1.1 > Różne składniki systemu klimatycznego reagują na perturbacje w różnym tempie. Na przykład, głęboki ocean jest ważną przyczyną powolnej reakcji klimatu. Kolorowy obszar na górnej skali reprezentuje krótki czas życia człowieka.

Inercja klimatu

Jak wszyscy uczyliśmy się w szkole, oceany świata są jednym z najważniejszych elementów globalnego systemu klimatycznego. Ale co właściwie oznacza słowo „klimat”? Różnicę między pogodą a klimatem można wyrazić w jednym zdaniu: „Klimat jest tym, czego się spodziewasz; pogoda jest tym, co dostajesz”. Ujawnia to zasadniczą różnicę między pogodą a klimatem. Badania nad pogodą zajmują się powstawaniem, przemieszczaniem się i przewidywaniem poszczególnych elementów pogody, takich jak określony układ niskiego ciśnienia czy huragan. Badania nad klimatem, z drugiej strony, zajmują się bardziej kompleksową całością układów niskiego ciśnienia i huraganów, i są poświęcone odpowiedziom na pytania, jak wiele burz lub huraganów wystąpi w przyszłym roku, lub czy staną się one częstsze lub bardziej intensywne w nadchodzących latach w wyniku globalnego ocieplenia. Tak więc termin „pogoda” odnosi się do krótkotrwałych wydarzeń w atmosferze, podczas gdy „klimat” dotyczy dłuższych okresów czasu. Do opisywania klimatu z reguły stosuje się 30-letni okres czasu. Ludzie postrzegają zmiany klimatu głównie jako zmiany zmiennych atmosferycznych, np. zmiany temperatury lub opadów. W zasadzie atmosfera, ze względu na swoją chaotyczną dynamikę, może sama generować wiele naturalnych zmian klimatycznych. Jednym z przykładów jest oscylacja północnoatlantycka (NAO), która znacząco wpływa na klimat w części Europy i Ameryki Północnej. Jest to rodzaj fluktuacji ciśnienia pomiędzy Niżem Islandzkim a Wyżem Azorskim, który decyduje o sile zimowych zachodnich wiatrów na północnym Atlantyku. Jeśli są one silne, skutkiem jest łagodna i deszczowa pogoda w Europie Zachodniej; jeśli są słabe, jest sucho i zimno. Tego rodzaju naturalne oscylacje utrudniają rozpoznanie antropogenicznych zmian klimatu spowodowanych zwiększonym efektem cieplarnianym.
Atmosfera nie jest izolowanym systemem. Wchodzi w interakcje z innymi elementami systemu ziemskiego – na przykład z oceanami. Ale jest ona również w kontakcie z kriosferą (lód i śnieg), biosferą (zwierzęta i rośliny), pedosferą (gleba) i litosferą (skały). Wszystkie te elementy razem tworzą system klimatyczny, którego poszczególne składniki i procesy są ze sobą powiązane i wpływają na siebie w różny sposób. 1.2 > System klimatyczny, jego podsystemy oraz istotne procesy i interakcje.

Atmosfera nie jest systemem izolowanym. Wchodzi w interakcje z innymi składnikami systemu ziemskiego – na przykład z oceanami. Ale jest ona również w kontakcie z kriosferą (lód i śnieg), biosferą (zwierzęta i rośliny), pedosferą (gleba) i litosferą (skały). Wszystkie te elementy razem składają się na system klimatyczny, którego poszczególne składniki i procesy są ze sobą powiązane i wpływają na siebie w różny sposób.

Extra InfoTrudność wykrycia antropogenicznej zmiany klimatu

Wszystkie te składniki reagują na zmiany w różnym tempie. Atmosfera dostosowuje się do warunków panujących na powierzchni Ziemi, takich jak temperatura oceanu czy pokrywa lodowa, w ciągu kilku godzin lub dni. Co więcej, pogoda jest zmienna i można ją przewidzieć jedynie z kilkudniowym wyprzedzeniem. W rzeczywistości wykazano, że teoretyczna granica przewidywalności pogody wynosi około 14 dni. Prądy głębinowe potrzebują jednak kilku stuleci, aby w pełni zareagować na zmieniające się warunki brzegowe, takie jak wahania oscylacji północnoatlantyckiej, które powodują zmiany temperatury i opadów na powierzchni morza, a tym samym napędzają ruch na większych głębokościach. Duża kontynentalna masa lodowa, taka jak lądolód antarktyczny, w wyniku zmian klimatu prawdopodobnie ulega zmianom przez wiele tysiącleci i bez środków zaradczych będzie stopniowo topnieć w tej skali czasowej. Przewidywalność klimatu opiera się na interakcjach między atmosferą a bardziej obojętnymi podsystemami klimatycznymi, w szczególności oceanami. W ramach tego schematu różne składniki systemu klimatycznego poruszają się w zupełnie różnych tempach. Układy niskiego ciśnienia mogą dryfować setki kilometrów w ciągu kilku dni. Z kolei prądy oceaniczne poruszają się często z prędkością kilku metrów na minutę. Ponadto poszczególne składniki mają różną przewodność cieplną i pojemność cieplną. Woda, na przykład, magazynuje duże ilości ciepła słonecznego przez długie okresy czasu.
Zmiany klimatu mogą być wywołane na dwa różne sposoby – przez siły wewnętrzne i zewnętrzne. Siły wewnętrzne obejmują:

• Zmiany w pojedynczym składniku klimatu, na przykład anomalny prąd oceaniczny;
• Zmiany w interakcjach między różnymi składnikami klimatu, na przykład między oceanem a atmosferą.

W porównaniu z nimi, mechanizmy zewnętrzne na pierwszy rzut oka wydają się nie mieć nic wspólnego z systemem klimatycznym. Należą do nich:

• Bardzo powolny dryf kontynentów, który przesuwa masy lądowe do różnych stref klimatycznych w ciągu milionów lat;
• Zmienna intensywność promieniowania emitowanego przez Słońce. Energia promieniowania słonecznego zmienia się w czasie i powoduje zmiany temperatury na Ziemi;
• Erupcje wulkaniczne, które wstrzykują do atmosfery popiół i związki siarki, wpływają na budżet radiacyjny Ziemi, a tym samym na klimat.

Dwutlenek węgla i efekt cieplarnianyAtmosfera staje się coraz bardziej wzbogacona w dwutlenek węgla (CO2), a dokładniej w dwutlenek węgla i inne istotne dla klimatu gazy śladowe. Początkowo przepuszczają one przychodzące krótkofalowe promieniowanie słoneczne. Energia ta jest przekształcana na powierzchni Ziemi w ciepło, a następnie emitowana z powrotem jako promieniowanie długofalowe. Gazy w atmosferze, jak szyby w szklarni, zapobiegają ucieczce tego promieniowania długofalowego w przestrzeń kosmiczną, a powierzchnia Ziemi ogrzewa się.

Jak ludzie zmieniają klimat

W ciągu ostatnich stu lat wpływ człowieka na klimat znacznie się zwiększył. Uwalniamy do atmosfery ogromne ilości istotnych dla klimatu gazów śladowych. Zmienia to równowagę radiacyjną atmosfery i prowadzi do globalnego ocieplenia.
Oprócz dwutlenku węgla te gazy śladowe obejmują metan, podtlenek azotu (gaz rozweselający), fluorowcowane fluorowęglowodory, perfluorowane węglowodory i sześciofluorek siarki. Jednak dwutlenek węgla (CO2) jest szczególnie ważny dla systemu klimatycznego Ziemi, ponieważ jego światowa produkcja jest tak ogromna. Jest on uwalniany przede wszystkim w wyniku spalania paliw kopalnych (ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla) w elektrowniach, silnikach pojazdów lub w domowych systemach grzewczych. Jego poziom w atmosferze wzrósł dziś do prawie 390 części na milion (ppm) w porównaniu do wartości sprzed epoki przemysłowej wynoszącej 280 ppm. Wraz z tym wzrostem w dwudziestym wieku wzrosła również temperatura. Wewnętrznie uwarunkowane zmiany w oceanach, takie jak zmiany w Prądzie Zatokowym, również zachodzą w perspektywie dziesięcioleci lub kilku stuleci. Mają one decydujący wpływ na klimat i na stężenie gazów cieplarnianych w atmosferze, ponieważ są silnie zaangażowane w globalne cykle masowe, takie jak cykl węglowy. Na przykład CO2 łatwo rozpuszcza się w wodzie. Jednakże oceany wchłonęły około połowy całego dwutlenku węgla wytworzonego w wyniku spalania paliw kopalnych od początku rewolucji przemysłowej, co wyraźnie zdominowało naturalne wahania. To, czy klimat zmieni się w przyszłości i o ile, można zatem wywnioskować również na podstawie oceanów. Klimat będzie się w przyszłości zmieniał bardzo powoli, ponieważ oceany ze swoimi ogromnymi ilościami wody reagują na zmiany bardzo stopniowo. Dlatego też wiele konsekwencji zmian klimatycznych wywołanych działalnością człowieka, choć nie wszystkie, będzie można dostrzec dopiero stopniowo. Niektóre z tych konsekwencji mogą być wręcz nieodwracalne po przekroczeniu pewnych progów. W pewnym momencie nie będzie już możliwe, na przykład, powstrzymanie całkowitego topnienia pokrywy lodowej Grenlandii i związanego z tym podniesienia się poziomu morza o siedem metrów. Położenie tego progu nie jest jednak dokładnie znane. Ale jedno jest pewne: Nawet gdyby emisja dwutlenku węgla została ustabilizowana na dzisiejszym poziomie, nie doprowadziłoby to do stabilizacji stężenia dwutlenku węgla w atmosferze, ponieważ dwutlenek węgla jest niezwykle długożyciowy, a pochłaniacze dwutlenku węgla, głównie oceany, nie pochłaniają go tak szybko, jak my go produkujemy.

Inaczej sytuacja wygląda w przypadku krótkożyciowych gazów śladowych, takich jak metan (CH4). Gdyby emisja metanu została ustabilizowana na obecnym poziomie, stężenie metanu w atmosferze również by się ustabilizowało, ponieważ metan maleje w atmosferze mniej więcej w tym samym tempie, w jakim jest emitowany. Aby utrzymać stężenie dwutlenku węgla na danym poziomie, należy zmniejszyć emisje do ułamka obecnych ilości. 1.4 > Nawet jeśli do końca tego stulecia uda się znacznie ograniczyć emisję gazów cieplarnianych, a w szczególności CO2, to i tak skutki będą rozległe. CO2 ma długą żywotność i pozostaje w atmosferze przez wiele stuleci. Z tego powodu temperatura na Ziemi będzie nadal wzrastać o kilka dziesiątych stopnia przez stulecie lub dłużej. Ponieważ ciepło przenika bardzo powoli w głąb oceanu, woda również rozszerza się powoli, a poziom mórz będzie się stopniowo podnosił przez długi czas. Topnienie wielkich kontynentalnych pokryw lodowych na Antarktydzie i Grenlandii jest również procesem bardzo stopniowym. Roztopiona woda z nich będzie spływać do oceanu przez stulecia, a nawet tysiąclecia, powodując dalszy wzrost poziomu morza. Rysunek ilustruje zasadę stabilizacji przy arbitralnych poziomach CO2 pomiędzy 450 a 1000 części na milion (ppm), dlatego nie pokazuje żadnych jednostek na osi odpowiedzi

Nadciągająca katastrofa

Długo po ustabilizowaniu się poziomów dwutlenku węgla, klimat będzie się dalej zmieniał z powodu swojej bezwładności. Modele klimatyczne wskazują, że temperatura powietrza przy powierzchni ziemi będzie rosła przez co najmniej sto lat. Poziom mórz będzie się podnosił przez kilka stuleci, ponieważ woda morska rozszerza się powoli w wyniku stopniowego ocieplania się głębin morskich, a lądolody w Arktyce i Antarktyce będą prawdopodobnie bardzo powoli reagować na ocieplenie atmosfery, a lodowce będą się topić przez wiele tysiącleci. Minie zatem dużo czasu, zanim poziom morza osiągnie nową równowagę. Naukowcy uważają jednak, że jest również możliwe, że jeśli ocieplenie będzie silne, lądolód Grenlandii może całkowicie stopnieć w ciągu tego tysiąclecia i zniknąć w oceanie. Pokrywa lodowa może w rzeczywistości rozpaść się i olbrzymie kawałki wpadną do morza. Ogromne ilości słodkiej wody mogłyby spowodować krytyczną zmianę w cyrkulacji oceanicznej, na przykład w Prądzie Zatokowym. W skrajnym scenariuszu poziom mórz mógłby się podnieść o ponad metr w ciągu stulecia, a regionalnie nawet o więcej.
Obojętność systemu klimatycznego i niebezpieczeństwo, że trend jest nieodwracalny, powinny być wystarczającym powodem do podjęcia działań perspektywicznych. Należy zawsze pamiętać, że mierzalne dziś skutki zmian klimatycznych nie odzwierciedlają jeszcze całkowitej skali zmian klimatycznych spowodowanych przez człowieka w przeszłości. Ludzkość zacznie je ostro odczuwać dopiero za kilkadziesiąt lat, ale już teraz musi podjąć działania.1.5 > Aby zwrócić uwagę na zagrożenie globalnym ociepleniem, rząd Republiki Malediwów zorganizował jesienią 2009 roku, tuż przed szczytem w Kopenhadze, spotkanie na dnie morza.