klimaendringer

Strålingen fra Solen varierer over tid. Viktigst er en syklus på 11 år, men den endrer seg også over lengre tidsskalaer. Da solsystemet ble dannet for 4,6 milliarder år siden, var utstrålingen fra Solen antakelig 25–30 % svakere enn i dag.

Spørsmålet om hvorvidt endringer i solaktiviteten − og Solens innstråling − har skapt variasjoner i Jordens klima, har dype historiske røtter. Solflekkene ble oppdaget i Vesten på begynnelsen av 1600-tallet, og det finnes rikelig med anekdoter og publikasjoner som spekulerer over sammenheng mellom solflekker og temperatur allerede ved slutten av det samme århundret (Benestad 2002, 2005).

FNs klimapanel, IPCC, angir endringer i solaktiviteten som en av årsakene til den globale oppvarmingen etter den industrielle revolusjonen. Solens bidrag anslås å stå for ca 10 % i perioden 1750 til 2011.  

Siden 1950-tallet har det ikke vært noen vesentlig endring i Solens tilstand, enten man ser på solflekker, kosmisk stråling, eller solens utstråling (se grafikk). De fleste klimaforskerne mener derfor at den globale oppvarmingen siden 1980-tallet ikke kan tilskrives solaktiviteten. Det har likevel vært mye diskusjon om Solens rolle som pådriver for den globale oppvarmingen, spesielt med hensyn til forholdet mellom solaktivitet og dets evne til å styrke eller svekke mengden av den galaktisk-kosmiske strålingen som når Jorden. Hypotesen er at den kosmiske strålingen påvirker skydannelse, og spesielt mengden av lave skyer. En liten gruppe forskere mener fremdeles at solaktiviteten spiller en viss rolle siden 1950-tallet, men bevisene er svært uklare for dette synet. Et problem er at man ikke har noen målinger som viser noen tydelig langsiktig endring i skystatistikken, og det er heller ingen langsiktig endring i mengden kosmisk stråling som er målt på jorden (grafikk). Selv om solaktiviteten skulle ha vært en viktig bidragsyter, ekskluderer ikke det betydningen av andre årsaker.

De store kontinentalplatene (se platetektonikk) beveger seg svært langsomt, og forandringer i form og plassering betyr endringer i varmebalansen, som igjen gir endringer i sirkulasjonen i lufta og havet, og dermed også i klimaet.  Det som i dag er Svalbard lå for eksempel nær ekvator for ca 400 millioner år siden,  og hadde et tropisk klima den gang. Dette forklarer forekomsten av kull på øygruppa. De siste 500 000 år har kontinentenes plassering vært omtrent som i dag.

Geologiske endringer kan også få store konsekvenser for klimaet lokalt, som f eks dannelse av fjellkjeder eller endringer i havets utforming, som åpning og stengning av streder.

Vulkanutbrudd bidrar til klimaendringer ved å sende store mengder CO₂, svovel og aske ut i atmosfæren. Mengden CO₂ er likevel bare omtrent 1/100 av det menneskeskapte bidraget ved forbrenning av fossile brensler. Store vulkanutbrudd vil senke Jordens middeltemperatur for en kort periode fordi støvpartiklene reduserer solinnstrålingen. Utbruddet fra Mount Pinatubo på Filippinene i 1991, senket middeltemperaturen med omkring 0,5 grader over en periode på halvannet år.

Jordaksens helning og Jordens bane rundt Solen varierer innenfor sykluser på fra ca 20 000 til 100 000 år. Dette gir en variasjon i innstrålt energi, noe som i seg selv gir klimaendringer.  (Se Milanković-sykler.) I tillegg kan disse endringene forsterkes eller svekkes av tilbakekoblingsmekanismer.

Et av de viktigste eksemplene på naturlige variasjoner i klimaet i dag er forbundet med El Niño-fenomenet, som påvirker ca halve jordens overflate. Den vitenskapelige betegnelsen er El Niño Southern Oscillation (ENSO), og omfatter både variasjonene i havtemperaturen og lufttrykket over den tropiske delen av Stillehavet. Disse variasjonene er også forbundet med passatvindene (se passat). Det var nordmannen Jacob Bjerknes som oppdaget at ENSO oppstod i et samspill mellom hav og atmosfære.

ENSO veksler mellom en varm fase (El Niño), og en kald fase (La Niña). Fasene opptrer uregelmessig med 2-7 års mellomrom. Den globale middeltemperaturen er høyere i et El Niño-år enn i et La Niña-år.

Det finnes andre naturlige “interne” variasjoner tillegg til ENSO. Disse kalles interne variasjoner fordi de oppstår spontant på grunn av forandringer i været, og blir styrt av en egen dynamikk som er bestemt av naturlovene. Noen eksempler er vist i tabellen nedenfor.

Gjennom drivhuseffekten vil forandringer i atmosfærens innhold av bestemte gasser, såkalte «drivhusgasser», føre til klimaendringer: en høy konsentrasjon gir økt temperatur ved overflaten, mens lav konsentrasjon gir lav temperatur. De viktigste drivhusgassene er vanndamp (H₂O), karbondioksid (CO₂), metan (CH₄), lystgass (dinitrogenoksid, N₂O) og ozon (O₃). Gjennom bruk av fossile brensler bidrar vi mennesker med å øke konsentrasjon av drivhusgassene, spesielt karbondioksid.  Vi får dermed en forsterket drivhuseffekt, som de fleste klimaforskere mener bidrar til en stigende gjennomsnittstemperatur på Jorden. Vanndampen har kort levetid i atmosfæren. Den forvandles til skyer og regner ut i løpet av kort tid.

Karbondioksid (CO₂) er av vital betydning for livet på Jorden, gjennom fotosyntesen hos grønne planter og åndedrettsprosessen hos levende organismer. Konsentrasjonen av denne gassen i atmosfæren har opp gjennom Jordens historie variert naturlig på grunn av forandringer i biologisk opptak og frigjøring av CO₂, forvitring, avsetning av karbon i marine sedimenter, og vulkansk aktivitet.  Etter den industrielle revolusjon har menneskene bidratt med økt konsentrasjon av både karbondioksid (CO₂), metan (CH₄) og lystgass (N₂O). Mye av CO₂ som er tilført atmosfæren, tilskrives forbrenning av kull, olje og gass. Disse fossile brenslene inneholder store mengder karbon som tilføres Jordens overflate når de tas opp til overflaten og forbrennes. Karbonet flyttes fra et langsomt geologisk kretsløp, som omfatter dypere lag i jordskorpen, til et raskt karbonkretsløp ved overflaten, som omfatter atmosfære, hav, skog og jordsmonn. Karbon består av forskjellige isotoper - den dominerende ¹²C, den sjeldne ¹³C og den svært sjeldne ¹⁴C. Kull, olje og gass er stort sett dannet av plantematerialer, hvor andelen ¹²C er høy. Målinger over mange år viser at forholdet mellom ¹³C/¹²C-isotopene i lufta går nedover, noe som viser at lufta tilføres karbon ved forbrenning av fossile brensler fra menneskelig aktivitet. Dette støttes også av uavhengige målinger av forholdet mellom nitrogen (N₂) i luften og O₂, hvor en reduksjon er i samsvar med at O₂ binder seg til karbonet (C) når fossilt brensel forbrennes. Moderne satelittmålinger viser også at CO₂-konsentrasjonene er høyest nær utslippskildene, det vil si storbyer

Henrys lov (se Henryloven) sier at løseligheten av en gass i en væske er proporsjonal med partialtrykket til gassen. Økt mengde CO₂ i atmosfæren fører dermed til økt opptak i havet. Løseligheten avtar imidlertid med økende temperatur, så hvis havet blir varmere, vil det derfor gå CO₂ fra havet og til lufta. Disse to prosessene virker altså hver sin vei. Målinger viser at det er den første prosessen som dominerer nå, og at havets innhold av CO₂ øker, noe som bidrar til havforsuring.

Partikler som svever i atmosfæren, såkalte aerosoler, virker inn på klimaet. Ulike partikler kan påvirke klimaet på forskjellig vis. Støv, sot og sulfatpartikler kan både absorbere sollys direkte (sot), reflektere sollys og bremse jordoverflatens varmetap. Endringer i mengden partikler, hvor store de er og hvor høyt i atmosfæren de finnes, er av betydning for hvor mye solstråling som reflekteres tilbake til verdensrommet, og hvor mye som absorberes i atmosfæren. I tillegg kan partiklene påvirke dannelsen av skyer, ved å virke som kondensasjonskjerner.

Luftens innhold av aerosoler gir samlet sett en avkjøling av atmosfæren, fordi deler av solstrålingen stenges ute fra nedre del av atmosfæren. Aerosolmengden har økt på grunn av menneskelig aktivitet, noe som kan ha bremset den globale oppvarmingen (se global dimming).

Bruk av KFK-gasser (klorfluorkarboner) har brutt ned mengden ozon (O₃) i stratosfæren.  Både KFK-gasser og ozon er drivhusgasser. KFK har den sterkeste effekten. Ozon absorberer ultrafiolett stråling fra Solen. Denne strålingen er farlig for levende organismer.

Endret arealbruk i verden er en del av menneskets påvirkning av klimasystemet. Omkring 30 % av CO₂-utslippene kommer fra avskoging og endret bruk av landarealer, og bidrar dermed til oppvarming. På den andre siden vil økt skogplanting kunne dempe oppvarmingen, fordi voksende trær binder CO₂. Når trærne er utvokst er de mer eller mindre i balanse med omgivelsene. Dette innebærer at det har en betydning hva som skjer med skogen videre. Hvis den brennes, går CO₂ tilbake til atmosfæren. Hvis den hogges ned og ny skog plantes, kan CO₂ bindes så lenge karbonet i hogsten frigis til atmosfæren (f eks brenning av ved). Hvis den blir stående, vil den etter hvert «gå i null». Det er følgelig umulig å beregne effekten av skogplanting uten å ta hensyn til hva som vil skje med skogen senere. I tillegg til trærnes betydning for karbonet, spiller jordsmonnet, myrområder og permafrost en viktig rolle for karbonets kretsløp ved jordens overflate. Når permafrost tiner og organisk stoff forråtnes dannes det metan (CH₄), som er en kraftigere drivhusgass enn CO₂. Et annet moment er at den avkjølende effekten av CO₂-bindingen i voksende skog på høyere breddegrader blir kansellert av at refleksjonen av solstråler minker når skogen vokser. Derfor er det bare på lavere breddegrader at økt skogplanting kan ha en avkjølende effekt på energibudsjettet.

Siden slutten av 1800-tallet, da temperaturmålinger med instrumenter begynte, viser observasjonene at den globale middeltemperaturen ved jordoverflaten har økt med omkring 0,8 °C. Mesteparten av dette har funnet sted etter 1950, høyst sannsynlig på grunn av økt innhold av drivhusgasser i atmosfæren, knyttet til menneskelig aktivitet.

For å beregne en trend i den globale middeltemperaturen, er det viktig at det brukes værstasjoner der det ikke har skjedd store forandringer i omgivelsene siden stasjonene ble opprettet. Værstasjoner i byer brukes ikke, fordi disse gjerne vil ha høyere temperaturer enn områdene rundt. Denne effekten skyldes både at mørke overflater, som for eksempel asfalt, absorberer mer solstråling enn landområdene utenfor byen, og også at overskuddsvarme fra husoppvarming og biler bidrar til høyere temperatur. Den største delen av jordens overflate er imidlertid hav, og havtemperaturen er basert på en analyse av en rekke målinger utført fra skip, bøyer, og satellitter. Endringen i havtemperaturen kan verifiseres mot det globale havnivået, siden varmere vann utvider seg og trenger mer plass. Men også endring i snødekke og isutbredelse på land gir en uavhengig bekreftelse på at temperaturen har steget.

For alle de ledende byråene som beregner global middeltemperatur på bakgrunn av bakkeobservasjoner, ble 2016 det varmeste året i en serie som går tilbake til midten/slutten av 1800-tallet.

Satellittmålinger av temperaturen i den midtre del av troposfæren går tilbake til 1979. Her er 1998 og 2016 de varmeste årene. Disse estimatene er ikke direkte målinger av temperaturen, men beregninger basert på satellittens måling av lys, som luftmolekylene avgir ved ulike temperaturer.

Både bakke- og satellittmålinger må homogeniseres, det vil si justeres for forhold som kan ha påvirket den målte temperaturen. For eksempel var termometre i gamle dager ikke nødvendigvis plassert i et skjermet bur, slik kravet er i dag. Disse målingene kan dermed ha vist for høy temperatur på grunn av stråling fra omgivelsene, og må dermed justeres ned. Satellitt-dataene må gjennomgå en liknende prosess, fordi det opp gjennom årene har vært mange forskjellige satellitter i drift med forskjellige typer instrumenter, og fordi satellittenes høyde over tid har falt, og endret tidspunktet på døgnet når målingen tas ved et bestemt sted på jorden.

Oppvarmingen er ikke jevnt fordelt, og noen områder er blitt kaldere, for eksempel Nord-Atlanterhavet. Over land har nattetemperaturer økt mer enn dagtemperaturer, og oppvarmingen har vært sterkest over kontinentene på midlere breddegrader om vinteren og våren.

Varm luft kan inneholde mer vanndamp enn kald luft. Derfor er potensialet for mer nedbør til stede når temperaturen stiger. Observasjonene viser at hyppigheten av kraftig nedbør har økt over de fleste landområder, i takt med oppvarmingen og observert økning av vanndamp i atmosfæren.

Den totale havnivåstigningen over 1900-tallet er estimert til 17 cm.

Globalt havnivå steg gjennomsnittlig med 1,8 mm per år fra 1961 til 2003. Siden 1993 har stigningen vært raskere med mellom 2,8 og 3,6 mm per år. Redusert isdekke på Grønland og i Antarktis har bidratt til havstigning fra 1993 til i dag. Økt transporthastighet i brearmer på Grønland og i Antarktis bidrar til reduksjon av ismassene i det indre av isbreene, og til at nettovolumet av disse isbreene minker.

Havnivået stiger både på grunn av smelting av innlandsis, men også fordi vannet utvider seg ved høyere temperatur.  Siden 2003 har smelting av innlandsis stått for ca 80 % av havnivåøkningen.

I Skandinavia er det fortsatt landheving etter siste istid. Denne er mange steder så stor at flere målestasjoner, bl a Oslo,  har hatt et synkende havnivå de siste 50 til 100 årene.

Endringene i masse og volum til de fleste av verdens isbreer viser at disse smelter. På 1990-tallet var det en del kystnære breer i Norge som vokste på grunn av økt vinternedbør. Fra 2000 har det vært et markert skifte for breene i Norge, og en rask tilbakesmelting har blitt observert ved mange breer. De fleste breene er nå mindre enn de har vært på flere hundre år. Ismassene på Grønland smelter også, men i Antarktis har man ulike indikasjoner som peker i ulike retninger. Ismassen er følsom overfor både temperatur rundt frysepunktet og nedbør i form av snø.

Satellittdata siden 1978 viser at sjøisen i Arktis har minket med ca 3,8 % per tiår. Reduksjonen om sommeren er større, med omkring 11 % per tiår. Rundt Antarktis har sjøisen økt med 1,5 % per tiår. Det er imidlertid regionale forskjeller, med økning på 3 % i Rosshavet, og nedgang på 3 % i Vest-Antarktis.  Økt nedbør har gitt mindre saltholdig vann, som fryser lettere. Dessuten styres isutbredelsen av vind og strøm, som de siste årene har vært slik at de har begunstiget isdannelsen.  Forskjellen i geografiske forutsetninger kan forklare de ulike trendene vi ser i nord og sør: Arktis er et hav omringet av land. Ca 50 % av sjøisen her forsvinner i løpet av smeltesesongen. Antarktis er derimot et kontinent omgitt av hav. Her smelter ca 80 % av sjøisen hvert år fra vinter til sommer.

Det er ikke mulig å vurdere klimautviklingen i forskjellige deler av Norge direkte ut fra globale modeller med grov romlig oppløsning. Det er derfor nødvendig å «nedskalere» resultatene fra de globale modellene. Beregningene av fremtidig klimautvikling for Norge nedenfor er derfor basert på slike nedskaleringer av globale modeller.

Hvis utslippene fortsette å øke slik de har gjort fram til 2015, beregnes årstemperaturen for Norge å øke med ca 4,5 °C i løpet av det 21. århundret. Med kraftig reduksjon i klimagassutslippene utover i dette hundreåret er temperaturøkningen beregnet å bli 1,5 – 2, 5 °C. Oppvarmingen vil ikke bli like stor over hele landet: Størst temperaturøkning er beregnet for Finnmark; - minst for Vestlandet. Størst oppvarming beregnes for vinteren og minst for sommeren.  Det beregnes flere varme døgn (>20 °C), særlig i sørøstlige deler av landet; lengre vekstsesong, særlig langs kysten; og kortere fyringssesong, særlig i Midt- og Nord- Norge. Antall mildværsdager om vinteren (minimumstemperatur over 0 °C) ventes å øke over hele landet.

Hvis utslippene fortsette å øke slik de har gjort fram til 2015,  beregnes en økning i årsnedbør for Norge på ca. 20 % i løpet av århundret. Den største prosentvise økningen i nedbør er beregnet for nordlige deler av Norge, mens nedbørøkningen i millimeter er størst for Vestlandet og Midt-Norge. For Norge som helhet kan det bli en dobling av dager med kraftig nedbør, og nedbørintensiteten på dager med kraftig nedbør kan øke med ca. 20 %.  Foreløpige analyser tyder på at for intens nedbør med kortere varigheter enn ett døgn, kan økningen bli større, anslagsvis 40 % for 3-timers nedbør. I hele Norge og over store deler av resten av kloden vil trolig ekstreme nedbørmengder opptre oftere.

Siste ord er ikke sagt når det gjelder nedbøren. Beregningene er usikre fordi modellene har feilaktige avvik i måten de beskriver regionale detaljer som havtemperatur, havis, og stormbaner. Estimatene kan endre seg når vi får bedre modellberegninger. Stormbanene har en tendens å ligge litt på feil sted i de globale klimamodellene, og de lokale klimamodellene ikke har høy nok detaljrikdom til å fange opp konvektiv nedbør.

Det er ikke funnet endringer i vindklimaet de siste 50 årene, men endringer i observasjonsmetodikk gjennom disse årene gjør at vi ikke kan fastslå dette med sikkerhet. Dagens klimamodeller kan heller ikke beskrive mulige vindendringer i framtida godt nok til å konkludere om mulige endringer.

De globale klimascenariene beskrives i rapportene til FNs klimapanel (IPCC). Den siste rapporten kom i 2013. Rapporten benytter betegnelser som «sannsynlig» (66-100 % sannsynlighet) og «svært sannsynlig», (90-100 % sannsynlighet) .Tilsvarende tolkes «svært lite sannsynlig» som 0-10 % sannsynlighet.

IPCC gir en sannsynlig global temperaturøkning fra 1990 og fram til år 2100 på fra 1,1 til 6,4 °C, avhengig av hvilke utslippsscenarier som legges til grunn. Disse estimatene bygger på en rekke beregninger fra forskningsmiljøet og publikasjoner i den vitenskapelige litteraturen.

Det er svært sannsynlig at intense nedbørepisoder vil forekomme oftere. Det er meget sannsynlig at det blir mer nedbør i Nord-Europa totalt, og sannsynligvis mindre i Sør-Europa. Nedbøren kan øke fordi det blir flere dager med nedbør og fordi det kommer mer de dagene det regner. Analyse av historiske observasjoner tyder på at det har vært en økning i både frekvens og intensitet over Norden de siste 50 årene.

IIPCC-rapporten sier at det er svært sannsynlig at dypvannsdelen av havstrømmene i Nord-Atlanteren (den termohaline sirkulasjon) vil svekkes i løpet av inneværende århundre. Havvannet i nord får mer ferskvann på grunn av økt nedbør og avsmelting. Dette reduserer saltholdigheten og tettheten til vannet, som er drivkraften i den termohaline sirkulasjonen. Havstrømmene tilknyttet den termohaline sirkulasjonen gjør at varme trekkes nordover fra Golfstrømmen (som er en intens og vinddrevet havstrøm utenfor Floridas østkyst som frakter varmt vann fra Mexicogolfen nordover til Atlanterhavet). Modellene viser en reduksjon på fra 11 % til 34 % ved slutten av dette århundret. Disse beregningene er svært usikre, og det er svært lite sannsynlig at varmetransporten i Atlanterhavet vil oppleve en plutselig endring fram mot 2100. Denne varmetransporten er en forklaring på det milde klimaet i Nord-Europa sammenlignet med tilsvarende breddegrader (se grafikk), og en såkalt “termohalin kollaps” (dvs at havstrømmene i Atlanterhavet snur og varmetransporten slutter) vil kunne gi Norge et klima mer lik Alaska.

Snø- og isdekket vil reduseres ytterligere ifølge alle scenarier. Arktis vil være isfri om sommeren mot slutten av dette århundret ifølge noen av scenariene.

Stormbanene vil trolig fortsette å forflytte seg mot polene, noe som innebærer endringer i nedbør og temperaturmønster i ikke-tropiske strøk. Det finnes også modellsimuleringer som tyder på at levninger av tropiske stormer vil kunne komme lenger nord i et varmere klima, og at noen av disse vil kunne nå Norge med ekstreme nedbørsmengder. Det er uklart om disse endringene vil føre til endringer i vindklimaet.

Ved en global oppvarming vil havnivået fortsette å stige som følge av havets termiske utvidelse, samt smelting av innlandsis. Beregninger tilsier at stigningen fra dagens nivå og frem til år 2100 vil være mellom 19 og 58 cm, avhengig av ulike utslippsscenarier. Uforutsette endringer i dagens isbreer på Grønland og Antarktis kan imidlertid endre dette bildet i stor grad. Men, havet vil fortsette å stige lenge etter 2100, og man er nødt til å ta høyde for enda større stigning i fjernere fremtid.

For lavereliggende deler av verden vil havnivåstigningen kunne få store konsekvenser. Bangladesh er allerede i dag jevnlig utsatt for oversvømmelser. Enkelte lave øyer og øygrupper står i fare for å forsvinne, selv  om noen korallrev-øyer i Stillehavet har vist vekst de siste årene. Dette skyldes at vind og bølger bryter løs deler av korallene og fører dem inn over land. Flere av øyene opplever dermed at fasongen endres gradvis.

Lavtliggende jordbruksland står i fare for å bli liggende brakk på grunn av saltvannsinntrengning.

Landhevingen i Skandinavia etter siste istid ventes enkelte steder å dominere over havnivåstigningen helt fram til midten av dette århundret.

I dag bor det ca. 46 millioner mennesker i flomutsatte områder. En havnivåstigning på 0,5 meter vil innebære at anslagsvis 92 millioner mennesker kommer i risikosonen. Tap av landareal kan bli betydelig for utsatte kyst- og øystater som Nederland, Bangladesh og Maldivene.

Til sammenligning er det beregnet at hvis all polis og alle breer på Jorden en gang skulle smelte helt bort, ville havnivået på Jorden stige med 80–90 m.

En reduksjon i det biologiske mangfoldet er også en mulig konsekvens. Ifølge FNs klimapanel kan ørkenene bli mer ekstreme ved at de blir varmere, men ikke fuktigere. Det er også beregnet at mellom en tredjedel og halvparten av isbreene kan forsvinne i løpet av de neste 100 år. Dette kan påvirke blant annet vannføringen i elver og tilførsel til vannkraftverk og jordbruk.

En global oppvarming kan også føre til større forskjeller i jordbruksproduksjonen mellom ulike områder. Studier indikerer at den totale globale matvareproduksjonen vil kunne opprettholdes, mens den geografiske fordelingen av produksjonen kan bli endret. Dette vil i så fall gi økt risiko for sult og hungersnød i enkelte regioner.

En global oppvarming vil også ha betydelige konsekvenser for menneskers helse, bl.a. med økt utbredelse av infeksjonssykdommer som malaria.