books changes within the climate system

يتغير المناخ باستمرار على نطاقات زمنية تتراوح من المواسم إلى عمر الأرض. تسمى التغييرات التي تسببها مكونات النظام وديناميكياته تقلبية المناخ الداخلية. يمكن للنظام أيضًا تجربة التأثير الخارجي من الظواهر خارج النظام (على سبيل المثال تغيير في مدار الأرض). يُشار إلى التغييرات الأطول، التي تُعرف عادةً على أنها التغيرات التي تستمر لمدة 30 عامًا على الأقل باسم التغيرات المناخية، على الرغم من أن هذه العبارة تشير عادةً إلى الاحتباس الحراري الحالي. عندما يتغير المناخ قد تبني التأثيرات على بعضها البعض متتالية عبر الأجزاء الأخرى من النظام في سلسلة من ردود الفعل المناخية (مثل تغيرات البياض)، مما ينتج عنه العديد من التأثيرات المختلفة (مثل ارتفاع مستوى سطح البحر).

التغيرات الداخلية

تختلف مكونات النظام المناخي باستمرار حتى بدون دفع خارجي (التأثير الخارجي). أحد الأمثلة في الغلاف الجوي هو تذبذب شمال الأطلسي (NAO)، الذي يعمل كمنشار ضغط جوي. عادة ما يكون عند منطقة الأزور البرتغالية ضغطًا مرتفعًا، بينما غالبًا ما يكون هناك ضغط أقل على أيسلندا. يتأرجح الفرق في الضغط وهذا يؤثر على أنماط الطقس عبر منطقة شمال الأطلسي حتى وسط أوراسيا. على سبيل المثال الطقس في جرينلاند وكندا بارد وجاف خلال تذبذب شمال الأطلسي الإيجابي. يمكن الحفاظ على مراحل مختلفة من تذبذب شمال الأطلسي لعدة عقود.

يمكن أن يعمل المحيط والغلاف الجوي معًا لتوليد تقلبات مناخية داخلية يمكن أن تستمر لسنوات إلى عقود في كل مرة. تشمل الأمثلة على هذا النوع من التباين التذبذب الجنوبي للنينيو، والتذبذب العقدي في المحيط الهادئ، والتذبذب الأطلسي متعدد العقود. يمكن أن تؤثر هذه الاختلافات على متوسط درجة حرارة سطح الأرض من خلال إعادة توزيع الحرارة بين أعماق المحيط والغلاف الجوي؛ ولكن أيضًا عن طريق تغيير السحابة أو بخار الماء أو توزيع الجليد البحري، والتي يمكن أن تؤثر على إجمالي ميزانية الطاقة للأرض.

يمكن للجوانب المحيطية من هذه التذبذبات أن تولد تقلبات في المقاييس الزمنية المئوية؛ بسبب أن المحيط لديه كتلة أكبر بمئات المرات من الغلاف الجوي، وبالتالي القصور الحراري العالي جدًا. على سبيل المثال، تلعب التعديلات التي تطرأ على عمليات المحيطات، مثل الدوران الحراري دورًا رئيسيًا في إعادة توزيع الحرارة في محيطات العالم. ساعد فهم التقلبات الداخلية العلماء على نسب تغير المناخ الأخير إلى غازات الدفيئة.

تأثير المناخ الخارجي

في المقاييس الزمنية الطويلة، يتم تحديد المناخ في الغالب من خلال مقدار الطاقة في النظام وأين يذهب. عندما تتغير ميزانية طاقة الأرض يتبع المناخ. يسمى التغيير في ميزانية الطاقة بالقوة، وعندما يحدث التغيير بسبب شيء خارج المكونات الخمسة للنظام المناخي فإنه يُدعى بالقوة الخارجية. البراكين على سبيل المثال تنتج عن عمليات عميقة داخل الأرض لا تعتبر جزءًا من النظام المناخي. التغيرات خارج كوكب الأرض، مثل التغير الشمسي والكويكبات القادمة هي أيضًا "خارجية" للمكونات الخمسة للنظام المناخي، وكذلك الإجراءات البشرية.

أشعة الشمس الواردة

الشمس هي المصدر السائد لإدخال الطاقة إلى الأرض وتدفع دوران الغلاف الجوي. تختلف كمية الطاقة القادمة من الشمس على مقاييس زمنية أقصر، بما في ذلك الدورة الشمسية لمدة 11 عامًا ومقاييس زمنية طويلة المدى. في حين أن الدورة الشمسية صغيرة جدًا بحيث لا يمكنها تدفئة سطح الأرض وتبريده بشكل مباشر، إلا أنها تؤثر على طبقة أعلى من الغلاف الجوي مباشر، الستراتوسفير والتي قد يكون لها تأثير على الغلاف الجوي بالقرب من السطح.

يمكن أن تتسبب الاختلافات الطفيفة في حركة الأرض في حدوث تغييرات كبيرة في التوزيع الموسمي لضوء الشمس، الذي يصل إلى سطح الأرض وكيفية توزيعه في جميع أنحاء العالم، على الرغم من عدم حدوثه في ضوء الشمس العالمي والمتوسط سنويًا. الأنواع الثلاثة للتغيير الحركي هي اختلافات في الانحراف عن الأرض، والتغيرات في زاوية ميل محور دوران الأرض، ومبادرة محور الأرض. تَنتجُ هذه الأنواعُ معًا عن دورات ميلانكوفيتش، والتي تؤثر على المناخ وتتميز بعلاقتها مع الفترات الجليدية وبين جليديين.

غازات الاحتباس الحراري

تحجز غازات الاحتباس الحراري الحرارة في الجزء السفلي من الغلاف الجوي عن طريق امتصاص الأشعة الطويلة الموجة. في الماضي ساهمت العديد من العمليات في الاختلافات في تركيزات غازات الدفيئة. حاليا انبعاثات البشر هي سبب زيادة تركيزات بعض غازات الدفيئة، مثل ثاني أكسيد الكربون والميثان والنيتروجين. المساهم المهم في تأثير الاحتباس الحراري هو بخار الماء (~ 50%)، مع السحب (~ 25%) وثاني أكسيد الكربون (~ 20%) والتي لها أيضًا دورًا مهمًا. عندما تكون تركيزات غازات الدفيئة طويلة العمر مثل ثاني أكسيد الكربون تزداد وترتفع درجة الحرارة، وتزداد كمية بخار الماء أيضًا، بحيث لا يُنظر إلى بخار الماء والسحب على أنه تأثير خارجي، ولكن بدلاً من ذلك تُعامل كردود فعل. إن عملية التجوية الصخرية عملية بطيئة جدًا تزيل الكربون من الغلاف الجوي.

الهباء الجوي والبراكين

الجسيمات السائلة والصلبة في الغلاف الجوي والتي يطلق عليها مجتمعة الهباء الجوي، لها تأثيرات متنوعة على المناخ. يشتت بعضها بشكل أساسي ضوء الشمس وبالتالي يبرد الكوكب، بينما يمتص البعض الآخر ضوء الشمس ويدفئ الغلاف الجوي. تشمل التأثيرات غير المباشرة حقيقة أن الهباء الجوي يمكن أن يعمل كنواة تكثيف السحب، مما يحفز تكوين السحابة. تشمل المصادر الطبيعية للهباء رذاذ البحر والغبار المعدني والبراكين، لكن البشر يساهمون أيضًا حيث يؤدي احتراق الوقود الأحفوري إلى إطلاق الهباء الجوي في الغلاف الجوي. وتقاوم الهباء الجوي جزءًا من تأثيرات الاحترار لغازات الدفيئة المنبعثة، ولكن فقط حتى تتراجع إلى السطح في غضون بضع سنوات أو أقل.

على الرغم من أن البراكين هي من الناحية الفنية تشكل جزءًا من الغلاف الصخري، وهو في حد ذاته جزء من النظام المناخي، إلا أن البراكين تُعرَّف بأنها عامل تأثير خارجي. في المتوسط لا يوجد سوى العديد من الانفجارات البركانية في القرن الواحد التي تؤثر على مناخ الأرض لأكثر من عام عن طريق إخراج أطنان من ثنائي أكسيد الكبريت إلى الستراتوسفير. يتم تحويل ثنائي أكسيد الكبريت كيميائيًا إلى بخاخات تسبب التبريد عن طريق حجب جزء من ضوء الشمس على سطح الأرض. تؤثر الانفجارات الصغيرة على الغلاف الجوي بمهارة فقط.

التغير في استخدام الأراضي

يمكن أن تؤثر إزالة الغابات أو التغييرات الأخرى في الاستخدام البشري للأرض على المناخ. يمكن أن تتغير انعكاسية المنطقة مما يجعل المنطقة تلتقط أشعة الشمس أكثر أو أقل. بالإضافة إلى ذلك يتفاعل الغطاء النباتي مع الدورة الهيدرولوجية، بحيث يتأثر الترسيب أيضًا. تطلق حرائق المناظر الطبيعية غازات الدفيئة في الغلاف الجوي وتطلق الكربون الأسود، الذي يجعل الثلج داكنًا مما يسهل تذويبه.

النتائج وردود الفعل

تستجيب العناصر المختلفة للنظام المناخي للتأثير الخارجي بطرق مختلفة. أحد الاختلافات المهمة بين المكونات هو السرعة التي تتفاعل بها مع التأثير. يستجيب الغلاف الجوي عادةً في غضون ساعتين إلى أسابيع، بينما تستغرق أعماق المحيط والأغطية الجليدية قرونًا إلى آلاف السنين للوصول إلى توازن جديد.

يمكن أن تخمد الاستجابة الأولية للمكون إلى التأثير الخارجي من خلال ردود الفعل لتغير المناخ. على سبيل المثال سيؤدي انخفاض كبير في كثافة الطاقة الشمسية إلى انخفاض درجة الحرارة بسرعة على الأرض، مما سيسمح بعد ذلك بتوسيع الغطاء الجليدي والجليد. يحتوي الثلج والجليد الإضافيين على بياض أو انعكاسية أعلى، وبالتالي يعكس المزيد من إشعاع الشمس مرة أخرى إلى الفضاء قبل أن يتمكن النظام المناخي ككل من امتصاصه؛ وهذا بدوره يجعل الأرض تبرد أكثر.