mini|Klimaforskarar tek prøvar av smeltevatn i Arktis. Klimaendring viser til endringar i globalt eller lokalt klima og medfører av «gjennomsnittsvêret» over ei tid får ein annan karakter, til dømes gjennom endring i nedbørsmengda eller i temperaturen.
Klima er ingen statisk storleik, derfor har klimaendringar funne stad til alle tider. Auken i den globale gjennomsnittstemperaturen som har pågått i om lag 100 år no, er derimot i stor del menneskeskapt.
Terminologi Den mest generelle definisjonen på ei klimaendring er ei endring i dei statistiske eigenskapane i klimasystemet når ein ser over ein lang tidsperioden, uavhengig av årsaka. Derfor vil ikkje svingingar over ein kortare periode enn eit par tiår, som El Niño, reknast som ei klimaendring.
Uttrykket vert stundom nytta til å vise direkte til klimaendringar skapt av menneskeleg aktivitet, i motsetnad til endringar i klima som kjem av naturlege prosessar på jorda. Det vert derfor stundom nytta spesifikt i miljøpolitikken som synonymt med menneskeskapt global oppvarming. I vitskaplege tidsskrift syner derimot global oppvarming til auke i overflatetemperaturen, medan klimaendring omfattar global oppvarming og alt anna som aukar drivhuseffekten.
Årsaker Klimaendringane kjem av endringar i den globale energibalansen. På vidast skala avgjer energimengda me får frå sola og kor mykje energi som går tapt til verdsrommet likevektstemperaturen og klimaet på jorda. Denne energien vert så fordelt rundt kloden av vindar, havstraumar og andre mekanismar som påverkar klimaet i dei forskjellige regionane.
Faktorar som kan forme klimaet vert kalla klimapådrag eller «pådragsmekanismar». Dette omfattar prosessar som variasjonar i solinnstrålinga, avvik i omlaupsbanen til jorda, fjellbygging og kontinentaldrift, og endringar i konsentrasjonen av drivhusgassar. Det er mange tilbakekoplingsprosessar som anten kan forsterke eller minske dei opphavlege pådraga. Somme delar av klimasystemet, som hav og iskalottar, reagerer langsamt på klimapådrag, medan andre reagerer raskare.
Klimapådraga kan vere anten «interne» eller «ytre». Interne klimapådrag er naturlege prosessar innanfor sjølve klimasystemet (til dømes termohalin sirkulasjon). Ytre klimapådrag kan vere naturlege 8til dømes endringar i effekten frå solstrålene) eller menneskeskapte (til dømes utslepp av drivhusgassar).
Uavhengig om klimapådraget er internt eller eksternt, så kan klimasystemet svare raskt (til dømes ei brå avkjøling på grunn av vulkansk oske i lufta som reduserer sollyset), langsamt (til dømes termisk ekspansjon av oppvarming av havvatn), eller ein kombinasjon (til dømes brått tap av albedo i polhava når sjøisen smeltar, etterfølgd av ein meir gradvis termisk ekspansjon av vatnet). Derfor kan eit klima system svare raskt, men den fulle effekten av pådraga er kanskje ikkje fullt utvikla før fleire hundreår seinare.
Indre pådrag Naturlege endringar i klimasystemet til jorda og vekselverknadane dei i mellom er årsaka til indre klimavariasjonar, eller «indre pådrag». Vitskapsfolk definerer generelt dei fem komponentane i klimasystemet til jorda som atmosfæren, hydrosfæren, kryosfæren, litosfæren (avgrensa til jordsmonn, berg og sediment) og biosfæren.
Variasjonar i havet mini|Den tiårige svinginga i Stillehavet 1925 til 2010
Havet er ein grunnleggande del av klimasystemet, og somme endringar i havet skjer over lengre tid enn i atmosfæren, sidan havet har ein masse som er fleire hundre gonger større og har ein særs høg termisk tregleik (som at temperaturen i djuphavet framleis syner spor etter den vesle istida).Kirk Bryan, Geophysical Fluid Dynamics Laboratory. Man's Great Geophysical Experiment. U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration.
Korttidssvingingar (år til eit par tiår), som El Niño – sørleg oscillasjon, den tiårige svinginga i Stillehavet, den nordatlantiske oscillasjonen, og den arktiske oscillasjonen, er klimavariasjonar og ikkje klimaendringar. På lengre tidsskala kan endringar i havprosssar, som den termohaline sirkulasjonen, spele ei nøkkelrolle i fordelinga av varme i verdshava.
mini|Figur som syner den termohaline sirkulasjonen. For fleire titals millionar år sidan, reiv Antarktis seg laus, slik at den antarktiske sirkupolare straumen, heldt varmt vatn borte frå Antarktis.
Ytre pådrag mini|Auke av CO₂ i jordatmosfæren. mini|Milanković-syklusane frå 800 000 år sidan til 800 000 fram i tida. mini|Variasjonar i CO₂, temperatur og støv frå Vostokiskjernen over dei siste 450 000 år sidan
Omlaupsvariasjonar
Små variasjonar i jordomlaupet fører til endringar i fordelinga av sollyset som når jordoverflata i løpet av årstida og korleis sollyset vert fordelt over kloden. Det er svært lita endring i solskinet innanfor eit område frå år til år, men det kan vere store endringar geografisk og gjennom året. Dei tre typane omlaupsvariasjonar er variasjonar i jorda sin eksentrisitet, endringar i hellinga til rotasjonsaksen til jorda, og presesjonen til jordaksen. I lag skapar desse Milanković-syklusane som har stor innverknad på klimaet og er kjende for å samsvare med istider og mellomistider, samsvaret med kor stor Sahara har vore, og for å kome til syne i stratigrafiske arkiv.
IPCC skriv at Milanković-syklusane dreiv istidssyklusar; CO2 følgde temperatuendringane med «eit etterslep på nokre hundreår»; som ei tilbakekopling forsterka av temperaturendringar.Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. FAQ 6.1 What Caused the Ice Ages and Other Important Climate Changes Before the Industrial Era?. Djuphavet har eit etterslep når det gjeld temperaturendringar (termisk tregleik på slik skala). Når havtemperaturen endra seg, vart oppløysinga av CO2 i hava endra, samt andre faktorar som påverkar utvesklinga av CO2 mellom hav og atmosfære.Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Box 6.2: What Caused the Low Atmospheric Carbon Dioxide Concentrations During Glacial Times?.
Soleffekt
mini|Variasjonar i solaktiviteten dei siste hundreåra basert på solflekkar og beryllium-isotopar. Perioden med særs få solflekkar seint på 1600-talet samsvarar med den vesle istida.
Sola er den viktigaste energikjelda på jorda. Både lang- og korttidsvariasjonar i solintensiteten er kjend for å påverke klimaet globalt.
Tre til fire milliardar år sidan strålte sola ut berre 70 % av energien ho gjer i dag. Om ein hadde hatt den same atmosfæriske samansetnaden på jorda då som i dag, ville det ikkje eksistert flytande vatn på jorda då. Det er likevel spor etter vatn i den tidlege historia til jorda, i hadeikum og arkeikum, det såkalla svak sol-paradokset. Hypotetiske løysingar til dette paradokset er at atmosfæresamansetnaden var heilt annleis, med mykje høgare konsentrasjonar av drivhusgassar enn i dag. I løpet av dei neste om lag fire milliardar åra, har effekten frå sola auka og samansetnaden til jordatmosfæren endra seg. Oksygentilførsla i atmosfæren for kring 2,4 milliardar år sidan var ein av dei viktigaste endringane. I løpet av dei neste fem millionar åra vil sola til slutt døy og verte ei raud kjempe og så ein kvit dverg, som vil ha enorme effektar på klima. Som raud kjempe vil sola truleg ende alt liv på jorda som overleverer fram til då.
Soleffekten varierer òg på kortare tidsskala, mellom anna ein 11 år lang solsyklus og lengre svingingar. Variasjonar i solintensiteten vert rekna for å ha vore viktig i utløysinga av den vesle istida, og for noko av oppvarminga ein har sett frå 1900 til 1950. Ein forstår enno ikkje fullt ut den sykliske karakteren til solenergien, og han skil seg frå den særs langsame endringa som skjer i sola etter kvart som ho eldast og utviklar seg. Forsking indikerer at solvariasjonen har hatt effektar, mellom anna på Maunder-minimumet frå 1645 til 1715 som var ein del av den vesle istida frå 1550 til 1850, som markerte ei relativt avkjøling og større isbredanning enn i hundreår før og etter. Somme studiar peikar på at auka solstråling frå syklisk solflekkaktivitet har påverka global oppvarming, og at klimaet kan vere påverka av summen av alle effektane (solvariasjon, menneskeskapt strålingspådrag etc.).
Ein studie frå 2010 indikerer, at «effekten av solvariasjon på temperaturen gjennom atmosfæren kan vere motsett av dei noverande forventingane.»
I august 2011 gav CERN ut ei pressemelding i Nature der dei synte til dei første resultata frå CLOUD-eksperimentet. Resultatet indikerer at ionisering frå kosmisk stråling i stor grad aukar danninga av aerosolar når ein har svovelsyre og vatn, men i den nedre atmosfæren, der ein òg krev ammoniakk, er ikkje dette nok til å stå for aerosoldanninga og ein må ha andre sporstoff i tillegg. Det neste steget er å finne ut meir om desse sporstoffa, mellom anna om dei er av naturleg eller menneskeleg opphav.
Vulkanisme mini|I atmosfærisk temperatur frå 1979 til 2010, sett frå MSU NASA satellittar, ser ein effekten av aerosolar i atmosfæren etter store vulkanutbrot (El Chichón og Pinatubo). El Niño er ei fråskild hending, som kjem av variasjonar i havet. Vulkanutbrot slepp ut gassar og partiklar i atmosfæren. Vulkanar store nok til å påverke klimaet har hatt utbrot fleire gonger per hundreår, og ført til avkjøling (delvis ved å blokkere for solinnstrålinga til jordoverflata) i periodar på nokre få år. Utbrotet til Pinatubo i 1991, det nest største utbrotet på 1900-talet (etter utbrotet til Novarupta i 1912) påverka klimaet i stor grad. Den globale temperaturen fall med om lag 0,5 °C. Utbrotet til Tambora i 1815 førte til året utan sommar. Mykje større utbrot skjer berre nokre få gonger per hundre millionar år, men kan føre til store global klimaendringar og masseutryddingar.
Vulkanar er òg ein del av den omfattande karbonsyklusen. Over ein lang (geologisk) tidsperiode, slepp dei ut karbondioksid frå jordskorpa og mantelen, og motverkar opptaket av CO2 i sedimentære bergart og andre geologiske karbondioksidsluk. US Geological Survey estimerer at vulkanutslepp er på eit mykje lågare nivå enn effekten av den noverande menneskelege aktiviteten, som genererer 100-300 gonger meir karbondioksid enn det vulkanane slepp ut. Ein studie indikerer at dei årlege vulkanutsleppa av karbondioksid, inkludert det som kjem frå midthavsryggar, vulkanbogar og heiteflekkvulkanar, berre tilsvarar 3-5 dagar med menneskelege utslepp. Den årlege mengda som menneskeleg aktivitet medfører kan til og med vere større enn mengda eom ein supervulkan kan sleppe ut. Det siste utbrotet til ein supervulkan var Toba i Indonesia for 74 000 år sidan.
Sjølv om vulkanar teknisk sett er ein del av litosfæren, som i seg sjølv ein del av klimasystemet, definerer IPCC vulkanisme eksplisitt som eit ytre klimapådrag.http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/syr/en/annexes.html
Platetektonikk I løpet av millionar av år vil rørslene til jordskorpeplater gjere at land og havfordelinga, samt topografien, endrar seg. Dette kan påverke både globale og lokale klimamønster og atmosfære-havsirkulasjonen.