klmato kaità, grįžtamojo ir negrįžtamojo pobūdžio klimato sistemos perėjimas iš vieno būvio į kitą per įvairios trukmės laikotarpius, trunkančius nuo kelių dešimtmečių iki milijonų metų. Ilgalaikių ir lėtų klimato kaitos procesų fone gali vykti trumpalaikiai svyravimai ir fluktuacijos.
Žemės klimato sistema aprėpia atmosferos, hidrosferos, litosferos, kriosferos ir biosferos visumą ir šių sferų sąveiką. Šių sferų ir klimato elementų sąveika labai glaudi, paini. Pvz., jeigu padidėjus Saulės spinduliuotės prietakai oro ir vandenynų temperatūra pradeda kilti (klimatas atšyla), daug kitų klimato elementų t. p. gali keistis: ima tirpti ledynai, kartu kyla vandenyno lygis, stiprėja garavimas, atmosferoje daugėja vandens garų, stiprėja šiltnamio efektas, Žemė mažiau energijos išspinduliuoja į kosminę erdvę. Joks klimato elementas sistemoje nėra izoliuotas nuo kitų elementų, todėl Žemės klimatas niekada nenustoja keistis. Klimato kaita vienu metu gali pasireikšti visoje Žemėje arba tik kuriame nors regione.
Priežastys ir veiksniai
Klimato kaitą gali sukelti 3 tiesioginės priežastys: Saulės spinduliuotės prietakos į Žemę nepastovumas, atmosferos sudėties ir Žemės paviršiaus pokyčiai. Saulės spinduliuotės prietaką, atmosferos sudėties ir Žemės paviršiaus pokyčius gali lemti ne tik gamtiniai veiksniai, bet ir žmogaus veikla. Pastaroji ypač didelį poveikį daro atmosferos dujinei sudėčiai ir sausumos paviršiui.
1
Klimato sistemos atžvilgiu visus klimato kaitą lemiančius veiksnius galima suskirstyti į 2 grupes: išorinius ir vidinius. Išoriniai veiksniai itin svarbūs, nes lemia energijos prietaką į Žemę. Šiai grupei priklauso astronominiai ir geofiziniai veiksniai.
Vidinės klimato kaitos jėgos slypi vienoje kurioje klimato sistemos dalyje, bet jos gali paveikti ir kitas klimato sistemos dalis. Kai yra išjudinami klimato kaitos mechanizmai ir jie pradeda veikti, pirmiausia sureaguoja vandenyno ir atmosferos cirkuliacija, paskirstanti energiją Žemės klimato sistemoje – ima formuotis regioniniai ir vietiniai klimato kaitos efektai. Klimato kaitą ir jos priežastis geologinėje praeityje tiria paleoklimatologija. Pagrindiniai paleoklimatologijos uždaviniai – rasti praeities klimato rodiklius, remiantis jais rekonstruoti klimato raidą Žemėje ir nustatyti klimato kaitos priežastis. Klimato kaitą ir jos priežastis t. p. tyrinėja dinaminė klimatologija. Iki 18 a. vidurio egzistavo ikiindustrinė (gamtinė) klimato sistema, o po jos prasidėjo industrinės (dar vadinamos antropogenine) klimato sistemos epocha. Šių dviejų epochų klimato kaitos procesai skiriasi pagal laiko skalę. Geologinėje praeityje klimato kaitos procesai dažniausiai matuojami milijonais metų. Jie gali būti daug ryškesni, palyginti su klimato pokyčiais šimtametėje laiko skalėje. Geologinėje praeityje ilgalaikių ir lėtų klimato svyravimų, kuriuos sukėlė tokie veiksniai kaip litosferos plokščių judėjimas, kalnodara, Žemės orbitos parametrų ir atmosferos cheminės sudėties kaita, fone veikė daug atsitiktinių jėgų, sukeliančių dar ir trumpalaikius klimato svyravimus bei anomalijas. Jų laiko skalė matuojama dešimtimis, šimtais arba tūkstančiais metų. Tai trumpalaikiai Saulės aktyvumo, geomagnetinio lauko įtampos, pulsuojančios atmosferos elektrizacijos reiškiniai, ugnikalnių išsiveržimai.
Nuo 18 a. vidurio žmogaus veiklos mastai reikšmingai ėmė didėti ir pastaraisiais dešimtmečiais tapo pagrindiniu dabartinį atšilimą lemiančiu veiksniu. Pradžioje žmogus keitė tik sausumos paviršių – kirto miškus, sausino pelkes, naikino natūralias pievas. Jų vietą užėmė žemės ūkio pasėliai, miestai ir urbanizuotos teritorijos. Visa tai pakeitė Saulės spinduliuotės sugertį ir paviršiaus temperatūrą, garavimo ir kitus drėgmės apykaitos procesus. Daugėjant gyventojų šių procesų mastai nuolat didėja. Plėtojant pramonę ir energetikos ūkį vis daugiau sudeginama iškastinio kuro, todėl ėmė sparčiai keistis atmosferos cheminė sudėtis. Todėl simboliškai visą 4,5 mlrd. m. Žemės klimato istoriją galima suskirstyti į dvi epochas: ikiindustrinę (iki 1750 m.) ir industrinę. Pastaraisiais dešimtmečiais klimato kaita vis akivaizdesnė. Ji jau kelia grėsmę gamtai, žmonių sveikatai, ūkinei veiklai ir pasaulio ekonomikos plėtrai. 2015 m. CO2 koncentracija atmosferoje perkopė 400 ppm.
anglies dioksido ir metano koncentracijos atmosferoje bei oro temperatūros kaita (pagal Kanados nacionalinį sniego ir ledo duomenų centrą)
Tokio didelio ir tokio spartaus šiltnamio efektą sukeliančių dujų koncentracijos didėjimo nebuvo per pastaruosius 800 tūkst. metų. 2022 m. CO2 koncentracija pasiekė 417,1 ppm (lyginant su ikiindustrine epocha padidėjo 50 %), o CH4 – 1911 ppb (padidėjo 2,62 karto), N2O – 335,7 ppb (padidėjo 24 %).
CO2 yra pats svarbiausias klimato kaitos veiksnys. 2022 buvo vienuolikti metai, kai CO2 kiekis atmosferoje padidėjo daugiau kaip 2 ppm. Tai didžiausias nuolatinis CO2 didėjimo tempas per pastaruosius 65 instrumentinių matavimų metus. Į atmosferą išmetamo CO2 kiekis labiausiai didėja dėl iškastinio kuro deginimo: per pastaruosius 60 metų CO2 metinės emisijos padidėjo daugiau kaip 3,5 karto, nuo 10,9 mlrd. t. 20 a. 7 dešimtmetyje iki maždaug 36,6 mlrd. t. 2022 CO2 kiekis atmosferoje yra panašus į tą, kuris buvo maždaug prieš 4,3 mln. m. plioceno viduryje. Tuomet vandenyno lygis buvo maždaug 24 metrais aukštesnis, vidutinė oro temperatūra buvo 4 °C aukštesnė nei ikiindustriniame laikotarpyje, o dabartinėje Arkties regiono tundros zonoje žaliavo miškai.
Tyrimo metodai
Klimato kaitos tyrimo metodai, priklausomai nuo informacijos ir duomenų apie klimatą kilmės, skirstomi į 2 grupes: metodai, grindžiami netiesiogine informacija (iki 18 a.), ir metodai, grindžiami instrumentinių meteorologinių matavimų rezultatais (nuo 18 amžiaus). Netiesioginiai informacijos apie klimatą šaltiniai – tai nuosėdinių uolienų kompleksai ir dūlėjimo produktai, vandenyno lygio svyravimų pėdsakai krantuose, ežerų lygis ir nuosėdos, upių tinklo pėdsakai, pustomo smėlio kopos, iškastinių augalų ir gyvūnų liekanos (žiedadulkės, medžių rievės, koralai ir kita), ledynai, magnetinių ašigalių vietos pokyčiai, archeologiniai duomenys, istorinės kronikos, metraščiai ir net literatūros kūriniai. Remiantis netiesioginiais informacijos šaltiniais, laikomasi prielaidos, kad klimato ir kitų gamtos procesų ryšiai buvo tokio pat pobūdžio kaip dabar. Pvz., tundros augalų žiedadulkės, randamos Lietuvos teritorijoje esančiose nuosėdinėse uolienose, kurių amžius 12 000 m., leidžia manyti, kad klimatas tuomet buvo vėsesnis nei dabar, panašus į šiandieninės tundros klimatą. Atliekant globalias paleoklimatines rekonstrukcijas dažniausiai remiamasi nuosėdinių uolienų kompleksais, dengiančiais visą Žemės rutulį. Nuosėdinių uolienų kloduose pagal klimato ypatybes skiriasi uolienų suirimas joms dūlėjant, dūlėjimo produktų pasiskirstymas ir jų rūšys. Pvz., drėgno ir šilto klimato srityse, kuriose dūlėjimo procesas intensyvus, susidarė kvarcinio smėlio ir geležingo molio nuogulos, boksitų, anglies, dolomito, fosforitų ir geležies rūdos klodai, o sausame klimate nuosėdinių uolienų susidarymą lemia stipri Saulės spinduliuotė, dideli paros temperatūros svyravimai, drėgmės trūkumas, menkas paviršinis ir gruntinis nuotėkis. Čia aptinkama tik skurdžios augalijos liekanų, bet gausu kalkių ir gipso, uolienų nuolaužos stambios, išlikę dūlėjimui neatsparių mineralų, būdingi vėjo supustyti dariniai – kopos, barchanai, liosai, randama geležies ir mangano oksidų. Vandens ir oro temperatūrą dar galima nustatyti tiriant stabiliųjų deguonies izotopų (16O ir 18O) santykį koralų skeletuose ir kriauklėse, randamose vandenynų dugno nuosėdose. Šis metodas t. p. taikomas nustatant kritulių temperatūrą formuojantis ledynams. Lede galima rasti informacijos dar ir apie atmosferos dujinę sudėtį, vėjo greitį, vulkanizmą, Saulės aktyvumą, miškų gaisrus ir daug kitų rodiklių. Kitame tyrimo etape nustatomas praeities klimato indikatorių (pvz., nuosėdinių uolienų kompleksų, ledo sluoksnių, augalų bei gyvūnų liekanų) amžius. Instrumentinių meteorologinių matavimų laikotarpiu informacija apie klimato būklę gaunama atliekant meteorologinius matavimus tūkstančiuose sausumos ir jūrinių meteorologijos stočių, laivuose, lėktuvuose, aerologijos ir radiolokacijos stotyse, t. p. – iš dirbtinių Žemės palydovų. Visa tai sudaro Pasaulinės meteorologijos organizacijos Globalią klimato stebėjimo sistemą (angl. Global Climate Observing System).
Klimato stebėjimo sistema
Globali klimato stebėjimo sistema aprėpia daugybę gamtinės aplinkos rodiklių atmosferoje (temperatūra prie Žemės paviršiaus ir įvairiuose aukščiuose, krituliai, slėgis, spinduliuotės balansas, vėjo kryptis ir greitis, vandens garai, debesuotumas, oro sudėtis – šiltnamio efektą sukeliančios dujos);
vandenyne (temperatūra įvairiuose gyliuose, spinduliuotės balansas, druskingumas, vandens lygis, bangavimas, leduotumas, srovės, spalva ir skaidrumas, CO2, maistingosios medžiagos, fitoplanktonas);
sausumoje (grunto temperatūra įvairiuose gyliuose, sezoninis ir amžinasis įšalas, upių ir ežerų vandens lygis ir užterštumas, vandens naudojimas, sniego ir ledo dangos, spinduliuotės balansas, albedas, danga – augalijos ir žemėnaudos tipas; fotosintezėje dalyvaujanti spinduliuotė, biomasė ir gaisringumas).
Šiai sistemai priklauso ir pasauliniai duomenų centrai (angl. The World Data Centers, WDC). 2019 12 šalių (Jungtinėse Amerikos Valstijose, Kanadoje, Rusijoje, Japonijoje, Vokietijoje, Italijoje ir kitose) yra 52 duomenų centrai. Šie centrai kaupia, apdoroja, analizuoja ir platina įvairius meteorologinius, Saulės, geofizinius, ekologinius, biosferos ir žmonių veiklos duomenis. Duomenų laiko skiriamoji geba – nuo sekundės iki tūkstantmečių. Remiantis šiais duomenimis, vykdoma ne tik klimato, bet ir kitų geosferos komponentų stebėsena. Pvz., nustatyta, kad globali oro temperatūra nuo 1880 pakilo apie 1,1 °C. Pirminę visų klimato duomenų apdorojimo grandį sudaro 188 nacionaliniai meteorologijos centrai (meteorologijos tarnybos). Klimato kaitai modeliuoti ir prognozuoti naudojami patys galingiausi pasaulio superkompiuteriai.
globali oro temperatūra 1880–2018 (Nacionalinės vandenynų ir atmosferos tyrimų administracijos duomenimis)
Lietuvoje klimato tyrimus atlieka Vilniaus universiteto Geomokslų institutas, Gamtos tyrimų centras, Lietuvos energetikos instituto Hidrologijos laboratorija, Klaipėdos universitetas ir Lietuvos hidrometeorologijos tarnyba prie Aplinkos ministerijos.
klimato kaita – gyvybiškai svarbūs planetos ženklai
2
1Pasaulinės meteorologijos organizacijos ir Tarpvyriausybinės klimato kaitos komisijos duomenimis
1163