Кіріспе

Климат элементтерінің статистикалық таралуының ұзақ мерзімге созылатын өзгеруі, Жердің орташа температурасының адам әрекетінен туындаған көтерілуі және оның салдары.

Климаттың өзгергіштігі – жекелеген ауа райы құбылыстарынан ұзаққа созылатын климаттың барлық түрлі өзгерістерін қамтиды, ал климаттың өзгеруі термині әдетте ондаған жылдар немесе одан да ұзаққа созылатын өзгерістерге ғана қатысты қолданылады. Климаттың өзгеруі Жер тарихының кез келген уақытына қатысты болуы мүмкін, бірақ қазіргі кезде бұл термин көбінесе заманауи климаттың өзгеруін сипаттау үшін қолданылады, оны көпшілік «жаһандық жылыну» деп те атайды. Өнеркәсіптік революциядан бері климат адам қызметінің нәтижесінде күрт өзгеріске ұшырауда. Климат жүйесі энергияның көбісін күннен алады және оны ғарышқа сәулелендіреді. Жүйеге келіп түсетін және жүйеден шығатын энергияның тепе-теңдігі және энергияның климат жүйесі арқылы өтуі – Жердің энергия бюджеті. Егер келіп түсетін энергия шығып жатқан энергиядан көп болса, Жердің энергия бюджеті оң болады және климат жүйесі жылынады. Ал егер шығып жатқан энергия көп болса, энергия бюджеті теріс болады және Жер суынады. Жердің климат жүйесі арқылы қозғалатын энергия ауа райы арқылы көрінеді, ол географиялық кеңістік пен уақыт бойынша өзгеріп отырады. Аймақтағы ауа райының ұзақ мерзімді орташа көрсеткіштері мен өзгергіштігі сол аймақтың климатын құрайды. Мұндай өзгерістердің себебі «ішкі өзгергіштік» болуы мүмкін, яғни климат жүйесінің әртүрлі бөліктеріне тән табиғи процестер энергияның таралуын өзгертеді. Мысалға, Тынық мұхитындағы онжылдық осцилляция және Атлантика мұхитындағы көпжылдық осцилляция сияқты мұхит бассейндеріндегі өзгергіштіктерді келтіруге болады. Климаттың өзгергіштігі сыртқы факторлардың әсерінен де туындауы мүмкін, яғни климат жүйесінің құрамына кірмейтін сыртқы оқиғалар жүйе ішінде өзгерістерге алып келеді. Мысалы, күн сәулесінің өзгеруі мен жанартаулық белсенділік. Климаттың өзгеруі теңіз деңгейінің өзгеруіне, өсімдіктер мен жануарлардың жоғалуына әсер етеді, сондай-ақ адам қоғамына да әсерін тигізеді.

Терминология

Климаттың өзгергіштігі – климаттың орташа жағдайы және басқа да сипаттамаларының (мысалы, ауа-райының ең жоғары немесе ең төменгі шегіне жету мүмкіндігі сияқты) "жекелеген ауа-райы құбылыстарынан тыс, барлық кеңістіктік және уақыттық масштабтардағы" өзгерістерді сипаттау үшін қолданылатын термин. Өзгергіштіктің кейбір бөлігі белгілі жүйелермен байланысты емес сияқты көрінеді және көздейсоқ уақытта пайда болады. Мұндай өзгергіштік кездейсоқ өзгергіштік немесе шу деп аталады. Ал, кезеңдік өзгергіштік салыстырмалы түрде тұрақты және белгілі бір өзгергіштік түрлерінде немесе климаттық үлгілерде байқалады. Климаттың өзгеруі термині көбінесе антропогендік климаттың өзгеруіне қатысты қолданылады. Антропогендік климаттың өзгеруі адам қызметінің нәтижесінде туындайды, ал климаттың өзгеруіне Жердің табиғи процестері себеп болуы мүмкін. 1988 жылы жаһандық жылыну кеңінен танымал термин болды, бірақ ғылыми журналдарда жаһандық жылыну жер беті температурасының жоғарылауын білдіреді, ал климаттың өзгеруі жаһандық жылынуды және парниктік газдар деңгейінің артуына байланысты болатын барлық басқа да құбылыстарды қамтиды. Әлемдік метеорологиялық ұйым (WMO) 1966 жылы 10 жылдан асатын уақыт аралығындағы климаттың барлық түрлерін, себептеріне қарамастан, қамтитын "климаттық өзгеріс" деген ұқсас терминді ұсынды. 1970 жылдары климаттың өзгеруі термині климаттық өзгеріс терминін ығыстырып, антропогендік себептерге назар аударды, себебі адамның қызметі климатты күрт өзгертуге қабілетті екені анықталды.

Себептер

Ең кең ауқымда, Күннен энергияның түсу жылдамдығы және оның ғарышқа таралу жылдамдығы Жердің тепе-теңдік температурасы мен климатын анықтайды. Бұл энергия желдер, мұхит ағыстары және басқа да механизмдер арқылы бүкіл дүние жүзіне таралып, түрлі аймақтардың климатына әсер етеді. Климатты қалыптастыратын факторлар климаттық күштер немесе "күштер механизмі" деп аталады. Оларға күн сәулесінің өзгеруі, Жер орбитасының өзгеруі, континенттердің, атмосфера мен мұхиттардың альбедосының немесе шағылыстыру қабілетінің өзгеруі, таулардың пайда болуы және континенттердің қозғалысы, сондай-ақ жылыжай газдарының концентрациясының өзгеруі сияқты процестер жатады. Сыртқы күштер антропогендік (мысалы, жылыжай газдары мен шаңның артуы) немесе табиғи (мысалы, күн сәулесінің өзгеруі, Жер орбитасы, жанартаулардың атқылауы) болуы мүмкін. Климаттың өзгеруіне әкелетін кері байланыстар бар, олар бастапқы күшті күшейтуі немесе әлсіретуі мүмкін. Сонымен қатар, егер осы шектерден асып кетсе, жылдам немесе қайта алмас өзгерістерге ұшырататын маңызды шегаралар бар. Климат жүйесінің кейбір бөліктері, мысалы, мұхиттар мен мұздықтар, климаттық күштерге баяу, ал басқалары жылдам жауап береді. Жанартау атқаннан кейін атмосфераның салқындауы – жылдам өзгеріске мысал, онда жанартау күлі күн сәулесін шағылыстырады. Атмосфераның жылынуынан кейін мұхит суының жылулық кеңеюі баяу болады және мыңдаған жылдарға созылуы мүмкін. Бірнеше фактордың қатысуы да мүмкін, мысалы, теңіз мұзының еруінен Арктика мұхитында альбедоның кенеттен төмендеуі, одан кейін судың біртіндеп жылулық кеңеюі. Климаттың өзгеруі ішкі процестердің нәтижесінде де болуы мүмкін. Ішкі, сыртқы күштерге тәуелді емес процестер көбінесе мұхит пен атмосферадағы энергияның таралуындағы өзгерістерді қамтиды, мысалы, термохалиндік айналымдағы өзгерістер.

Ішкі өзгергіштігі

Ішкі өзгергіштіктен туындаған климаттық өзгерістер кейде циклдар немесе тербелістер түрінде жүреді. Табиғи климаттың басқа да түрлеріндегі өзгерістерді болжау мүмкін емес, мұндай өзгерістер кездейсоқ немесе стохастикалық деп аталады. Климаттық тұрғыдан қарағанда, ауа райы кездейсоқ болып есептелуі мүмкін. Егер белгілі бір жылы бұлттар аз болса, энергия теңгерімсіздігі туындайды және мұхиттар артық жылуды сіңіре алады. Климаттың инерциясына байланысты, бұл сигнал мұхитта "сақталып", бастапқы ауа райының бұзылуына қарағанда ұзақ уақыт аралығындағы өзгергіштік ретінде көрініс табуы мүмкін. Егер ауа райының бұзылуы толығымен кездейсоқ, "ақ шу" сияқты болса, мұздықтардың немесе мұхиттардың инерциясы оны климаттың өзгеруіне айналдыра алады, онда ұзақ мерзімді тербелістері үлкен болады. Бұл құбылыс "қызыл шу" деп аталады. Көптеген климаттық өзгерістерде кездейсоқ және циклдық ерекшеліктер бар. Бұл мінез-құлық стохастикалық резонанс деп аталады. 2021 жылғы Нобель сыйлығының жартысы физика саласындағы жұмысы үшін Клаус Хассельманға және климатты модельдеудегі жұмысы үшін Сюкуро Манабеге бірлесіп берілді. Ал Джорджио Паризи, серіктестерімен бірге стохастикалық резонанс тұжырымын енгізген, сыйлықтың екінші жартысын алды, бірақ негізінен теориялық физика саласындағы еңбектері үшін.

Мұхит-атмосфераның өзгергіштігі

Мұхит пен атмосфера бірлесіп, бірнеше жылдан ондаған жылға дейін сақталып тұра алатын ішкі климаттың өзгергіштігін спонтанды түрде тудыра алады. Бұл өзгерістер терең мұхит пен атмосфера арасындағы жылудың қайта таралуы немесе бұлттардың, су буының және теңіз мұзының таралуын өзгерту арқылы Жердің жалпы энергия балансына әсер етіп, жаһандық орташа беттік температураға өзгеріс енгізеді.

Теңіз ағыстарының өзгеруі

Климаттың өзгермелілігінің мұхиттық аспектілері ғасырлық мерзімде өзгермелілікті тудыра алады, себебі мұхиттың массасы атмосферадан жүздеген есе артық, сондықтан оның жылулық инерциясы өте жоғары. Мысалы, термохалиндік айналым сияқты мұхит процестеріндегі өзгерістер әлемдік мұхиттардағы жылуды қайта бөлуде маңызды рөл атқарады. Океан ағымдары жылы тропикалық аймақтардан суық полярлық аймақтарға көп мөлшерде энергия тасымалдайды. Соңғы мұз дәуірінде (техникалық терминде – соңғы мұздық кезеңде) болған өзгерістер Солтүстік Атлантикадағы айналымның күрт және айтарлықтай өзгеруі жаһандық климаттың өзгеруіне алып келуі мүмкін екенін көрсетеді, тіпті климат жүйесіне келіп түсетін энергияның жалпы көлемі көп өзгермесе де. Мұндай үлкен өзгерістер Генрих оқиғалары деп аталатын құбылыстардан туындаған болуы мүмкін, онда мұз қабаттарының ішкі тұрақсыздығы нәтижесінде үлкен мұз таулары мұхитқа түсіп, еріген. Мұз қабаттарының еруінен пайда болатын су өте аздап тұзды және суық болады, бұл айналымда өзгерістерге себеп болады.

Парниктік газдар

Биосферадан бөлінген парниктік газдар көбінесе кері байланыс немесе ішкі климаттық процесс ретінде қарастырылса, жанартаулардан бөлінген парниктік газдар климаттанушылармен әдетте сыртқы факторлар ретінде жіктеледі. Метан, азот оксиді сияқты парниктік газдар инфрақызыл сәулелерді сіңіріп алып, климаттық жүйені қыздырады. Жанартаулар сонымен қатар кеңейтілген көміртегі айналымының бір бөлігі болып табылады. Өте ұзақ (геологиялық) уақыт кезеңдерінде олар Жер қыртысы мен мантиясынан көмірқышқыл газын шығарып, шөгінді тау жыныстары және басқа геологиялық көмірқышқыл газды сіңіретін орындардың әсерін теңестіреді. Өнеркәсіптік революциядан бері адамзат қалдық отынды жағудан CO2 шығару арқылы, орманды жою арқылы жерді пайдалануды өзгерту арқылы парниктік газдардың мөлшерін арттырып, сондай-ақ аэрозольдер (атмосферадағы бөлшектер), із газдардың (мысалы, азот оксидтері, көміртек оксиді немесе метан) шығарылуы арқылы климатты өзгертіп келді. Жерді пайдалану, озон қабатының бұзылуы, мал шаруашылығы (сиыр сияқты кеулесі бар жануарлар метан шығарады) және орманның жойылуы сияқты басқа да факторлар да маңызды рөл атқарады. АҚШ Геологиялық қызметінің бағалауынша, жанартаулардан болатын шығарындылар қазіргі адам қызметінің әсерінен әлдеқайда төмен, адамның қызметінен шығарылатын көмірқышқыл газ мөлшері жанартаулардан шығарылатын мөлшерден 100-300 есе артық. Адамның іс-әрекеті нәтижесінде шығарылатын жылдық мөлшер, соңғы рет 74 000 жыл бұрын Индонезиядағы Тоба жанартауында болған сияқты, аса күшті жарылыстардан шығарылатын мөлшерден де көп болуы мүмкін.

Орбиталық өзгерістер

Жер қозғалысының шамалы өзгеруі жер бетіне жететін күн сәулесінің маусымдық таралуына және оның бүкіл жер шары бойынша таралуына өзгерістер әкеледі. Жылдық орташа күн сәулесінің ауданында өте аз өзгеріс байқалады, бірақ географиялық және маусымдық таралуда айқын өзгерістер болуы мүмкін. Кинематикалық өзгерістердің үш түрі бар: Жердің эксцентриситеті, Жердің айналу осінің бұрышының өзгеруі және Жер осінің прецессиясы. Бұл факторлардың біріккен әсерінен Миланкович циклдары пайда болады, олар климатқа әсер етеді және мұздық және мұз аралық кезеңдермен, сондай-ақ Сахараның кеңеюі мен қысылуымен байланысты.

Мұздық циклдар кезінде концентрация мен температура арасында тығыз байланыс болды. Алғашқы зерттеулер көрсеткендей, концентрация температурадан кейін қалады, бірақ бұл әрқашан осылай бола бермейді. Мұхит температурасы жоғарылағанда, оның ерігіштігі төмендеп, нәтижесінде ол мұхиттан шығарылады. Ауа мен мұхит арасындағы алмасу климаттың басқа да өзгерістерінен де әсер етуі мүмкін. Осы және өзін-өзі күшейтетін басқа да процестер Жер қозғалысындағы шағын өзгерістердің климатқа елеулі әсер етуіне мүмкіндік береді, сондай-ақ ұзақ мерзімді модуляцияларға да ықпал етеді. Күн дақтары мен климат арасындағы байланыс өте нашар. Шамамен үш-төрт миллиард жыл бұрын Күн бүгінгідей қуаттың тек 75% -ын ғана шығарды. Егер атмосфераның құрамы қазіргідей болғанда, жер бетінде сұйық су болуы мүмкін емес еді. Дегенмен, ертедегі Жерде судың бар екенін көрсететін дәлелдер бар, Гадей және Архей кезеңдерінде. Бұл парадокстың шешімі ретінде қазіргіге қарағанда парниктік газдардың концентрациясы жоғары, мүлдем басқа атмосфера болуы мүмкін. Соңғы шамамен 4 миллиард жыл ішінде Күннің энергия шығаруы артты. Ал келесі 5 миллиард жыл ішінде Күннің қызыл алып жұлдызға, содан кейін ақ ерге айналуы климатқа зор әсер етеді, ал қызыл алып фазасы сол уақытқа дейін тірі қалған Жердегі барлық тіршіліктің жойылуына әкелуі мүмкін.

Жанартаулық

Жердің климатына 1 жылдан астам әсер ететіндей ірі деп саналатын жанартаулық жарылыстар – 100 000 тоннадан астам SO2 стратосфераға жіберілген жарылыстар. Бұл SO2 мен сульфат аэрозольдерінің оптикалық қасиеттеріне байланысты, олар күн сәулесін күшті сіңіріп немесе шашыратып, күкірт қышқылының жаһандық бұлтының қалыптасуына себеп болады. Орташа есеппен, мұндай жарылыстар ғасырға бірнеше рет орын алып, бірнеше жылға дейін салқындату әсерін (күн сәулесінің Жер бетіне жеткенін ішінара тоқтату арқылы) тудырады. Жанартаулар техникалық тұрғыдан литосфераның бөлігі болғанымен, ол өзі климаттық жүйенің құрамына кіреді, бірақ IPCC вулканизмді сыртқы күштік фактор ретінде нақты анықтайды. Тарихи жазбалардағы маңызды жарылыстардың қатарында – 1991 жылғы Пинатубо тауының жарылысы, ол үш жылға дейін жаһандық температураны шамамен 0,5°C (0,9°F) төмендетті, сондай-ақ 1815 жылғы Тамбора тауының жарылысы, салдарынан «Жазсыз жыл» болды. Көлемді масштабта – 50-100 миллион жылға бірнеше рет – ірі магмалық провинциялардың жарылысы мантиден және литосферадан үлкен мөлшерде магмалық тау жыныстарын Жер бетіне шығарады. Содан кейін тау жыныстарындағы көмірқышқыл газы атмосфераға бөлінеді. Шағын жарылыстар, егер стратосфераға 0,1 млн тоннадан кем күкірт диоксиді жіберілсе, температура өзгерістері табиғи ауытқулармен салыстырылатындықтан атмосфераға айтарлықтай әсер етпейді. Дегенмен, кішігірім жарылыстардың жиілігі жоғары болғандықтан, олар да Жер атмосферасына маңызды әсер етеді.

Плиталар тектоникасы

Миллиондаған жылдар бойы тектоникалық тақталардың қозғалысы жер бетіндегі және мұхиттардағы аумақтарды қайта құрылымдайды және жер бедерін қалыптастырады. Бұл жаһандық және жергілікті климат үлгілеріне, сондай-ақ атмосфера мен мұхит айналысына әсер етуі мүмкін. Континенттердің орналасуы мұхиттардың геометриясын анықтайды, демек мұхит ағындарының үлгілеріне ықпал етеді. Теңіздердің орналасуы бүкіл әлем бойынша жылу мен ылғалдың таралуын бақылауда маңызды, сондықтан жаһандық климатты анықтаудағы рөлі зор. Тектоникалық қызмет мұхит айналымын бақылаудың жақын заманғы мысалы – шамамен 5 миллион жыл бұрын Панама мойынының пайда болуы, ол Атлантика және Тынық мұхиттары арасындағы тікелей араласуды тоқтатты. Бұл қазіргі Гальфстрімнің мұхит динамикасына күшті әсер етті және Солтүстік жарты шарда мұз қабатының пайда болуына себеп болған болуы мүмкін. Көміртек дәуірінде, шамамен 300-360 миллион жыл бұрын, тектоникалық плиталар көміртегінің ірікөлдемді сақталуына және мұз басудың күшеюіне ықпал еткен болуы мүмкін. Геологиялық деректер Пангея суперконтиненті тұсында "мегамонсондық" айналым үлгісіне нұсқайды, ал климаттық модельдеу көрсеткендей, суперконтиненттің болуы муссондардың қалыптасуына жағдай жасаған. Континенттердің мөлшері де маңызды. Мұхиттың температураны тұрақтандыру әсерінен, жағалау аймақтарындағы жылдық температура өзгерісі ішкі аймақтарға қарағанда әдетте төмен болады. Сондықтан үлкен суперконтинентте климаты күрт маусымдық болатын аумақ, бірнеше кіші континенттер мен аралдарға қарағанда көп болады.

Басқа механизмдер

Космикалық сәулелер деп аталатын иондалған бөлшектер бұлт жамылғысына және осы арқылы климатқа әсер етуі мүмкін деген болжам бар. Күн Жерді осы бөлшектерден қорғайтындықтан, күн белсенділігінің өзгеруі климатқа жанама түрде де әсер етуі мүмкін деп жорамалданды. Бұл жорамалды тексеру үшін CERN CLOUD экспериментін жасады, ол көрсеткендей, ғарыш сәулелерінің әсері климатқа айтарлықтай әсер ету үшін тым әлсіз. 66 миллион жыл бұрын Чиксулуб астероидінің Жерге түсуі Жердің климатына күшті әсер еткеніне дәлелдер бар. Үлкен мөлшерде сульфат аэрозольдері атмосфераға таралып, жаһандық температураны 26 °C-қа дейін төмендетіп, 3–16 жылға дейін суық температураны тудырды. Бұл оқиғадан кейін қалпына келгенге 30 жылдан астам уақыт кетті. Ядролық қаруды кең ауқымда қолданудың климатқа тигізетін әсері де зерттелді. Гипотеза бойынша, ірі өрттерден шыққан күйе бір жылға дейін күн сәулесінің маңызды бөлігін тосып, бірнеше жылға температураның күрт төмендеуіне алып келеді. Бұл мүмкін болатын оқиға ядролық қыс деп аталады. Адамның жерді пайдалануы, жер бетінің қаншалықты күн сәулесін шағылыстыратынына және шаңның концентрациясына әсер етеді. Бұлттың қалыптасуына ауадағы су мөлшері мен температура ғана емес, сонымен қатар шаң сияқты аэрозольдердің мөлшері де әсер етеді. Жалпы алғанда, құрғақ топырақтары, азын өсімдіктері және күшті желдері бар көптеген аймақтар болса, онда көбірек шаң пайда болады.

Климаттың өзгеруін дәлелдеу және өлшеу

Палеоклиматология – Жер тарихының барлық кезеңінде климаттың өзгеруін зерттейтін ғылым. Ол тау жыныстары, шөгінділер, мұздықтар, ағаш сақиналары, маржандар, қабықшалар және микрофоссилдер сияқты нәрселерде сақталған мәліметтерді алу үшін Жер және тіршілік ғылымдарының түрлі аралық әдістерін пайдаланады. Содан кейін ол осы мәліметтерді Жердің әртүрлі климат аймақтарының және атмосфералық жүйенің бұрынғы күйін анықтау үшін қолданады. Тікелей өлшемдер климаттың өзгеруін толық көрініс береді.

Тікелей өлшеулер

Климаттық өзгерістер, өлшеу құралдарының кеңінен қолданылуынан кейін пайда болған, тікелей байқауға болады. Жер бетіндегі температураның салыстырмалы толық жазбалары 19 ғасырдың ортасынан бастап қолжетімді. Ал қосымша мәліметтер тарихи құжаттардан жанама түрде алынады. Спутниктік бұлт және жауын-шашын деректері 1970 жылдан бері бар. Тарихи климатология – климаттың тарихи өзгерістерін және олардың адамзат тарихы мен дамуына тигізген әсерін зерттейтін ғылым. Басты дереккөздерге сагалар, жылнамалар, карталар және жергілікті тарих әдебиеті сияқты жазбалар, сондай-ақ суреттер, салынған суреттер және тіпті тас суреттері сияқты бейнелеулер кіреді. Жақын арадағы климаттың өзгеруі елді мекендер мен егіс алқаптарының өзгерісінен туындауы мүмкін. Археологиялық куәліктер, ауызша тарих және тарихи құжаттар өткендегі климаттың өзгерісі туралы мәлімет бере алады. Климаттың өзгеруі түрлі өркениеттердің өркендеуімен және құлдырауымен байланысты. Құрғақшылық, жауын-шашынның жетіспеуі немесе қолайсыз температуралар ағаштардың өсу қарқынын өзгерте алады, бұл ғалымдарға ағаш сақиналарының өсу қарқынын талдау арқылы климаттық тенденцияларды анықтауға мүмкіндік береді. Осы ғылым саласы дендроклиматология деп аталады. Мұздықтар өздерінен кейін көптеген материалдарды қалдырады, олардың ішінде органикалық заттар, кварц және калий бар, олар мұздықтың жылжу және шегіну кезеңдерін тіркеп алады. Антарктика мұздықтары сияқты мұздықтардан алынған мұз ядроларын талдау температура мен жаһандық теңіз деңгейінің өзгеруі арасындағы байланысты көрсетуге болады. Мұздағы көпіршіктердегі ауа атмосферадағы көмірқышқыл газының (CO2) өзгеруін де көрсетеді, тіпті қазіргі заманғы экологиялық факторлардың әсерінен бұрынғы алыс өткендегі өзгерістерді де. Мұз ядроларын зерттеу мыңжылдықтар бойы көмірқышқыл газының өзгеруінің маңызды көрсеткіші болды және ежелгі және қазіргі атмосфералық жағдайлардың айырмашылықтары туралы құнды ақпарат беруді жалғастыруда. Алшақ өткендегі мұхит температурасын анықтау үшін қолданылатын кальцит пен мұз ядросының үлгілеріндегі 18O/16O арақатынасы температураны анықтаудың прокси-әдісінің мысалы болып табылады. Өсімдіктердің қалдықтары, әсіресе тозаң, климаттың өзгеруін зерттеу үшін де қолданылады. Өсімдіктердің таралуы әртүрлі климаттық жағдайларда өзгереді. Әртүрлі өсімдік топтарында тозаңның ерекше пішіні мен беттік текстурасы болады, ал тозаңның сыртқы қабығы өте берік материалдан жасалғандықтан, ол ыдырауға төзімді. Шөгінділердің әртүрлі қабаттарында табылған тозаң түрлерінің өзгеруі өсімдіктер қауымдастықтарының өзгеруін көрсетеді. Бұл өзгерістер көбінесе климаттың өзгеруінің белгісі болып табылады. Мысалы, тозаңды зерттеулер төртінші мұз дәуірінде және әсіресе соңғы мұздық максимумнан бері өсімдіктердің өзгеру үлгілерін анықтау үшін пайдаланылды. Құрт-құмырсқалардың қалдықтары тұщы су және құрлық шөгінділерінде жиі кездеседі. Құрт-құмырсқалардың әртүрлі түрлері әртүрлі климаттық жағдайларда кездеседі. Мыңжылдықтар бойы генетикалық құрамы айтарлықтай өзгермеген құрт-құмырсқалардың кең эволюциялық тарихын, түрлердің қазіргі климаттық ауқымын және қалдықтар табылған шөгінділердің жасын ескере отырып, өткен климаттық жағдайларды болжауға болады.

Талдау және белгісіздіктер

Климат циклдарын анықтаудағы бір қиындық – Жер климаты палеоклиматологиялық уақыт өлшемдерінің көп бөлігінде циклдық емес түрде өзгереді. Қазіргі таңда адамның қызметінен туындаған жаһандық жылыну кезеңіндеміз. Ұзақ мерзімді қарастырғанда, Жер соңғы мұз дәуірінен шығып, голоцендік климаттық максимумнан суып, «кішкентай мұз дәуірінен» жылынуда. Яғни, климат соңғы 15 000 жылға жуық уақыт бойы үздіксіз өзгеріп келеді. Жылы кезеңдерде температураның өзгеру амплитудасы көбінесе төмен болады. Мұз басулармен сипатталатын плейстоцен кезеңі, миоцен және плиоцен климатының салыстырмалы түрде тұрақты жағдайларынан қалыптасқан. Голоцен климаты салыстырмалы түрде тұрақты болды. Бұл барлық өзгерістер климаттағы циклдық үлгілерді іздеуді күрделендіреді. Жер-теңіз-атмосфера жүйесіндегі оң кері байланыс, теріс кері байланыс және экологиялық инерция орбиталық факторлар, күннің өзгеруі немесе жылыжай газдары концентрациясының өзгеруі сияқты кішігірім әсерлерді әлсіретеді немесе кері қайтарады. Бұлттар сияқты процестерге қатысты кейбір кері байланыстар да белгісіз; кондентрациялық іздер, табиғи циррус бұлттары, мұхиттық диметил сульфиді және құрлықтағы оларға баламалы түрлері үшін климат температурасына әсері туралы әртүрлі теориялар бар, мысалы, Ирис гипотезасы мен CLAW гипотезасы қарама-қарсы тұр.

Өсімдіктер

Климаттың өзгеруіне байланысты өсімдіктердің түрі, таралуы және жабыну аймағы өзгеріп қана қоймай, жаңаруы мүмкін. Климаттың кейбір өзгерістері жауын-шашын мөлшерінің және температураның артуына алып келуі мүмкін, бұл өсімдіктердің өсу жағдайын жақсартады және ауадағы CO2-нің кейіннен сіңірілуіне ықпал етеді. CO2 деңгейінің жоғарылауы өсімдіктерге пайдалы болғанымен, кейбір факторлар осы пайданы азайтуы мүмкін. Құрғақшылық сияқты қоршаған ортаның өзгеруі болған жағдайда, CO2 концентрациясының артуы өсімдікке ешқандай пайда әкелмейді. Осылайша, климаттың өзгеруі CO2 эмиссиясын арттырса да, өсімдіктер осы артуды толыққанды пайдалана алмайды, себебі басқа да экологиялық факторлар оларға қысым түсіреді. Дегенмен, CO2-нің сіңірілуі өсімдік қалдықтарының ыдырау жылдамдығы сияқты көптеген табиғи циклдардың қарқынына әсер етеді деп күтілуде. Аймақтағы температураның біртіндеп жоғарылауы гүлдеу және жеміс беру мерзімдерінің ертерек басталуына алып келеді, бұл тәуелді организмдердің тіршілік циклінің уақытын өзгертеді. Керісінше, суық температура өсімдіктердің биоциклдерін тежеуі мүмкін. Алайда, үлкен, жылдам немесе күрт өзгерістер белгілі бір жағдайларда өсімдіктерге стресс туғызып, олардың тез жоғалуына және шөлге айналуына әкелуі мүмкін. Мұның мысалы ретінде 300 миллион жыл бұрын болған Көміртек дәуіріндегі жаңбырлы орманның құлдырауы (CRC) оқиғасын қарастыруға болады. Осы кезеңде Еуропа мен Американың экваторлық аймағын алып жаңбырлы ормандар жапқан. Климаттың өзгеруі осы тропикалық жаңбырлы ормандарды жойқылыққа ұшыратып, олардың ареалдарын оқшауланған "аралдарға" бөліп, көптеген өсімдік және жануар түрлерінің жойылуына себеп болды. Климаттың тез немесе күрт өзгеруі, тіршілік иелері бейімделуге тым қиындық тартқан жағдайда, жаппай жойылуға әкелуі мүмкін.

Адамзат

Майя сияқты бұрынғы өркениеттердің құлауы жауын-шашын циклдарымен, әсіресе құрғақшылықпен байланысты болуы мүмкін, бұл мысалда Батыс жарты шардың жылы су бассейнімен де сәйкес келеді. Шамамен 70 000 жыл бұрын Тоба супервулканының жарылуы мұз дәуірінде ерекше суық кезеңді тудырып, адам популяцияларындағы генетикалық тартылуға себеп болуы мүмкін.

Мұздықтар мен мұздықтар

Мұздықтар климаттың өзгеруінің ең сезімтал көрсеткіштері саналады. Олардың мөлшері қардың түсуі мен ерудің арақатынасымен анықталады. Температураның көтерілуіне байланысты, егер қар жауын-шашынның артуы қосымша еруді толықтырмаса, мұздықтар шегінеді. Мұздықтардың өсуі мен азаюы табиғи өзгергіштік пен сыртқы факторлардың әсерінен болады. Температура, жауын-шашын және су режимінің өзгеруі белгілі бір маусымда мұздықтың қалыптасуына күшті әсер етеді. Плиоценнің ортасынан кейінгі кезеңнен бастап (шамамен 3 миллион жыл бұрын) ең маңызды климаттық процестер – мұздық және мұз аралық циклдар. Қазіргі мұз аралық кезең (Голоцен) шамамен 11 700 жылдан бері жалғасуда. Жер серпілісінің өзгеруіне байланысты континенттік мұз қабаттарының көтерілуі мен төмендеуі, теңіз деңгейінің айтарлықтай өзгеруі климаттың қалыптасуына ықпал етті. Дегенмен, Генрих оқиғалары, Дансгаард-Оешгер оқиғалары және Жас Дриас сияқты басқа өзгерістер мұздықтардың өзгеруі орбиталық факторларсыз да климатқа қалай әсер ете алатынын көрсетеді.

Теңіз деңгейінің өзгеруі

Соңғы мұздық максимум кезінде, шамамен 25 000 жыл бұрын, теңіз деңгейі бүгінгіден шамамен 130 метр төмен болған. Одан кейінгі мұздың еріуі теңіз деңгейінің қарқынды өзгеруімен сипатталды. Плиоценнің басында жаһандық температура қазіргі температурадан 1–2˚C жоғары болған, дегенмен теңіз деңгейі бүгінгіден 15–25 метр жоғары болған.

Теңіз мұзы

Теңіз мұзы Жердің климатында маңызды рөл атқарады, себебі ол Жерден шағылысатын күн сәулесінің жалпы көлеміне әсер етеді. Бұрын Жердің мұхиттары бірнеше рет теңіз мұзымен толық жабылған, Жер «Қар шары Жер» күйінде болған, ал жылы климат кезеңдерінде мұзсыз жағдайлар болған. Әлемдік деңгейде, әсіресе тропиктер мен субтропиктерде теңіз мұзының көп болуы климаттың сыртқы факторларға сезімталдығын арттырады, өйткені мұз-альбедо кері байланысы өте күшті.

Климат тарихы

Әртүрлі климаттық факторлар геологиялық уақыт бойы үнемі өзгеріп отырады, ал Жер температурасының кейбір процестері өзін-өзі реттеуге қабілетті. Мысалы, "Мұзды Жер" кезеңінде үлкен мұздықтар Жердің экваторына дейін созылып, оның дерлік барлық бетін жауып, өте жоғары альбедо өте төмен температураны тудырды. Ал қар мен мұздың жиналуы атмосферадан көмірқышқыл газын шөгіндіру арқылы алып тастады. Алайда, вулкандардан шығатын атмосфералық CO2-ні сіңіретін өсімдік жабыны болмағандықтан, парниктік газ атмосферада жиналуы мүмкін болды. Сонымен қатар, ауа райының әсерінен CO2-ні пайдаланатын силикатты тау жыныстары да кездеспеді. Бұл кейін мұзды ерітіп, Жердің температурасын қайта көтерді.

Палеоэоцендік жылулық максимум

Палеоцен-эоцен термиялық максимумы (PETM) – оқиға кезінде жаһандық орташа температура 5–8 °C-тан артық көтерілген уақыт кезеңі. Бұл климаттық оқиға палеоцен және эоцен геологиялық эпохаларының шекарасында болды. Оқиға барысында күшті парниктік газ болып табылатын метанның көп мөлшері атмосфераға шықты. PETM қазіргі климаттың өзгеруіне қатысты зерттеу нысаны болып табылады, себебі парниктік газдар геологиялық тұрғыдан салыстырмалы түрде қысқа мерзім ішінде бөлінді.

Қазіргі заманғы климаттың өзгеруі және жаһандық жылыну

Адамдардың парниктік газдар шығаруының нәтижесінде, жер бетінің температурасы көтеріле бастады. Глобалды жылыну – қазіргі заманғы климаттың өзгеруінің бір бөлігі, бұл термин жауын-шашын, дауылдардың жолдары және бұлттылықтағы байқалатын өзгерістерді де қамтиды. Осының салдарынан, әлемдегі мұздықтардың айтарлықтай қысқарып жатқаны анықталды. 2002 жылдан бері Антарктида мен Гренландиядағы құрлық мұз жамылғылары массасын жоғалтып келеді, ал 2009 жылдан бастап мұз массасының жоғалуы үдеген. Жер бетіндегі теңіз деңгейі, жылудың кеңеюі және мұздың еруі салдарынан көтерілуде. Соңғы ондаған жылдардағы Арктика мұзының ауданы мен қалыңдығының азаюы – климаттың қарқынды өзгеруінің тағы бір дәлелі.

Өңірлер арасындағы ауытқушылық

Әлемдік климаттың өзгеруімен және уақыт өте келе жаһандық климаттың өзгеруімен қатар, әртүрлі физикалық аймақтарда көптеген климаттық ауытқулар бір уақытта болып жатыр. Мұхиттардың артық жылудың шамамен 90% -ын сіңіруі құрлық бетіндегі температураның теңіз бетіндегі температурадан гөрі жылдам өсуіне әкеліп соқты. Мұндай ерекшеліктер әлемдік бұрылыс нүктелерінің тізбектей оқиғаларын зерттеуге негіз болады.