cirka 4 miljarderna åren ökade solens energiproduktion. Under de kommande fem miljarderna åren kommer solens slutliga död när den blir en röd jätte och sedan en vit dvärg att ha stora effekter på klimatet, med den röda jättefasen som möjligen kommer att avsluta allt liv på jorden som överlever fram till den tiden.

Vulkanism

I atmosfärstemperatur från 1979 till 2010, bestämd av MSU NASA -satelliter, uppträder effekter från aerosoler som släppts ut av stora vulkanutbrott ( El Chichón och Pinatubo ). El Niño är en separat händelse, från havets variation.

De utbrott som anses vara tillräckligt stora för att påverka jordens klimat i en skala av mer än 1 år är de som injicerar över 100 000 ₂ ton SO i stratosfären . Detta beror på de optiska egenskaperna hos SO ₂ och sulfataerosoler, som kraftigt absorberar eller sprider solstrålning, vilket skapar ett globalt lager av svavelsyradis . I genomsnitt inträffar sådana utbrott flera gånger per århundrade och orsakar nedkylning (genom att delvis blockera överföringen av solstrålning till jordens yta) under en period av flera år. Även om vulkaner tekniskt sett är en del av litosfären, som i sig är en del av klimatsystemet, definierar IPCC uttryckligen vulkanism som ett externt tvingande medel.

Anmärkningsvärda utbrott i de historiska dokumenten är utbrottet 1991 av Mount Pinatubo som sänkte den globala temperaturen med cirka 0,5 °C (0,9 °F) i upp till tre år, och utbrottet 1815 av Mount Tambora som orsakade året utan sommar .

I en större skala – några gånger var 50:e till 100:e miljon år – för utbrottet av stora magmatiska provinser stora mängder magmatisk sten från manteln och litosfären till jordens yta. Koldioxid i berget släpps sedan ut i atmosfären. Små utbrott, med injektioner på mindre än 0,1 Mt svaveldioxid i stratosfären, påverkar atmosfären endast subtilt, eftersom temperaturförändringar är jämförbara med naturliga variationer. Men eftersom mindre utbrott inträffar med en mycket högre frekvens, påverkar de också jordens atmosfär avsevärt.

Platttektonik

Under loppet av miljontals år omkonfigurerar rörelsen av tektoniska plattor globala land- och havsområden och genererar topografi. Detta kan påverka både globala och lokala mönster av klimat och atmosfär-havcirkulation.

Kontinenternas position bestämmer havens geometri och påverkar därför mönster av havscirkulation. Havets lägen är viktiga för att kontrollera överföringen av värme och fukt över hela världen och därför för att bestämma det globala klimatet. Ett färskt exempel på tektonisk kontroll av havscirkulationen är bildandet av Panamanäset för cirka 5 miljoner år sedan, vilket stängde av direkt blandning mellan Atlanten och Stilla havet. Detta påverkade starkt havsdynamiken i vad som nu är Golfströmmen och kan ha lett till istäcke på norra halvklotet. Under karbonperioden , för cirka 300 till 360 miljoner år sedan, kan plattektoniken ha utlöst storskalig lagring av kol och ökad glaciation . Geologiska bevis pekar på ett "megamonsonalt" cirkulationsmönster under tiden för superkontinenten Pangea , och klimatmodellering tyder på att superkontinentens existens bidrog till etableringen av monsuner.

Storleken på kontinenter är också viktig. På grund av havens stabiliserande effekt på temperaturen är årliga temperaturvariationer generellt sett lägre i kustområden än i inlandet. En större superkontinent kommer därför att ha mer område där klimatet är starkt säsongsbetonat än flera mindre kontinenter eller öar .

Andra mekanismer

Det har postulerats att joniserade partiklar som kallas kosmiska strålar kan påverka molntäcket och därmed klimatet. Eftersom solen skyddar jorden från dessa partiklar, antogs förändringar i solaktiviteten också påverka klimatet indirekt. För att testa hypotesen designade CERN CLOUD-experimentet , som visade att effekten av kosmiska strålar är för svag för att påverka klimatet märkbart.

Det finns bevis för att Chicxulub-asteroidnedslaget för cirka 66 miljoner år sedan hade allvarligt påverkat jordens klimat. Stora mängder sulfataerosoler sparkades upp i atmosfären, vilket sänkte den globala temperaturen med upp till 26 °C och gav temperaturer under fryspunkten under en period av 3–16 år. Återhämtningstiden för denna händelse tog mer än 30 år. Den storskaliga användningen av kärnvapen har också undersökts för dess påverkan på klimatet. Hypotesen är att sot som frigörs vid storskaliga bränder blockerar en betydande del av solljuset i så mycket som ett år, vilket leder till en kraftig temperatursänkning under några år. Denna möjliga händelse beskrivs som kärnvapenvinter .

Människans användning av mark påverkar hur mycket solljus ytan reflekterar och koncentrationen av damm. Molnbildningen påverkas inte bara av hur mycket vatten som finns i luften och temperaturen, utan också av mängden aerosoler i luften som till exempel damm. Globalt finns mer damm tillgängligt om det finns många regioner med torra jordar, lite vegetation och starka vindar.

Bevis och mätning av klimatförändringar

Paleoklimatologi är studiet av förändringar i klimatet genom hela jordens historia. Den använder en mängd olika proxymetoder från jorden och biovetenskapen för att få data bevarade inom saker som stenar, sediment, inlandsisar, trädringar, koraller, snäckor och mikrofossiler. Den använder sedan uppgifterna för att fastställa de tidigare tillstånden för jordens olika klimatregioner och dess atmosfäriska system. Direkta mätningar ger en mer komplett överblick över klimatvariabiliteten.

Direkta mätningar

Klimatförändringar som inträffade efter den utbredda användningen av mätinstrument kan observeras direkt. Rimligen fullständiga globala register över yttemperatur finns tillgängliga från mitten av slutet av 1800-talet. Ytterligare observationer härrör indirekt från historiska dokument. Satellitmoln och nederbördsdata har varit tillgängliga sedan 1970-talet.

Historisk klimatologi är studiet av historiska förändringar i klimatet och deras inverkan på människans historia och utveckling. De primära källorna inkluderar skriftliga uppteckningar som sagor , krönikor , kartor och lokalhistorisk litteratur samt bildframställningar som målningar , teckningar och till och med hällkonst . Klimatvariationer under det senaste förflutna kan härledas från förändringar i bosättnings- och jordbruksmönster. Arkeologiska bevis, muntlig historia och historiska dokument kan ge insikter om tidigare förändringar i klimatet. Förändringar i klimatet har kopplats till olika civilisationers uppgång och kollaps.

Proxymått

Variationer i CO ₂ , temperatur och damm från Vostoks iskärna under de senaste 450 000 åren.

Olika arkiv av tidigare klimat finns i stenar, träd och fossiler. Från dessa arkiv kan indirekta mått på klimatet, så kallade proxies, härledas. Kvantifiering av klimatologisk variation av nederbörd under tidigare århundraden och epoker är mindre fullständig men approximerad med hjälp av proxies som marina sediment, iskärnor, grottstalagmiter och trädringar. Stress, för lite nederbörd eller olämpliga temperaturer kan förändra trädens tillväxthastighet, vilket gör det möjligt för forskare att sluta sig till klimattrender genom att analysera tillväxthastigheten för trädringar. Denna vetenskapsgren som studerar detta kallas dendroklimatologi . Glaciärer lämnar efter sig moräner som innehåller en mängd material – inklusive organiskt material, kvarts och kalium som kan dateras – som registrerar de perioder då en glaciär har avancerat och retirerat.

Analys av is i kärnor som borrats från ett inlandsis , såsom Antarktis istäcke, kan användas för att visa ett samband mellan temperatur och globala havsnivåvariationer. Luften som fångas i bubblor i isen kan också avslöja atmosfärens CO ₂ -variationer från det avlägsna förflutna, långt före modern miljöpåverkan. Studiet av dessa iskärnor har varit en betydande indikator på förändringarna i CO ₂ under många årtusenden, och fortsätter att ge värdefull information om skillnaderna mellan antika och moderna atmosfäriska förhållanden. Förhållandet ¹⁸ O/ ¹⁶ O i kalcit- och iskärnprover som användes för att härleda havstemperaturen i det avlägsna förflutna är ett exempel på en temperaturproxymetod.

Resterna av växter, och särskilt pollen, används också för att studera klimatförändringar. Växtfördelningen varierar under olika klimatförhållanden. Olika grupper av växter har pollen med distinkta former och ytstrukturer, och eftersom den yttre ytan av pollen är sammansatt av ett mycket motståndskraftigt material motstår de förfall. Förändringar i den typ av pollen som finns i olika lager av sediment tyder på förändringar i växtsamhällen. Dessa förändringar är ofta ett tecken på ett förändrat klimat. Som ett exempel har pollenstudier använts för att spåra förändrade vegetationsmönster genom de kvartära glaciationerna och speciellt sedan det senaste glaciationsmaximumet . Rester av skalbaggar är vanliga i sötvatten och landsediment. Olika arter av skalbaggar tenderar att hittas under olika klimatförhållanden. Med tanke på den omfattande härkomsten av skalbaggar vars genetiska sammansättning inte har förändrats nämnvärt under årtusendena, kunskap om det nuvarande klimatområdet för de olika arterna och åldern på de sediment där rester finns, kan tidigare klimatförhållanden antas.

Analys och osäkerheter

En svårighet att upptäcka klimatcykler är att jordens klimat har förändrats på icke-cykliska sätt under de flesta paleoklimatologiska tidsskalor. För närvarande befinner vi oss i en period av antropogen global uppvärmning . I en större tidsram håller jorden på att växa fram ur den senaste istiden, kyls av från holocenets klimatoptimum och värms upp från " Lilla istiden ", vilket innebär att klimatet har förändrats konstant under de senaste 15 000 åren eller så. Under varma perioder är temperaturfluktuationer ofta av mindre amplitud. Pleistocenperioden , dominerad av upprepade glaciationer , utvecklades ur mer stabila förhållanden i Miocen- och Pliocenklimatet . Holocent klimat har varit relativt stabilt. Alla dessa förändringar komplicerar uppgiften att leta efter cykliskt beteende i klimatet.

Positiv återkoppling , negativ återkoppling och ekologisk tröghet från land-hav-atmosfärsystemet dämpar eller vänder ofta mindre effekter, vare sig det beror på orbitalkrafter, solvariationer eller förändringar i koncentrationer av växthusgaser. Vissa återkopplingar som involverar processer som moln är också osäkra; för contrails , naturliga cirrusmoln , oceanisk dimetylsulfid och en landbaserad motsvarighet, finns det konkurrerande teorier om effekter på klimattemperaturer, till exempel att kontrastera Iris-hypotesen och CLAW-hypotesen .

Effekter

Liv

Överst: Torrt istidsklimat Mellan: Atlantperioden , varmt och blött Nederst: Potentiell vegetation i klimatet nu om inte för mänskliga effekter som jordbruk.

Vegetation

En förändring av vegetationens typ, utbredning och täckning kan ske vid en förändring i klimatet. Vissa förändringar i klimatet kan resultera i ökad nederbörd och värme, vilket resulterar i förbättrad växttillväxt och efterföljande lagring av luftburen CO ₂ . Effekterna förväntas påverka hastigheten för många naturliga cykler som nedbrytningshastigheter för växtskräp . En gradvis ökning av värmen i en region kommer att leda till tidigare blomnings- och frukttider, vilket leder till en förändring i tidpunkten för livscykler för beroende organismer. Omvänt kommer kyla att göra att växternas biocykler släpar efter.

Större, snabbare eller mer radikala förändringar kan dock resultera i vegetationsstress, snabb växtförlust och ökenspridning under vissa omständigheter. Ett exempel på detta inträffade under Carboniferous Rainforest Collapse (CRC), en utrotningshändelse för 300 miljoner år sedan. Vid denna tid täckte stora regnskogar ekvatorialregionen i Europa och Amerika. Klimatförändringarna ödelade dessa tropiska regnskogar, splittrade plötsligt upp livsmiljön i isolerade "öar" och orsakade utrotning av många växt- och djurarter.

Vilda djur och växter

Ett av de viktigaste sätten djur kan hantera klimatförändringar är migration till varmare eller kallare regioner. På en längre tidsskala gör evolutionen att ekosystem inklusive djur blir bättre anpassade till ett nytt klimat. Snabba eller stora klimatförändringar kan orsaka massutrotningar när varelser sträcks ut för långt för att kunna anpassa sig.

Mänskligheten

Kollapser av tidigare civilisationer som Maya kan vara relaterade till cykler av nederbörd, särskilt torka, som i detta exempel också korrelerar med den varma poolen på västra halvklotet . För cirka 70 000 år sedan supervulkanutbrottet i Toba en särskilt kall period under istiden, vilket ledde till en möjlig genetisk flaskhals i mänskliga populationer.

Förändringar i kryosfären

Glaciärer och inlandsisar

Glaciärer anses vara en av de mest känsliga indikatorerna på ett förändrat klimat. Deras storlek bestäms av en massbalans mellan snötillförsel och smälteffekt. När temperaturen ökar drar sig glaciärerna tillbaka om inte snönederbörden ökar för att kompensera för den ytterligare avsmältningen. Glaciärer växer och krymper på grund av både naturlig variation och yttre krafter. Variation i temperatur, nederbörd och hydrologi kan starkt bestämma utvecklingen av en glaciär under en viss årstid.

De viktigaste klimatprocesserna sedan mitten till sena Pliocen (ca 3 miljoner år sedan) är glaciala och interglaciala cykler. Den nuvarande interglaciala perioden ( Holocen ) har varat omkring 11 700 år. Formad av variationer i omloppsbanan , hjälpte reaktioner som stigande och fall av kontinentalisar och betydande havsnivåförändringar till att skapa klimatet. Andra förändringar, inklusive Heinrich-händelser , Dansgaard-Oeschger-händelser och Younger Dryas , illustrerar dock hur glaciala variationer också kan påverka klimatet utan orbital forcering .

Havsnivåförändring

Under det sista istidens maximum , för cirka 25 000 år sedan, var havsnivåerna ungefär 130 m lägre än idag. Deglaciationen efteråt präglades av snabba havsnivåförändringar. Under tidig Pliocen var den globala temperaturen 1–2˚C varmare än den nuvarande temperaturen, men havsnivån var 15–25 meter högre än idag.

Havs is

Havsis spelar en viktig roll i jordens klimat eftersom den påverkar den totala mängden solljus som reflekteras bort från jorden. Tidigare har jordens hav varit nästan helt täckta av havsis vid ett antal tillfällen, då jorden befann sig i ett så kallat Snowball Earth- tillstånd, och helt isfritt i perioder med varmt klimat. När det finns mycket havsis globalt, särskilt i tropikerna och subtroperna, är klimatet mer känsligt för påfrestningar eftersom is-albedo-feedbacken är mycket stark.

Klimathistoria

Olika klimatpåverkan är typiskt i flux genom geologisk tid , och vissa processer av jordens temperatur kan vara självreglerande . Till exempel, under Snowball Earth- perioden, sträckte sig stora glacialisar till jordens ekvator och täckte nästan hela dess yta, och mycket hög albedo skapade extremt låga temperaturer, medan ansamlingen av snö och is sannolikt tog bort koldioxid genom atmosfärisk nedfall . Men frånvaron av växttäcke för att absorbera atmosfärisk CO ₂ som släpps ut av vulkaner innebar att växthusgasen kunde ackumuleras i atmosfären. Det fanns också en frånvaro av exponerade silikatstenar, som använder CO ₂ när de genomgår vittring. Detta skapade en uppvärmning som senare smälte isen och förde upp jordens temperatur igen.

Paleo-eocen termiskt maximum

Klimatförändringar under de senaste 65 miljoner åren, med hjälp av proxydata inklusive syre-18- kvoter från foraminifer .

Paleocen –eocen termiskt maximum (PETM) var en tidsperiod med mer än 5–8 °C global medeltemperaturstegring under händelsen. Denna klimathändelse inträffade vid gränsen mellan paleocen och eocen geologiska epoker . Under evenemanget släpptes stora mängder metan , en potent växthusgas. PETM representerar en "fallstudie" för moderna klimatförändringar eftersom växthusgaserna släpptes ut på geologiskt relativt kort tid. Under PETM skedde en massutrotning av organismer i djuphavet.

Det kenozoiska

Under hela kenozoiken ledde flera klimatpåtryckningar till uppvärmning och kylning av atmosfären, vilket ledde till den tidiga bildandet av det antarktiska inlandsisen , efterföljande smältning och dess senare reglaciation. Temperaturförändringarna inträffade något plötsligt, vid koldioxidhalter på cirka 600–760 ppm och temperaturer cirka 4 °C varmare än idag. Under Pleistocene inträffade cykler av glaciationer och interglacialer under cykler på ungefär 100 000 år, men kan stanna längre inom en interglacial när orbital excentricitet närmar sig noll, som under den nuvarande interglacialen. Tidigare mellanistider som den Eemiska fasen skapade temperaturer högre än idag, högre havsnivåer och viss partiell smältning av det västantarktiska inlandsisen .

Klimatologiska temperaturer påverkar avsevärt molntäcke och nederbörd. Vid lägre temperaturer kan luft hålla mindre vattenånga, vilket kan leda till minskad nederbörd. Under det sista istidsmaximumet för 18 000 år sedan var den termiska avdunstning från haven till kontinentala landmassor låg, vilket orsakade stora områden av extrem öken, inklusive polära öknar (kalla men med låg molntäcke och nederbörd). Däremot var världens klimat molnigare och blötare än idag nära början av den varma Atlantperioden för 8000 år sedan.

Holocen

Temperaturförändringar under de senaste 12 000 åren, från olika källor. Den tjocka svarta kurvan är ett genomsnitt.

Holocen kännetecknas av en långvarig avkylning med början efter Holocen Optimum , då temperaturen troligen bara låg under nuvarande temperaturer (andra årtiondet av 2000-talet), och en stark afrikansk monsun skapade gräsmarksförhållanden i Sahara under den neolitiska subpluvialen . Sedan dess har flera nedkylningshändelser inträffat, inklusive:

Piora -oscillationen
mellanbronsålderns kalla epok
järnålderns kalla epok
den lilla istiden
fasen av kylning c. 1940–1970, vilket ledde till global kylningshypotes

Däremot har flera varma perioder också ägt rum, och de inkluderar men är inte begränsade till:

en varm period under toppen av den minoiska civilisationen
den romerska varma perioden
den medeltida varma perioden
Modern uppvärmning under 1900-talet

Vissa effekter har inträffat under dessa cykler. Till exempel, under den medeltida varma perioden, var den amerikanska mellanvästern i torka, inklusive Sand Hills of Nebraska som var aktiva sanddyner . Den svarta döden pesten av Yersinia pestis inträffade också under medeltida temperaturfluktuationer, och kan vara relaterad till förändrade klimat.

Solens aktivitet kan ha bidragit till en del av den moderna uppvärmningen som nådde sin topp på 1930-talet. Men solcykler misslyckas med att redogöra för uppvärmning som observerats sedan 1980-talet till idag [ ^{citat behövs ]} . Händelser som öppnandet av Nordvästpassagen och nyligen rekordlåga isminima för den moderna arktiska krympningen har inte ägt rum på åtminstone flera århundraden, eftersom tidiga upptäcktsresande alla inte kunde göra en arktisk korsning, ens på sommaren. Förändringar i biomer och livsmiljöområden är också oöverträffade, de inträffar i hastigheter som inte sammanfaller med kända klimatsvängningar [ ^{citat behövs ]} .

Moderna klimatförändringar och global uppvärmning

Som en konsekvens av att människor släpper ut växthusgaser har den globala yttemperaturen börjat stiga . Den globala uppvärmningen är en aspekt av modern klimatförändring, en term som även inkluderar de observerade förändringarna i nederbörd, stormbanor och molnighet. Som en konsekvens har glaciärer över hela världen visat sig krympa avsevärt . Inlandsisar i både Antarktis och Grönland har tappat massa sedan 2002 och har sett en acceleration av ismassaförlusten sedan 2009. Globala havsnivåer har stigit som en konsekvens av termisk expansion och issmältning. Nedgången i arktisk havsis, både i omfattning och tjocklek, under de senaste decennierna är ytterligare bevis för snabba klimatförändringar.

Variabilitet mellan regioner

Exempel på regional klimatvariation

Land-ocean. Ytluftens temperaturer över landmassor har ökat snabbare än de över havet, havet absorberar cirka 90 % av överskottsvärmen.
Halvklot. Halvklotets medeltemperaturförändringar har avvikit på grund av norras större andel landmassa och på grund av globala havsströmmar.
Latitude band. Tre latitudband som täcker 30, 40 respektive 30 procent av den globala ytan visar ömsesidigt distinkta temperaturtillväxtmönster under de senaste decennierna.
Höjd över havet. En grafik med värmande ränder ( blått anger kallt, rött anger varmt) visar hur växthuseffekten fångar värme i den nedre atmosfären så att den övre atmosfären, som får mindre reflekterad energi, svalnar. Vulkaner orsakar temperaturspikar i den övre atmosfären.
Global kontra regional. Av geografiska och statistiska skäl förväntas större variationer från år till år för lokaliserade geografiska regioner (t.ex. Karibien) än för globala genomsnitt.
Relativ avvikelse. Även om norra Amerika har värmts upp mer än dess tropikerna, har tropikerna tydligare avvikit från normal historisk variation (färgade band: 1σ, 2σ standardavvikelser).

Den globala uppvärmningen har varierat avsevärt beroende på latitud, där de nordligaste latitudzonerna har upplevt de största temperaturökningarna.

Förutom global klimatvariation och global klimatförändring över tid, uppstår många klimatvariationer samtidigt över olika fysiska regioner.

Havets absorption av cirka 90 % av överskottsvärmen har bidragit till att landytans temperaturer växer snabbare än havsytans temperaturer. Det norra halvklotet, som har ett större förhållande mellan landmassa och hav än det södra halvklotet, visar större medeltemperaturökningar. Variationer över olika latitudband återspeglar också denna divergens i medeltemperaturökning, där temperaturökningen i norra extratropikerna överstiger den i tropikerna, vilket i sin tur överstiger den i södra extratropikerna.

De övre delarna av atmosfären har svalnat samtidigt med en uppvärmning i den nedre atmosfären, vilket bekräftar effekten av växthuseffekten och ozonnedbrytningen.

Observerade regionala klimatvariationer bekräftar förutsägelser om pågående förändringar, till exempel genom att kontrastera (jämnare) globala variationer från år till år med (mer volatila) variationer från år till år i lokala regioner. Omvänt, genom att jämföra olika regioners uppvärmningsmönster med deras respektive historiska variationer, kan de råa storleken av temperaturförändringar placeras i perspektivet av vad som är normal variation för varje region.

Observationer av regionala variationer tillåter studier av regionaliserade klimatvändpunkter såsom förlust av regnskog, inlandsis och havsissmältning och upptining av permafrost. Sådana distinktioner ligger till grund för forskning om en möjlig global kaskad av tipppunkter .

Se även

Anteckningar

Cronin, Thomas N. (2010). Paleoklimat: förstå klimatförändringar förr och nu . New York: Columbia University Press. ISBN 978-0-231-14494-0 .
IPCC (2007). Solomon, S.; Qin, D.; Manning, M.; Chen, Z.; et al. (red.). Klimatförändringar 2007: The Physical Science Basis (PDF) . Bidrag från arbetsgrupp I till den fjärde utvärderingsrapporten från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-88009-1 . (pb: 978-0-521-70596-7 ).
IPCC (2008). The Core Writing Team; Pachauri, RK; Reisinger, AR (red.). Klimatförändringar 2008: Syntesrapport . Bidrag från arbetsgrupper I, II och III till den fjärde utvärderingsrapporten från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar. Genève, Schweiz: IPCC. ISBN 978-92-9169-122-7 . ^{[ permanent död länk ]} .
Burroughs, William James (2001). Klimatförändringar: Ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0521567718 .
Burroughs, William James (2007). Klimatförändringar: Ett tvärvetenskapligt tillvägagångssätt . Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 978-0-511-37027-4 .
Ruddiman, William F. (2008). Jordens klimat: dåtid och framtid . New York: WH Freeman and Company. ISBN 9780716784906 .
Rohli, Robert. V.; Vega, Anthony J. (2018). Climatology (fjärde upplagan). Jones & Bartlett Learning. ISBN 9781284126563 .

externa länkar

Globala klimatförändringar från NASA (USA)
Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)
Klimatvariabilitet – NASA Science
Climate Change and Variability, National Centers for Environmental Information Arkiverad 21 september 2021 på Wayback Machine