Gennem sin historie har Jorden gennemlevet mange forandringer i klimaet. Hvordan kan vi forklare disse klimavariationer, og hvordan kan man i dag skelne mellem naturlige og menneskeskabte klimaforandringer, når nu Jordens klima ikke er stabilt?

For at kunne forstå dette, skal vi forstå det komplicerede samspil mellem processer, der styrer klimaet.

Nogle mekanismer er relaterede til udefrakommende fænomener, for eksempel ændringer i Jordens placering i forhold til Solen og variationer i Solens styrke, mens andre processer skyldes mere eller mindre tilfældige variationer i havstrømme og vindsystemet.

Denne artikel giver et kort overblik over nogle af de vigtigste mekanismer. Artiklen er i to dele:

Vi starter her med de processer, som driver de klimaforandringer, som vi kan se og føle i dag, og som har formet klimaet gennem den tid, hvor vores civilisation har udviklet sig.

Du kan læse om processer, som driver klimaet på en længere geologisk tidsskala i artiklen Sådan har klimaet forandret sig over millioner af år.

Drivhuseffektens rolle i opvarmningen

Siden den verdensberømte svenske forsker og nobelpristager Svante Arrhenius i 1895 beskrev, hvordan kuldioxid (CO₂) påvirker klimaet, har det været kendt, at en række forskellige gasser i Jordens atmosfære forårsager en drivhuseffekt.

Drivhuseffekten opstår fordi Jordens atmosfære tilbageholder en del af den varme, som ellers ville forsvinde fra Jorden ud i verdensrummet.

Uden drivhusgasserne vil Solens energi ikke blive holdt tilbage i atmosfæren, og Jorden ville have været en frossen klode.

Med atmosfærens nuværende sammensætning er gennemsnitstemperaturen på Jordens overflade 15°C, men den ville have været -18°C, hvis der ikke var nogen drivhusgasser. Mængden af drivhusgasser i atmosfæren er dog en hårfin balance, hvor et fald i drivhusgasser kan betyde istider, og en endog ret lille stigning vil betyde globale temperaturstigninger.

Både vulkansk aktivitet og ændringer i plantevækst påvirker CO₂-niveauet i atmosfæren.

Disse naturlige processer forårsager dog typisk langt mere gradvise og langsomme ændringer end de, der er observeret i nyere tid på grund af menneskeskabte klimaforandringer.

Menneskeskabte klimaforandringer

Kvægbrug, risdyrkning og skovfældning har især i de seneste århundreder forårsaget en gradvis øgning af drivhusgasser i atmosfæren. Men siden industrialiseringen er denne udledning af drivhusgasser tiltaget betydeligt.

Drivhusgasser lagrer energi fra Solen i den nedre atmosfære. Uden disse gasser, ville Jorden være -18 grader. I modsætning til Jorden er atmosfæren på Mars næsten ren CO_2, men Mars har en meget tynd atmosfære, hvilket skaber en mindre drivhuseffekt (Illustration: NASA).  

Arrhenius beregnede allerede i 1895, at den menneskeskabte udledning af drivhusgasser ville forårsage globale temperaturstigninger. Vi ved i dag, at disse temperaturstigninger også påvirker nedbørsmønstre og vindsystemer (storme).

Ved at sammenholde klimaforandringer med alle de mekanismer, der kan forandre klimaet, kan man vurdere, hvor stor en andel af den nuværende klimaudvikling, der skyldes naturlige variationer, og hvad der må tilskrives menneskeskabte påvirkninger.

Ny forskning har således vist, at klimaet allerede begynde at ændre sig omkring 1830 som følge af den øgede udledning af drivhusgasser. Læs mere om det i artiklen 'Menneskeskabt global opvarmning begyndte for 180 år siden'.

Selvom den klimaforandring, som Jorden har oplevet siden begyndelsen af industrialiseringen, ikke er nær så kraftig, som det Jorden gennemlever i forbindelse med skift mellem istider og mellemistider, er hastigheden af den igangværende klimaforandring problematisk, da dyr, mennesker og planter har svært ved at nå at tilpasse sig de ændrede livsbetingelser.

Der lever i dag langt flere mennesker på Jorden end nogensinde (i dag er vi cirka 7,5 milliarder mennesker. Ved slutningen af sidste istid var vi mindre end 3 millioner mennesker på Jorden), og vi skal alle tilpasse os et klima under hastig forandring.

Samtidig lever en stor del af os i områder, der bliver særligt hårdt ramt af de ekstreme vejrforhold med orkaner, oversvømmelser og tørkeperioder, som vil være blandt konsekvenserne af klimaforandringerne.

Se hvordan den gennemsnitlige globale temperatur har ændret sig siden 1850. 2016 er det varmeste år, vi har målt. Indtil videre er 2017 temperaturerne lidt lavere end rekordåret. (Illustration: Ed Hawkins/Climate Lab Book).

Der findes dog også naturlige mekanismer i Jordens interne klimasystem (havstrømme, vinde), som har stor indvirkning på klimaet i dag.

Samspillet mellem havcirkulationen og vindsystemer danner komplicerede mønstre, hvis årsag ikke altid kan forklares fuldt ud. Her kommer de vigtigste:

El Niño: Blandt de mest kendte og voldsomme fænomener, er den såkaldte El Niño. Normalt presser den konstante blæst fra passatvindende overfladevandet i Stillehavet nær ækvator over mod kysten af Australien, hvor det opvarmes.

Nogle år vil dette vand dog pludseligt begynde at løbe tilbage tværs over Stillehavet over mod kysten af Sydamerika. Ud over at dette fænomen påvirker nedbørsmønstre i store dele af Stillehavsregionen og Sydøstasien, forårsager det også en global temperaturstigning. Eksempler på dette er de exceptionelt høje globale temperaturer i 1998 og 2015-16.

Den Nordatlantiske Oscillation: I Europa og det østlige Nordamerika spiller den ’Nordatlantiske Oscillation’ (NAO) dog en endnu større rolle for klimaet. NAO-fænomenet relaterer sig til variationer i styrken og placeringen af et semi-permanent lavtryk over Island og et højtryk over Azorerne.

Disse atmosfæriske tryksystemer varierer i styrke og præcis geografisk position fra år til år. Dette påvirker styrken og retningen af vindsystemerne (se figur) og har derfor afgørende betydning for vejret i Europa og Nordamerika. Afhængigt af tryksystemets beskaffenhed kan vindene nemlig føre varm og fugtig eller kold og tør luft med sig.

NAO-fænomenet indvirker direkte på klima og vejrlig. For eksempel var vintrene 2009/10 og 2010/11 kolde og rige på sne i Europa, mens Grønland oplevede usædvanligt varme vintre. Dette mønster er typisk for NAO-forhold.

Den efterfølgende vinter (2011/12) var i modsætning betydeligt varmere i Europa og var et eksempel på et NAO+ år.

Klimaet i Europa og USA er i høj grad påvirket af NAO. Kortene viser NAO’s to typiske faser, nemlig negativ (venstre) og positv (højre). Den stiplede gule linje viser jetstrømmen, som bevæger sig fra vest til øst. (Illustration: ScienceNordic. Baseret på et billede fra the Met Office, UK)

Den Atlantiske Multidekadiske Oscillation: En anden vigtig mekanisme er den såkaldte ’Atlantiske Multidekadiske Oscillation’ (AMO), som relaterer sig til cykliske ændringer i vandtemperaturen i Atlanten. Disse ændringer skyldes primært ændringer i styrken af havcirkulationen i Atlanten, som svinger med en frekvens på 55-70 år.

Temperaturvariationerne er meget små, kun omkring 0,5 grader fra koldeste til varmeste temperatur, men fænomenet har enorm betydning især for klimaet i troperne og subtroperne, bl.a. fordi mængden af kraftige orkaner stiger voldsomt, når havtemperaturen i Atlanten er blot lidt højere, mens en koldere vandtemperatur forårsager ekstrem tørke i Sahel-området syd for Sahara.

AMO er en del af årsagen til, at temperaturen i 1930-1950 var forholdsvis høj og var også en vigtig årsag til den ekstreme hungersnød, der herskede i Sahel i 1970’erne.

Når den nuværende klimaudvikling diskuteres, sammenligner man oftest kun med de sidste cirka 100-150 år. Over denne korte tidsperiode er temperaturen da også steget betydeligt, men hvis man sammenholder det med forholdene tilbage gennem vores nuværende mellemistid, vil man opdage, at klimaet faktisk generelt har svinget en del gennem de sidste 11.700 år siden slutningen af sidste istid.

Bortset fra den allerførste del af vores mellemistid, for 11.700-8000 år siden, hvor afsmeltningen af de store iskapper gjorde klimaet meget ustabilt, var klimaet i begyndelsen og specielt i midten af vores nuværende varmtid (for cirka 8.000-5.000 år siden) et par grader varmere end i dag.

Det skyldes, at indstrålingen fra Solen om sommeren på den nordlige halvkugle var højere end i dag, fordi Jordens akse hældte mere, og mere sollys derfor nåede de høje breddegrader om sommeren

Det er dog ikke kun ændringer i Jordens bane omkring Solen og i hældningen af Jordens akse, som spiller en rolle for den mængde sollys, som rammer Jorden.

Solens styrke er heller ikke konstant. Mange har hørt om Solens 11-års cyklus, men Solens energiudladning ændrer sig også over årtier og århundreder. Dette har medvirket til klimasvingninger gennem de sidste årtusinder.

Selvom variationer i Solens energi antageligt spiller en rolle for klimaet, er det dog også værd at bemærke, at variationerne i Solens energiudladning er ret små, og tidsmæssigt falder variationerne i Solens styrke desuden ikke altid sammen med klimaændringerne. 

Computersimulationer af temperaturforandringer forårsaget af naturlige årsager (blå linje) matcher ikke det sidste århundredes faktiske ændringer (stiplet linje). Kun en kombination af menneskelige aktiviteter og naturlige faktorer (rød linje) kan forklare de seneste temperaturændringer. Grafen viser også, hvordan vulkanudbrud har forårsaget korte nedkølinger – både i de registrerede data og på computersimulationerne. (Graf: NASA, tilpasset fra Hegerl and Zwiers et al, 2007). 

Solens energiudladning var lidt højere i 1930-1950 og kan sammen med AMO forklare den lidt højere temperatur på det tidspunkt. I dag er Solens energiudladning dog ikke specielt høj, og Solens energiudladning kan således på ingen måde forklare den igangværende globale temperaturstigning.

Vulkanudbrud afkøler

Gennem de sidste 5.000 år er sommertemperaturen faldet gradvist, specielt gennem de sidste 3.000 år.

Noget af denne afkøling skyldes den faldende solindstråling. For de sidste 2.000 år har ny forskning dog vist, at asken fra vulkanudbrud, antageligt kombineret med skovfældning, har resulteret i en global gradvis, kontinuert afkøling.

Dette viser, at selvom langvarig vulkansk aktivitet kan betyde opvarmning på grund af udledning af drivhusgasser, vil eksplosiv vulkanisme, hvor der udledes støv til atmosfæren på ’kort’ sigt (årtier til århundreder), faktisk resultere i et temperaturfald.

Vi kan nu forklare de sidste 2.000 års klimaforandringer

I dag er vi i stand til at studere alle disse tidligere klimaændringer og finde ud af, hvilke af de mekanismer, der er beskrevet her, som har forårsaget ændringerne. Det giver os en lang historie af klimaforandringer, som hjælper os med at forstå de processer, der i øjeblikket ændrer klimaet - og fortsat vil gøre det i fremtiden.

Denne forståelse gør det også muligt at skelne mellem naturlige og menneskeskabte klimaforandringer og at identificere den rolle menneskelige aktiviteter har for moderne klimaforandringer.

I artiklen Sådan har klimaet forandret sig over millioner af år diskuterer vi de dramatiske processer, der har ændret vores klima over meget længere tidshorisonter gennem vores geologiske fortid. Processer, der i sidste ende har formet landskabet omkring os.

Læs denne artikel på engelsk hos ScienceNordic her.