2. Zemes klimats un to veidojošie faktori

Ja gaisa temperatūra vienas dienas laikā samazinās no +25 ^oC līdz +18 ^oC, vai tas ir saistāms ar klimata pārmaiņām? Ko šāda piemēra kontekstā nozīmē ierobežot klimata pārmaiņas, lai globālās vidējās temperatūras pieaugums nepārsniegtu 2 ^oC? Lai izprastu to, kas ir klimata pārmaiņas, vispirms nepieciešams skaidri nošķirt jēdzienu „klimats” un „laiks” vai „laikapstākļi” saturu. Laiks (ārlaiks, laikapstākļi) ir atmosfēras stāvoklis kādā noteiktā laika sprīdī. Laiku raksturo gaisa temperatūra, atmosfēras spiediens, mitrums, nokrišņu daudzums, kā arī veids, un, mainoties kaut vienam no šiem lielumiem, mainās laikapstākļi. Tātad laikapstākļi ir ļoti mainīgi. Klimats ir ilggadējs laikapstākļu režīms, kas veidojas Saules radiācijas, Zemes virsmas rakstura un ar to saistīto atmosfēras cirkulācijas procesu rezultātā. Klimatu raksturo vidējotas un ilglaicīgas atmosfēras fizikālo rādītāju vērtības, kas piemīt Zemei kopumā (globālais klimats) vai noteiktai teritorijai (valstij vai reģionam). Konkrētās teritorijas klimats ir daudz pastāvīgāks nekā laikapstākļi, un tās klimatu nosaka Saules starojuma intensitāte (enerģijas daudzums) un sadalījums gada laikā, atmosfēras cirkulācijas un Zemes virsmas raksturs.

Zemes klimats ir ļoti sarežģīta sistēma, un galvenais to veidojošais faktors ir enerģija, kuru Zeme saņem no Saules. Klimats veidojas, Saules enerģijai izkliedējoties un mijiedarbojoties ar Zemi, līdz ar to klimata sistēmu veido atmosfēra, hidrosfēra, kriosfēra (Zemes ledāji un sniega sega un mūžīgais sasalums), litosfēra un biosfēra (sk. 2.1. att.).

Atmosfēra, kuru veido gāzes, ūdens tvaiki, kā arī putekļi un aerosoli, ir klimata sistēmas nestabilākā daļa, kas mainās visstraujāk.

Hidrosfēru veido sauszemes un pazemes ūdeņi, jūru un okeānu ūdeņi, kuri klāj ≈ 70% Zemes virsmas. Jūru un okeānu ūdeņi uzglabā milzīgus enerģijas, kā arī izšķīdušās ogļskābās gāzes un citu gāzu daudzumus, kas tiek pārnesti ar straumju kustību. Jūru un okeānu ūdeņu cirkulāciju rada Zemes rotācija, vēja darbība, ūdeņu uzsilšana, iztvaikošana, saldūdeņu ieplūde, atmosfēras nokrišņu rezultātā radies atšķirīgais sāļu saturs ūdenī un līdz ar to ūdens blīvums (termohalīnā cirkulācija – to rada temperatūras un sāļu koncentrācijas atšķirības). Tajā pašā laikā jūru un okeānu ūdeņu apritei salīdzinājumā ar ļoti kustīgo atmosfēru, ir raksturīga ievērojami lielāka inerce. Jūru un okeānu plūsmu termiskā inerce (lēni uzkrāj, bet arī lēni atbrīvo enerģiju) regulē Zemes klimatu un ir viens no galvenajiem klimata mainības cēloņiem.

Kriosfēra ietver Arktikas, Antarktīdas un Grenlandes ledājus, kontinentu ledājus, jūras ledu un grunts mūžīgo sasalumu (pazemes apledojumu). Kriosfēru raksturo tas, ka ledāja virsma spēj atstarot Saules starojumu. Tam ir liela nozīme hidrosfērā norisošajos procesos. Ledāju segā ir uzkrājies liels daudzums ūdens, un tiek uzskatīts, ka, tiem izkūstot, jūru un okeānu līmenis varētu ievērojami pacelties.

Veģetācija, kas sedz Zemes virsmu, ietekmē Saules starojuma asimilāciju, bet iztvaikošana gan no hidrosfēras, gan sauszemes ir ūdens tvaiku un nokrišņu avots. Ūdeņu un sauszemes biosfēra, saistot ogļskābo gāzi un atbrīvojot skābekli un ūdens tvaikus, ietekmē atmosfēras sastāvu. Biosfēra ir noteicošā oglekļa aprites ciklā.

2.1. att. Globālās klimata sistēmas galvenie elementi un to mainību ietekmējošie procesi.

Atļauja pēc „Climate Change 2007: The Physical Science Basis”, IPCC.

Visi aplūkotie klimata sistēmas elementi mijiedarbojas, turklāt mijiedarbības raksturs ir mainīgs gan laikā, gan telpā. Katru klimata sistēmas elementu atšķirīgi ietekmē Saules starojums. Klimata sistēma, protams, ir pakļauta arī kosmiskās telpas ietekmei, piemēram, Saules starojuma un kosmiskā starojuma mainībai. Zemes klimatu ļoti būtiski var ietekmēt arī ģeoloģiskas katastrofas (lieli vulkānu izvirdumi, kontinentu pārvietošanās), kosmiskas katastrofas (piemēram, meteorītu triecieni) vai arī cilvēka darbība (jaudīgu atomieroču izmantošana, upju noteces kontinentāla mēroga pārdale).

Kaut arī klimata sistēmas elementus raksturo atšķirīgs ķīmiskais sastāvs, fizikālās īpašības un ietekme uz Zemes klimata veidošanos, starp tiem notiek vielu un enerģijas apmaiņa. Jebkuras izmaiņas klimata sistēmā neatkarīgi no tā, vai tās nosaka procesi, kas norit dabiski, vai arī cilvēka iedarbība, var ietekmēt citus sistēmas elementus un radīt klimata izmaiņas. Klimata mainības cēloņi var būt gan dabiski procesi, gan arī cilvēka darbība, kas vispirms ietekmē atmosfēras sastāvu un zemes lietojuma veidus.