Földünk nap mint nap hatalmas mennyiségű energiát kap napfény formájában. A napfény körülbelül egyharmadát a felhők, az aeroszolok, valamint a fényes felületek, például a hó és a jég visszatükrözik az űrbe. A többit az óceán, a szárazföld és a légkör elnyeli. A bolygó ezután energiát bocsát ki az űrbe hősugárzás formájában.
Egy olyan világban, amely nem melegszik vagy nem hűl, ezek az energiaáramok egyensúlyban vannak. Egyensúlyi éghajlati állapot esetén a kimenő és a bejövő sugárzási komponensek hosszú idő átlagában globálisan lényegében egyensúlyban vannak, a belső éghajlati változékonyság miatt ezen állapot körül ingadoznak.
Az emberi tevékenység hatására a Föld energiamérlegében az egyensúly megbomlott. Az ettől való eltérés ráadásul a kétezres években nagyobb volt, mint az 1985-1999-es időszakban.
A Föld éghajlata állandó változásban van, azt a rendszeren belül zajló folyamatok és külső kényszerek alakítják. Ugyanakkor kimutatták, hogy az ugrásszerű változásokat az üvegházhatású gázok koncentrációjában történő nagymértékű változások okozták.
Rengeteg plusz energiát raktunk a rendszerbe, és ennek következményei vannak
A sugárzási kényszerrel kifejezhetjük a különböző antropogén és természetes tényezők hatását az energiaáramokra a légkör tetején. A pozitív sugárzási kényszer melegítő, a negatív sugárzási kényszer pedig hűtő hatást okoz. Ezekre a kényszerekre reagálva a rendszer felmelegszik vagy lehűl, hogy helyreállítsa az egyensúlyt a kimenő hősugárzás mennyiségének változtatásával (minél melegebb egy test, annál több sugárzást bocsát ki).
Az emberi tevékenység két alapvető módon járult hozzá az energiaáramok megváltozásához.
- Az üvegházhatást okozó gázok koncentrációjának növekedése következtében a kibocsátott hősugárzásból nagyobb részt nyel el a légkör, ahelyett, hogy az az űrbe kerülne.
- A légszennyező anyagok koncentráció-növekedése megemeli az aeroszolok, például a szulfátok mennyiségét a légkörben. Ez azt eredményezi, hogy a bejövő napfény nagyobb része verődik vissza az aeroszolok miatt és amiatt, mert több felhőcsepp képződik, ami növeli a felhők visszaverő képességét.
Összességében a globális energiamérleg a hetvenes évek óta alig több mint fél watt/négyzetméterrel tér el az egyensúlytól. Ez kicsinek tűnhet, de mivel tartósan fennáll és mert a Föld felszíne nagy, ez az energiatöbblet körülbelül 25-szöröse az emberi társadalom által 1971 és 2018 között felhasznált primer energia mennyiségének.
A Föld hőmérsékletének változása viszont további változásokhoz vezet az éghajlati rendszerben a visszacsatolások által, amelyek vagy felerősítik, vagy tompítják az eredeti hatást. Például a sarkvidéki tengeri jég a Föld felmelegedésével olvad, csökkentve a visszaverődő napfény mennyiségét, és növelve a kezdeti felmelegedést (pozitív, azaz öngerjesztő visszacsatolás). Az éghajlati visszacsatolások közül a legbizonytalanabbak a felhőzet visszacsatolási folyamatai, mivel ezek összetett módon reagálnak a felmelegedésre, egyaránt befolyásolják a hősugárzás kibocsátását és a napfény visszaverődését. Mostanra már egyre biztosabban állíthatjuk azt, hogy a felhők visszacsatolási folyamatai összességében erősítik a felmelegedést.
Ahhoz, hogy a légkör jelenlegi összetétele mellett újra egyensúlyi állapotot érjünk el, a bolygónak fel kellene melegednie annyira, hogy magasabb hőmérsékletének köszönhetően ugyanannyi energiát sugározzon ki, mint amennyi beérkezik. Az energiaegyensúly elérése a csatolt óceán-légkör rendszerben akár néhány ezer évet is igénybe vehet. Ha tehát a légköri szén-dioxid-koncentráció emelkedését megállítjuk, attól a melegedés még nem áll meg (hiszen ezen új koncentrációhoz tartozó egyensúlyi hőmérsékletet kell először elérnie a rendszernek).
Hogyan állíthatjuk helyre az egyensúlyt? Belakatoltuk-e a további hőmérséklet-emelkedést a rendszerbe?
Amint felhagyunk a szén-dioxid-kibocsátással, a felmelegedés többé-kevésbé leáll. Ez azt jelenti, hogy még megválaszthatjuk éghajlati jövőnket.
Miért terjedt el mégis az a nézet, hogy a klímaváltozást már kiengedtük a kezünkből, és bármit teszünk, nem állíthatjuk meg? A félreértés két különböző forgatókönyv összekeveréséből fakad:
- abból, hogy csak annyira csökkentjük a kibocsátást, hogy a szén-dioxid koncentráció a jelenlegi szinten maradjon (ehhez az kell, hogy annyit bocsássunk ki, mint amennyit a természetes nyelők képesek elnyelni),
- vagy pedig ennél tovább megyünk, és elérjük a nettó nulla kibocsátást (mérsékeljük kibocsátásainkat, amennyire csak lehet, a fennmaradó részt pedig kivonjuk a légkörből). Ez utóbbi esetben ugyanis a koncentráció csökkenésnek indul.
Fontos azt is számításba venni, mire vonatkozik a nettó nulla: csak a szén-dioxidra, vagy a többi antropogén üvegházhatású gázra (pl. metán, dinitrogén-oxid), esetleg az aeroszolok (pl. szulfátok) kibocsátására is?
Az „állandósult koncentráció” forgatókönyvek azt mutatták, hogy még további melegedés zajlik a rendszerben, míg az újra sugárzási egyensúlyba nem kerül. Ez további kb. 0,3 °C melegedést jelentene 2200-ra, és még évszázadokig folytatódna a mély óceán lassú melegedésével.
Ez azt jelentené, hogy a 1,5 °C-os határ már nem lenne tartható.
Ellenben a kibocsátások (nettó) nullára csökkentésével a légköri szén-dioxid-koncentráció gyorsan csökkenni kezdene, mielőtt egy alacsonyabb szinten stabilizálódna. Ez a hőmérséklet stabilizálódásával járna együtt.
Viszont minél később érjük el ezt a pontot, annál több olyan visszacsatolási folyamat indulhat meg, amelyek kontrollálására képtelenek vagyunk, és amelyek további melegedést okozhatnak (pl. a permafroszt felolvadása).
Az óceánok súlyos áron mérséklik a tevékenységünket
Kutatások kimutatták, hogy az 1970-es évek óta elnyelt többlet energia elsősorban az óceán (91%), majd a szárazföld felmelegedéséhez (5%), valamint a jégtakarók és gleccserek olvadásához (3%) járult hozzá.
A légkör 1970 óta jelentősen felmelegedett, de a többlet energia mindössze 1%-át nyelte el.
Mivel az óceán – különösen annak felső két kilométere – nyelte el a felesleges energia túlnyomó részét, a mély óceán várhatóan tovább melegszik és tágul akár évszázadokig vagy évezredekig, ami hosszú távú tengerszint-emelkedéshez vezet – még akkor is, ha a légköri üvegházhatású gázok szintje csökkenni kezd. Ez kiegészül az olvadó jégtakarók és gleccserek miatt várható tengerszint-emelkedéssel.
Az éghajlatváltozás hatással lesz az óceánok átlagos hőmérsékletére, az óceáni hőhullámokra, a só- és oldott oxigéntartalomra, a súlyos szélviharokra, valamint a tengeri jég olvadására is. A tengerfelszín hőmérsékletének emelkedése globálisan már kimutatható a múlt századra, ahogyan az arktikus területeken a tengeri jég csökkenése és számos óceáni régióban a savasodás, továbbá az alacsony oxigéntartalom is.
Az óceáni hőtartalom növekedési mértéke az elmúlt évtizedekben-évszázadban magasabb, mint a legutolsó eljegesedési időszak vége óta bármikor, ez pedig szoros kapcsolatot mutat a felszín hőmérsékletének változásaival.
A globális átlagos tengerfelszín-hőmérséklet 1850-1900 és 2011-2020 között 0,88 °C-ot emelkedett. A felmelegedés azonban nem egyenletes: az Indiai-óceán, a Csendes-óceán egyenlítői régiójának nyugati fele, valamint a nyugati peremáramlatok az átlagosnál jobban, míg a Déli-óceán (az Antarktiszt körülvevő víztömegek), a kelet-egyenlítői Csendes-óceán és az Észak-Atlanti-óceán kevésbé melegedett vagy akár enyhén hűlt is. A jövőben várható változások a felhasznált forgatókönyv függvényében 0,86-2,89 °C közöttiek az évszázad végére.
Az átlaghőmérséklet emelkedésével együtt a tengeri hőhullámok előfordulási gyakorisága is megnőtt a 20. században: körülbelül megduplázódott a 1980-as évek óta, mint ahogy az előfordulás intenzitása és időtartama is megnövekedett, és ennek további folytatódása várható. A trópusi óceáni területek egy részén állandósulhatnak a hőhullámok, mely pusztító hosszú távú hatásokkal járna az ökoszisztémákra.
A növekvő CO2-koncentrációval az óceán globális átlagos felszíni pH-ja csökken, legalább ezer éve nem volt ilyen alacsony. A sótartalom kontrasztja növekedett az 1950-es évek óta, és ez a 21. század során is folytatódni fog. Az óceán oldott oxigéntartalma az előző század közepe óta csökken, mely befolyásolja az óceánokban zajló biológiai és biogeokémiai folyamatokat.
