1.1 > Ilmastojärjestelmän eri osatekijät reagoivat häiriöihin eri nopeudella. Esimerkiksi syvänmeri on tärkeä syy ilmaston hitaaseen reaktioon. Yläasteikon värillinen alue edustaa ihmiselämän lyhyttä aikaväliä.
Ilmaston inertia
Kuten olemme kaikki oppineet koulussa, maailman valtameret ovat yksi maailman ilmastojärjestelmän tärkeimmistä osista. Mutta mitä ”ilmasto” oikeastaan tarkoittaa? Sään ja ilmaston välinen ero voidaan ilmaista yhdellä lauseella: ”Ilmasto on sitä, mitä odotat; sää on sitä, mitä saat.” Tämä paljastaa perustavanlaatuisen eron sään ja ilmaston välillä. Säätutkimus käsittelee sään yksittäisten elementtien, kuten tietyn matalapainejärjestelmän tai hurrikaanin, muodostumista, liikkumista ja ennustamista. Ilmastotutkimus puolestaan käsittelee matalapainejärjestelmien ja hurrikaanien kattavampaa kokonaisuutta, ja siinä pyritään vastaamaan sellaisiin kysymyksiin kuin kuinka monta keskileveysasteen myrskyä tai hurrikaania esiintyy ensi vuonna tai yleistyvätkö tai voimistuvatko ne tulevina vuosina ilmaston lämpenemisen seurauksena. Termi ”sää” viittaa siis lyhyen aikavälin tapahtumiin ilmakehässä, kun taas termi ”ilmasto” liittyy pidempiin ajanjaksoihin. Ilmaston kuvaamisessa käytetään yleensä 30 vuoden aikaväliä viitekehyksenä. Ihmiset kokevat ilmastonmuutoksen pääasiassa ilmakehän muuttujien muutoksina, esimerkiksi lämpötilan tai sademäärän vaihteluina. Periaatteessa ilmakehä voi kaoottisen dynamiikkansa vuoksi itse aiheuttaa monia luonnollisia ilmastomuutoksia. Yksi esimerkki tästä on Pohjois-Atlantin oskillaatio (NAO), joka vaikuttaa merkittävästi ilmastoon osassa Eurooppaa ja Pohjois-Amerikkaa. Kyseessä on eräänlainen Islannin matalapaineen ja Azorien korkeapaineen välinen painevaihtelu, joka määrittää talven läntisten tuulten voimakkuuden Pohjois-Atlantilla. Jos nämä tuulet ovat voimakkaita, Länsi-Euroopassa vallitsee leuto ja sateinen sää; jos ne ovat heikkoja, sää on kuivaa ja kylmää. Tällaiset luonnolliset heilahtelut vaikeuttavat kasvihuoneilmiön voimistumisesta johtuvien ihmisen aiheuttamien ilmastomuutosten tunnistamista.
Amosfääri ei ole eristetty järjestelmä. Se on vuorovaikutuksessa maapallojärjestelmän muiden osien – esimerkiksi valtamerten – kanssa. Mutta se on myös yhteydessä kryosfääriin (jää ja lumi), biosfääriin (eläimet ja kasvit), pedosfääriin (maaperä) ja litosfääriin (kivet). Kaikki nämä osatekijät muodostavat yhdessä ilmastojärjestelmän, jonka yksittäiset osatekijät ja prosessit ovat yhteydessä toisiinsa ja vaikuttavat toisiinsa monin eri tavoin. 1.2 > Ilmastojärjestelmä, sen osajärjestelmät ja asiaan liittyvät prosessit ja vuorovaikutukset.
Ilmakehä ei ole erillinen järjestelmä. Se on vuorovaikutuksessa maapallojärjestelmän muiden osien – esimerkiksi valtamerten – kanssa. Mutta se on myös yhteydessä kryosfääriin (jää ja lumi), biosfääriin (eläimet ja kasvit), pedosfääriin (maaperä) ja litosfääriin (kivet). Kaikki nämä osatekijät muodostavat yhdessä ilmastojärjestelmän, jonka yksittäiset osatekijät ja prosessit ovat yhteydessä toisiinsa ja vaikuttavat toisiinsa monin eri tavoin.
Extra InfoAsukasperäisen ilmastonmuutoksen havaitsemisen vaikeus 
Kaikki nämä osatekijät reagoivat muutoksiin eri tahtiin. Ilmakehä mukautuu maapallon pinnalla vallitseviin olosuhteisiin, kuten valtamerten lämpötilaan tai jääpeitteeseen, muutamassa tunnissa tai päivässä. Lisäksi sää on vaihteleva, ja sitä voidaan ennustaa vain muutamia päiviä etukäteen. Itse asiassa on osoitettu, että sään ennustettavuuden teoreettinen raja on noin 14 päivää. Syvänmeren virtaukset tarvitsevat kuitenkin useita vuosisatoja reagoidakseen täysin muuttuviin reunaehtoihin, kuten Pohjois-Atlantin värähtelyn vaihteluihin, jotka aiheuttavat muutoksia lämpötilassa ja sademäärissä meren pinnalla ja siten ohjaavat liikettä syvemmällä. Etelämantereen jääpeitteen kaltainen suuri mannerjäätikkö muuttuu ilmastonmuutoksen seurauksena oletettavasti useiden vuosituhansien aikana, ja ilman vastatoimia se sulaa vähitellen tällä aikaskaalalla. Ilmaston ennustettavuus perustuu ilmakehän ja inertimpien ilmaston osajärjestelmien, erityisesti valtamerten, välisiin vuorovaikutuksiin. Tässä järjestelmässä ilmastojärjestelmän eri osatekijät liikkuvat täysin eri tahtiin. Matalapainejärjestelmät voivat ajelehtia satoja kilometrejä päivien kuluessa. Valtamerivirrat sen sijaan kulkevat usein muutaman metrin minuutissa. Lisäksi yksittäisillä osatekijöillä on erilaiset lämmönjohtavuudet ja lämpökapasiteetit. Esimerkiksi vesi varastoi suuria määriä auringon lämpöä pitkiksi ajoiksi.
Ilmaston muutokset voivat käynnistyä kahdella eri tavalla – sisäisten ja ulkoisten voimien vaikutuksesta. Sisäisiä voimia ovat:
- Muutokset yksittäisessä ilmastokomponentissa, esimerkiksi poikkeava merivirtaus;
- Muutokset eri ilmastokomponenttien välisissä vuorovaikutussuhteissa, esimerkiksi valtameren ja ilmakehän välisissä vuorovaikutussuhteissa.
Vaikka näillä, ulkoisilla mekanismeilla ei ensisilmäyksellä näytä olevan mitään tekemistä ilmastojärjestelmän kanssa. Tällaisia ovat:
- Mannerten hyvin hidas ajautuminen, joka siirtää maamassoja eri ilmastovyöhykkeille miljoonien vuosien aikana;
- Auringon lähettämän säteilyn voimakkuuden muuttuminen. Auringon säteilyenergia vaihtelee ajassa ja muuttaa lämpötiloja maapallolla;
- Tulivuorenpurkaukset, jotka ruiskuttavat tuhkaa ja rikkiyhdisteitä ilmakehään, vaikuttavat maapallon säteilybudjettiin ja siten ilmastoon.
Hiilidioksidi ja kasvihuoneilmiöKoska ilmakehä rikastuu yhä enemmän hiilidioksidia (CO2), tai tarkemmin sanottuna hiilidioksidia ja muita ilmaston kannalta tärkeitä hivenkaasuja. Aluksi ne päästävät auringon tulevan lyhytaaltoisen säteilyn läpi. Tämä energia muuttuu maapallon pinnalla lämmöksi ja säteilee sitten takaisin pitkäaaltosäteilynä. Ilmakehän kaasut estävät kasvihuoneen lasien tavoin tätä pitkäaaltoista säteilyä karkaamasta avaruuteen, ja maapallon pinta lämpenee.
Miten ihminen muuttaa ilmastoa
Ihmisen vaikutus ilmastoon on lisääntynyt huomattavasti viimeisen sadan vuoden aikana. Päästämme ilmakehään valtavia määriä ilmaston kannalta merkityksellisiä hivenkaasuja. Tämä muuttaa ilmakehän säteilytasapainoa ja johtaa ilmaston lämpenemiseen.
Hiilidioksidin lisäksi näitä hivenkaasuja ovat metaani, dityppioksidi (naurukaasu), halogenoidut fluorihiilivedyt, perfluoratut hiilivedyt ja rikkiheksafluoridi. Hiilidioksidi (CO2) on kuitenkin erityisen tärkeä maapallon ilmastojärjestelmän kannalta, koska sen maailmanlaajuinen tuotanto on niin valtava. Sitä vapautuu pääasiassa fossiilisten polttoaineiden (öljy, maakaasu ja hiili) poltosta voimalaitoksissa, ajoneuvojen moottoreissa tai kotitalouksien lämmitysjärjestelmissä. Sen pitoisuus ilmakehässä on noussut nykyään lähes 390 miljoonasosaan (ppm) verrattuna esiteolliseen 280 ppm:ään. Tämän nousun myötä myös lämpötila on noussut 1900-luvulla. Myös valtamerten sisäiset muutokset, kuten muutokset Golfvirrassa, tapahtuvat vuosikymmenten tai muutaman vuosisadan kuluessa. Näillä on ratkaiseva vaikutus ilmastoon ja kasvihuonekaasujen pitoisuuksiin ilmakehässä, koska ne ovat vahvasti mukana maailmanlaajuisissa massasykleissä, kuten hiilen kiertokulussa. Esimerkiksi hiilidioksidi liukenee helposti veteen. Valtameret ovat kuitenkin ottaneet vastaan noin puolet kaikesta fossiilisten polttoaineiden poltosta syntyneestä hiilidioksidista teollisen vallankumouksen alusta lähtien, mikä on selvästi dominoinut luonnollisia vaihteluita. Se, muuttuuko ilmasto tulevaisuudessa ja kuinka paljon, voidaan siis päätellä myös valtameristä. Ilmasto muuttuu tulevaisuudessa hyvin hitaasti, koska valtameret valtavine vesimäärineen reagoivat muutoksiin hyvin hitaasti. Näin ollen monet mutta eivät kaikki ihmisen toiminnan aiheuttaman ilmastonmuutoksen seuraukset alkavat näkyä vasta vähitellen. Jotkin näistä seurauksista voivat olla jopa peruuttamattomia, kun tietyt raja-arvot ylittyvät. Jossain vaiheessa esimerkiksi Grönlannin jääpeitteen täydellistä sulamista ja siitä johtuvaa merenpinnan seitsemän metrin nousua ei ole enää mahdollista estää. Kynnyksen sijaintia ei kuitenkaan tarkkaan tiedetä. Yksi asia on kuitenkin varma: Vaikka hiilidioksidipäästöt vakiintuisivat nykyiselle tasolle, se ei johtaisi ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden vakiintumiseen, koska hiilidioksidi on erittäin pitkäikäistä, eivätkä hiilidioksidinielut, lähinnä valtameret, absorboi sitä yhtä nopeasti kuin me tuotamme sitä.
Lyhytikäisten hivenkaasujen, kuten metaanin (CH4) kohdalla tilanne on toinen. Jos metaanipäästöt vakiintuisivat nykyiselle tasolle, myös ilmakehän metaanipitoisuus vakiintuisi, koska metaani vähenee ilmakehässä suunnilleen samaa vauhtia kuin sitä päästetään. Jotta hiilidioksidipitoisuus pysyisi tietyllä tasolla, päästöjä on vähennettävä murto-osaan nykyisistä määristä. 1.4 > Vaikka kasvihuonekaasupäästöjä ja erityisesti hiilidioksidipäästöjä pystyttäisiin vähentämään merkittävästi tämän vuosisadan loppuun mennessä, vaikutukset ovat silti mittavat. CO2 on pitkäikäinen ja pysyy ilmakehässä useita vuosisatoja. Tämän vuoksi maapallon lämpötila nousee edelleen muutamalla asteen kymmenyksellä vuosisadan ajan tai pidempäänkin. Koska lämpö tunkeutuu hyvin hitaasti valtamerten syvyyksiin, myös vesi laajenee hitaasti, ja merenpinta nousee vähitellen vielä pitkään. Etelämantereen ja Grönlannin suurten mannerjäätiköiden sulaminen on myös hyvin vähittäinen prosessi. Niiden sulamisvesi virtaa valtamereen vuosisatojen tai jopa vuosituhansien ajan, jolloin merenpinnan nousu jatkuu. Kuva havainnollistaa vakiintumisperiaatetta mielivaltaisilla hiilidioksidipitoisuuksilla 450 ja 1000 miljoonasosan (ppm) välillä, eikä siinä siksi näy yksiköitä vasteakselilla
A uhkaava katastrofi
Pitkään hiilidioksidipitoisuuksien vakiintumisen jälkeen ilmasto jatkuu vielä edelleen muuttumistaan inertiansa vuoksi. Ilmastomallien mukaan ilman pinnanläheinen lämpötila nousee vielä ainakin sadan vuoden ajan. Merenpinta nousee vielä useita vuosisatoja, koska merivesi laajenee hitaasti syvänmeren asteittaisen lämpenemisen seurauksena ja koska mannerjäätiköt Arktiksella ja Etelämantereella todennäköisesti reagoivat hyvin hitaasti ilmakehän lämpenemiseen ja jäätiköt jatkavat sulamistaan vielä useita vuosituhansia. Kestää siis kauan ennen kuin merenpinta saavuttaa uuden tasapainon. Tutkijat pitävät kuitenkin myös mahdollisena, että jos lämpeneminen on voimakasta, Grönlannin jääpeite voi sulaa kokonaan tämän vuosituhannen aikana ja kadota mereen. Jääpeite voisi itse asiassa hajota ja jättimäisiä palasia putoaisi mereen. Valtavat määrät makeaa vettä voisivat aiheuttaa kriittisen muutoksen valtamerten kiertokulussa, esimerkiksi Golfvirrassa. Äärimmäisessä skenaariossa merenpinta voisi nousta yli metrin vuosisadassa, alueellisesti jopa enemmän.
Ilmastojärjestelmän inertia ja vaara, että suuntaus on peruuttamaton, pitäisi olla riittävät syyt ennakoiviin toimiin. On aina pidettävä mielessä, että ilmastonmuutoksen nykyisin mitattavissa olevat vaikutukset eivät vielä heijasta ihmisen jo menneisyydessä aiheuttaman ilmastonmuutoksen kokonaislaajuutta. Ihmiskunta alkaa tuntea ne jyrkästi vasta muutaman vuosikymmenen kuluttua, mutta sen on ryhdyttävä toimiin heti.
1.5 > Kiinnittääkseen huomiota ilmaston lämpenemisen uhkaan Malediivien tasavallan hallitus järjesti syksyllä 2009 juuri ennen Kööpenhaminan huippukokousta kokouksen merenpohjassa.