mini|300px|desno|Sve češća nevremena kao jedna od posljedica globalnog zatopljenja Klimatske promjene su dugotrajne promjene u statističkoj raspodjeli klimatskih faktora, u vremenskom periodu od deset do milijun godina. To može biti promjena u prosječnim klimatskim elementima ili promjena raspodjele klimatskih događaja s obzirom na prosječne vrijednosti, ili pojava sve više krajnjih vremenskih događaja. Klimatske promjene se mogu odnositi na određene posebne regije ili se može odnositi na cijelu Zemlju.
mini|desno|300px|Ledenjak Grinnell 1938.
mini|desno|300px|Ledenjak Grinnell 2009.
U zadnje vrijeme, posebno u vezi sa zaštitom prirodnog okoliša, klimatske promjene se obično odnose na današnje promjene klime. Posebno se to odnosi na sve veći ljudski utjecaj na klimatske promjene, koji je povezan s današnjim globalnim zatopljenjem.
Nazivi Uglavnom se klimatske promjene odnose na promjene statističkih podataka klimatskog sustava, razmatrajući vrijeme od više desetaka godina i duže, s obzirom na njen uzrok. Kolebanja klime koja su kraća od nekoliko desetaka godina, kao što je pojava El Niña, ne smatraju se klimatskim promjenama."Glossary – Climate Change" Education Center – Arctic Climatology and Meteorology, Appendix I – Glossary Houghton, John Theodore: "Climate change", 2001
Sam pojam klimatskih promjena sve više se odnosi na ljudski utjecaj na klimu, posebno na Zemljinu atmosferu, i zato su klimatske promjene sve više vezane uz pojam globalnog zatopljenja.
Uzroci mini|300px|desno|Povećanje atmosferskog nivoa CO2 Faktori koji utječu na oblikovanje klime nazivaju se prisilna djelovanja. To uključuje takve pojave kao što su promjene u Sunčevom toplinskom zračenju, odstupanju od Zemljine planetarne putanje ili orbite, promjenjiva tektonika ploča i pomicanje kontinenata, te promjene u koncentraciji stakleničkih plinova. Postoji čitav niz povratnih veza klimatskih faktora, koje mogu biti pojačane ili oslabljene. Neki dijelovi klimatskog sustava, kao što su oceani i slojevi leda, zbog svojih ogromnih masa, slabije odgovaraju na klimatske promjene, pa im je potrebno duže vremena za odgovor, ponekad stoljeće ili duže.
Ljudski utjecaj Međuvladin panel o klimatskim promjenama, grupa znanstvenika i stručnjaka za klimatske promjene tvrdi: “Klima se mijenja i klimatske promjene gotovo su u potpunosti posljedica ljudskog djelovanja”. Zbog toga se sve više raspravlja o tome kako smanjiti ljudski utjecaj na klimu i kako se prilagoditi promjenama koje se već javljaju, te kako možemo predvidjeti buduće klimatske promjene. The National Academies Press ""Advancing the Science of Climate Change", 2010,
Najveća zabrinutost zbog ljudskog djelovanja na klimu odnosi se na povećanu prisutnost ugljikovog dioksida (CO2) u atmosferi, zbog potrošnje fosilnih goriva i sve veće količine krutih čestica u zraku. Osim toga, sve više smo zabrinuti zbog ozonskih rupa, sve većeg rušenja šuma i povećanja obradivih površina, što isto utječe na klimatske faktore.
Tektonika ploča
mini|300px|desno|Promjene u Sunčevom ciklusu za vrijeme nekoliko zadnjih stoljeća, na osnovu promatranja Sunčevih pjega i izotopa berilija-10 Milijunima godina, kretanje tektonskih ploča mijenja izgled kontinenata i oceana, što isto utječe na promjene klime i strujanja u oceanima i atmosferi. Položaj kontinenata određuje i oblik i smjer oceanskih struja, a time i prijenos topline i vlage duž cijele Zemlje. Noviji primjer je stvaranja Panamske prevlake, koja je nastala prije otprilike 5 milijuna godina, zatvorivši miješanje Atlanskog oceana i Tihog oceana u tom području. To je ujedno promijenilo granične oceanske struje i utjecalo na stvaranje današnjeg oblika Golfske struje i vjerojatno je dovelo do stvaranja ledenog pokrivača na Sjevernoj polutci. Panama: Isthmus that Changed the World, 2008., NASA "How the Isthmus of Panama Put Ice in the Arctic", Gerald H., 2004. Za vrijeme karbona, prije otprilike 300 do 360 milijuna godina, tektonika ploča je potakla taloženje velike količine ugljika i povećala zaleđeno područje."Isotope stratigraphy of the European Carboniferous: proxy signals for ocean chemistry, climate and tectonics" , Chemical Geology|date, 1999., Peter Bruckschen, Susanne Oesmanna, Ján Veizer Geološki dokazi iz vremena postojanja superkontinenta Pangee govore o postojanju velikih i snažnih monsuna u to doba (megamonsuna). Judith T. Parrish: "Climate of the Supercontinent Pangea" 1993.,
Sunčevo toplinsko zračenje
Sunce je glavni izvor energije na Zemlji. I dugotrajne i kratkotrajne promjenje u jačini Sunčevog toplinskog zračenja utječu na klimatske promjene. Prije 3 do 4 milijuna godina Sunce je zračilo samo 70 % današnje snage. Ipak, u vrijeme hadija (prije 3,8 – 4,6 milijuna godina) "Water in the Early Earth", 2006., Marty, B. "Zircon thermometer reveals minimum melting conditions on earliest Earth." Eb Watson, Harrison i arhaika (prije 2,5 – 3,8 milijarde godina), "Surface-water influx in shallow-level Archean lode-gold deposits in Western, Australia" 1994. Hagemann, Steffen G. Sagan C., G. Mullen: "Earth and Mars: Evolution of Atmospheres and Surface Temperatures" 1972. prema nađenim dokazima, postojala je voda, pa ipak je došlo do “proturječja slabosti mladog Sunca”. Prema toj teoriji, Zemljina atmosfera je bila potpuno drukčija, prije svega bez kisika, pa su staklenički plinovi postojali u puno većoj prisutnosti. S vremenom se snaga Sunčevog zračenja pojačala, a prije 2,4 milijarde godina u atmosferi se pojavio kisik i klima je bila puno sličnija današnjoj. "The Early Faint Sun Paradox: Organic Shielding of Ultraviolet-Labile Greenhouse Gases" 1997. Sagan, C.
Također, snaga Sunčevog toplinskog zračenja mijenja se svakih 11 godina, zbog Sunčevog ciklusa. Postoje i promjene u nešto dužem vremenskom razmaku, poput Malog ledenog doba, od 14. do 19. stoljeća. Ta priroda periodičkog ponašanja Sunca još nije sasvim razumljiva. Dok podaci govore da je od 1750. došlo do laganog zahlađenja, u novije vrijeme sve više je podataka da dolazi do globalnog zatopljenja.Willson Richard [Secular total solar irradiance trend during solar cycles 21–23] mini|300px|desno|Promjena nagiba Zemljine osi između 22.1° i 24.5°.
Promjene u planetarnoj putanji
Male promjene u Zemljinoj planetarnoj putanji ili orbiti dovode do promjena snage Sunčevog zračenja kod promjena godišnjih doba, pa zato se i klima mijenja u različitim godišnjim dobima. Tri su vrste promjena Zemljine orbite: promjena ekscentričnosti, nagiba osi i precesije Zemljinih osi. Kad se mijenjaju zajedno, stvaraju Milankovićeve cikluse, koji imaju znatan utjecaj na klimu i pojavu ledenih i međuledenih doba, što se može pronaći u statigrafskim slojevima stijena ili u širenju i smanjivanju pustinja kao što je Sahara. "Milankovitch Cycles and Glaciation" "A Milankovitch scale for Cenomanian time" 1989., Gale, Andrew S.
Vulkani
Vulkani provode materijal iz Zemljine kore i plašta do površine Zemlje. Vulkanske erupcije, gejziri i termalni izvori su primjeri vulkanskih procesa kojim se oslobađaju plinovi i krupne čestice u atmosferu.
Vulkani su dovoljno veliki da utječu na promjenu svjetske klime nekoliko puta u stoljeću, uzrokovati hlađenje (djelomičnim smanjivanjem prijenosa Sunčevog zračenja na Zemljinu površinu) i po nekoliko godina. Erupcija vulkana na planini Pinatubo 1991. na Filipinima, bila je druga erupcija po snazi u 20. stoljeću (nakon erupcije vulkana Novarupta na Aljaski 1912.) i značajno je utjecala na klimu. "The Cataclysmic 1991 Eruption of Mount Pinatubo, Philippines" Diggles Michael, 2005. Erupcija vulkana Tambora 1815. u Indoneziji, uzrokovala je “godinu bez ljeta”. "Climatic, environmental and human consequences of the largest known historic eruption: Tambora volcano (Indonesia) 1815" 2003., Oppenheimer Clive Još veće erupcije, takozvanih megavulkana, se javljaju nekoliko puta na 100 milijuna godina, uzrokuju globalno zahlađenje i masovno izumiranje nekih životinja. "Large igneous provinces and mass extinctions" 2001., Wignall P.
Vulkani su isto dio proširenog ugljikovog ciklusa. U jako dugim geološkim ciklusima, oslobađanje ugljika iz Zemljine kore i plašta se nalazi u ravnoteži s taloženjem ugljika u sedimentnim stijenama i ostalim odvodima iz ugljikovog ciklusa. Ali prema istraživanju Američkog geološkog nadzora (engl. US Geological Survey), procjenjuje se da ljudske aktivnosti stvaraju 100 – 300 puta veću količinu ugljikovog (IV) oksida od vulkana. "Volcanic Gases and Their Effects" 2006. mini|300px|desno|Termohalinska cirkulacija: dubinski tok tamna, a površinski svijetla traka. Nije prikazana Antarktička cirkumpolarna struja
Promjenjivosti oceana
Oceani su sastavni dijelovi klimatskog sustava. Kratkotrajna kolebanja (nekoliko godina do nekoliko desetljeća) kao što je El Nino južna kolebanja, desetljetna kolebanja u Tihom oceanu, kolebanja u sjevernom Atlantiku i kolebanja u Arktiku predstavljaju više klimatska kolebanja nego klimatske promjene. Na duže vrijeme, promjene u procesima kao što je termohalinska pokretna traka igraju vrlo važnu ulogu u raspodjeli topline, noseći veoma sporo i jako duboko kretanje morske vode, i dugotrajnu raspodjelu topline po svjetskim oceanima. Petit J. R.:"Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica" Gómez-Brenes RA, Humberto Ruiloba M., Bressani R.
Fizički dokazi klimatskih promjena Dokazi za klimatske promjene se uzimaju iz različitih izvora, da bi se saznalo o klimi u prošlosti. Sređeno praćenje svjetskih površinskih temperatura započinje od polovine 19. stoljeća. Prije toga, većina dokaza o klimatskim promjenama se otkriva indirektno, preko raznih pokazatelja prošle klime, kao što su vegetacija (pelud), jezgre leda, datiranje preko godova debla na stablima, prošlih promjena nivoa mora i glaciologije.
Povijesni i arheološki dokazi Klimatske promjene u prošlosti moguće je otkriti putem promjena prebivališta i uzgoja različitih biljaka. Arheološki dokazi, usmena predaja i povijesni dokumenti takožer daju uvid u klimu prošlih vremena. Klimatske promjene ponekad su bile vezane uz propast nekih civilizacija. mini|300px|desno|Pad prosječne debljine ledenjaka širom svijeta Ledenjaci
Ledenjaci se smatraju među najosjetljivijim pokazateljima klimatskih promjena. Njihova veličina se određuje ravnotežom masa između ulaza snijega i izlaza otopljenog leda. Kako se temperature povećavaju, tako se ledenjaci povlače, sve dok padaline snijega ne zamijene otopljeni led.Seiz G., N. Foppa "The activities of the World Glacier Monitoring Service (WGMS)" 2007., Ledenjaci rastu i smanjuju zbog više razloga, tako da se njihovo pravo stanje mora pratiti desetljećima. Popis svjetskih ledenjaka je napravljen do 1970-tih, u početku avionski snimani i kartografirani, a danas se to radi uz pomoć satelita. Taj popis obuhvaća više od 100 000 ledenjaka, koji zauzimaju više od 240 000 km2, a preostali ledeni pokrivač se procjenjuje oko 445 000 km2. Svjetska služba za praćenje ledenjaka (engl. World Glacier Monitoring Service) skuplja godišnje podatke o ravnoteži masa i o povlačenju ledenjaka. Iz tih podataka se vidi da se svjetski ledenjaci značajno povlače i smanjuju, s jakim povlačenjem 1940-tih, stabilnim i rastućim periodom 1920-tih i 1970-tih, i ponovno povlačenje koje počinje od sredine 1980-tih.Zemp M., I.Roer, A.Kääb, M.Hoelzle, F.Paul, W. Haeberli: "United Nations Environment Programme - Global Glacier Changes: facts and figures" 2008.
Najznačajniji klimatski procesi od sredine zadnjeg pliocena (prije oko 3 milijuna godina), su ledena i međuledena doba. Današnje međuledeno doba ili holocen, traje već oko 11 700 godina. Zbog malih promjena u planetarnoj putanji ili Milankovićevih ciklusa, dolazi do promjena u ledenom pokrivaču i razini mora. Ostale promjene kao Heinrich događaj, Dansgaard-Oeschger događaj i Mlađe ledeno doba pokazuju da do promjena količine leda može doći i bez promjene planetarne orbite.