Ünite 4: Bilimsel Detaylar Merceğinde İklim Değişikliği

Küresel İklim bilim

Dönemsel şablonlarını küresel ve bölgesel ölçekte iklim doğasının belirlediği hava, günlük yaşantımızda hem yaptığımız fiziksel etkinliklerin kalitesi ile hem de psikolojik yapılanmamız ile yakından ilişkilidir. Yaşadığımız gezegenin küresel iklimi, insanların stratejik kararlarının, hatalarının, hayat tarzının, toplumsal tercihlerinin ortaya çıkmasında olumlu veya olumsuz rol oynayan bir etkendir. Gezegenimizin iklimini tanımlayabilmemiz için, fiziksel, geometrik, konumsal, jeolojik oluşum süreçlerini birlikte değerlendirmemiz gerekir..

Isınma

Küresel ısınma, sera gazı emisyonlarındaki artışa bağlı olarak, küresel ortalama yüzey sıcaklıklarındaki artışı ifade eder. Isınmanın küresel ölçekteki nedeni, atmosfere sera etkisi yapan karbondioksit ve metan gibi sera gazlarının emisyon artış hızındaki yükseliştir. Küresel ısınma ve iklim değişikliği, fiziksel ve doğal çevre, şehirlerdeki hayati faaliyetler, kalkınma ve ekonomi, teknoloji, insan hakları, tarım, gıda, temiz su ve sağlık gibi hayatımızın bütün alanlarında olumsuz etkilere sebep olmaktadır. İklim değişiminde, günümüz sanayi üretiminden kaynaklanan atmosferdeki sera gazı artışının yanı sıra, geçmişteki emisyonların da katkısı büyüktür.

Küresel İklim Doğasına AsrtroGeometrik Etki

Güneş: Evrimi halen devam eden genç bir yıldız olması nedeni ile, her bir milyar yılda bir ışıma gücü %10 kadar arttı. Değişken olan sadece ışıma gücü değil, aynı zamanda yarı çapı da değişmekte ve ışıma gücünü etkilemektedir. Manyetik alan çizgilerinin kopması ile oluşan güneş lekelerinin orta kısımları daha az ışıma gücüne sahiptir. Dönemsel olarak lekelerin artıp azalması, ışıma gücünde ve dolayısı ile enerjisinde değişkenliğe sebep oluyor. Yaklaşık %10 değerinin altına inmesi, yerkürenin buzul çağını yaşamasına neden olmaktadır.

Yörüngesel Etkileşim: Güneşin ışıma gücünden yerkürenin aldığı enerji yörüngesel parametreleri ile ilişkilidir. Yörünge elipsinin basıklığındaki periyodik değişimler, yerkürenin yıldıza ne zaman, ne kadar yaklaştığını belirler. Dönme ekseninin, yörünge düzleminin dikiyle yaptığı açının zamanla değişimi ve eksenin yalpası, alınan ışıma gücünün değişik enlemlerde, (kuzey ve güney yarımküreler arasında) nasıl paylaşıldığını belirlemektedir. Yörünge elipsinin yattığı düzlemin, güneş sisteminin toplam açısal momentumunun korunduğu “sabit düzlem” ile yaptığı açının salınımı, yerküreye gelen enerjiyi, geometrik olarak etkilemektedir ve enerji değişkenliğini beslemektedir. Ekinoksun (gündönümü) eksen kaymasının, Dünya’nın Güneş ışınlarını almasında ve mevsimlerin değişiminde önemli rolü vardır. Dünyanın çemberimsi yörünge düzlemi, hafif dış merkezli bir elips oluşturana kadar, her 100.000 ila 400.000 yılda azami %6 oranında genişlemiştir. Bu dönemde, Dünya tarafından alınan toplam enerji miktarı değişmiştir. Enerji değişimine neden olan diğer önemli bir etki de, Dünyanın yörünge düzlemindeki konum değişimi meydana gelmesidir.

Küresel İklim Doğasına Jeolojik Etki

Yerküremizin iklim dengesinin doğasını yapılandıran süreç, gezegenin oluşum aşamasındaki jeolojik etkileşimlerle başlamıştır. İklimbilimcilerin üzerinde çalıştıkları en eski veriler, yaklaşık 3 milyar yıl öncesindeki kayalara aittir. Elde edilen sonuçlara göre; CO 2 nedeni ile, yaklaşık 650 milyon yıl önce Dünya buzdan bir küre şeklindeydi. Yerkürenin bu jeolojik mekanizmaları nedeni ile, soğuk dönemler, sıcak dönemlerden dokuz kat daha fazla olmuştur. Dönemler arası geçiş, mevsimseldir. En uzun süren dönemde, her 300 milyon yılda bir, levhalar kayarak tüm kıtaları birbirine yaklaştırırken, okyanus akıntıları şekil değiştirmiştir ve levha çarpışmaları sırasında sıradağlar oluşurken büyük ölçüde erozyon meydana gelmiştir. Bu iki etken hızlı ve küresel bir soğuma başlatmıştır. 200 milyon yıl sonra çok daha kısa süren diğer dönemler gerçekleşmiştir. Bu süreçlerin sonucunda, Dünya’nın hareketlerindeki astronomik değişimlere bağlı olarak, küresel iklime 100.000 yıllık ve 41.000 yıllık birbirini takip eden iki buzullaşma ve erime devirleri yaşanmıştır. Yaklaşık 250 milyon yıl öncesinde, dünya sıcak ve nemli bir küreydi. Kutuplarda sıcaklık hiçbir zaman 10 °C derecenin altına düşmüyordu. Dünya’daki ortalama sıcaklık bu günkünden 6 °C derece daha fazla, denizlerin seviyesi ise 200-300m daha yüksekti. Bitki örtüsü ve sürüngenlerin yayıldığı mezozoik çağ, ani bir soğuma ile son buldu. Farklı doğal etkilerle bu serinlik yerini 40 milyon yıl önce kendiliğinden biten yavaş bir ısınmaya bıraktı. Bu dönemde kalıcı olarak Güney kutbuna yerleşen ve bir deniz akıntısı ile izole olan Antartika kıtası, soğumuş, karlanmış, buzlanmış olarak gezegenin atmosferini 5 derece serinletti. 5 milyon yıl önce gezegen tropikal bir etkileşim sonucu küresel iklim dengelenmesi süreci başlattı ve ardından 2,5 milyon yıl harcayarak günümüze ulaşacak olan kuaterner buzullaşma sürecini yaşadı. Sürecin ilk aşamalarında gerçekleşen uzun soğuk dönemde, 17 tane olan buzul zaman dilimi, 80000 yıl buzlanma, 20000 yıl çözülme olarak, 100000 yıl periyotla oluştu. Yeryüzünün ortalama sıcaklığı, her periyotta 5 ila 6 derece arası düşüşüne paralel olarak, okyanus döngüsünde küresel bir hareket ve büyük kıta buzullarının yansıtma gücü ile genel bir soğuma süreci gerçekleşti. Yerkürenin yapısal, topoğrafik ve geometrik etkileri nedeni ile Dünya’nın Güneş’ten gelen ışınlara tepkisi ve üzerinde yaşayan canlılığa katkısı, yıl içinde dönemsel olarak farklılık göstermektedir. Dünya’daki karaların büyük bir bölümü kuzey yarım kürede yer alır. Bu nedenle bitki örtüsünün de büyük bir bölümü ekvatorun kuzeyinde bulunur.

İklimdeki Değişkenlik Üzerine Küresel Araştırmalar

Dünyanın iklim sistemi, atmosfer ve okyanusların doğal güçleri ile rüzgâr, yağmur ve sıcaklık dağılımını kontrol eder. Bu dinamik sistem, bir buzul çağından diğerine doğru sürekli değişmektedir. Milattan sonra ilk dörtyüz yıl içinde ise soğuk bir dönem başlamıştır. Bu dönemi X. yüzyıldan itibaren önceleri yavaş, sonra ise daha hızlı ve genel bir ısınma izlemiştir. Bu, Avrupa’da XIV. yüzyılın başına dek devam edecek şaşırtıcı ortaçağ iklim zirvesidir. Az nemli ve daha sıcak olan hava, tahıl yetiştirmeyi kolaylaştırmış, buna karşın tohumları taşıyan nemli bölgelerin azalmasına ve ormanların seyrelmesine yol açmıştır. Mezopotamya’da ve İndus kıyılarında tahıl gelişmesini kolaylaştıran iklimsel ısınma, insanların düzenli ve bolca beslenmelerine imkân tanımıştır. İnsan daha iyi beslenmeye, salgın hastalıklardan daha az etkilenmeye ve toprağı daha verimli hale getirebilmeye başlamıştır. Böylece medeniyetin ilk filizleri atılmıştır. XIV. yüzyılın ortasından XIX. yüzyılın ortasına dek Avrupa’nın ortalama sıcaklığı bugünkünden 1 °C derece daha azdı. XIX. yüzyılın ortasından itibaren her şey yavaş yavaş ısınma sürecine girmiştir.

Önceki İklimlerin İncelenmesi

Küresel iklim değişikliğini ve getirdiği olumsuz etkileri analiz ederek yorumlayabilmemiz için, daha önceki iklimler hakkında bilgi sahibi olmamız yararlı olur. Bu nedenle geçmiş tarihli iklim özelliklerinin bilimsel platformlara taşınması gereklidir.

Buz Kalıntılarının İncelenmesi Yöntemi: Buzul çökeltilerinin incelenmesi, birbirini takip eden buzul dönemler ile sıcak dönemleri analiz etmemize imkân verir. Denizdeki tortularda açık ve kapalı katmanların ardışıklığı, sıcak dönem ile soğuk dönemlerin birbirini takip ettiğini gösterir. Bu katmanlar, ait olduğu bilinen türler belirlenip, katmanları ampirik olarak tarihlendirilebilmektedir. Aynı şekilde, göl çamurlarındaki değişik katmanlar da, içlerinde hapsolmuş polenlerin kaynağı belirlenerek tarihlendirilebilmektedir. Buz kütlesine yapılan sondaj sayesinde, biriken karın bileşenleri, onun geçmişi hakkında bize bilgi verir.

Oksijen Yöntemi: İklimbilimciler genellikle oksijenin doğal izotoplarından biri olan ₁₈ O ile ilgilenir. Daha ağır olan bu izotop, daha zor buharlaşır ve buharlaşan deniz suyunun orijinal ₁₈ O/ ₁₆ O oranında %1’lik bir azalma olur. Okyanusta kalan deniz suyunun ₁₈ O içeriği ise, kutup buzullarının hacminin büyüklüğü oranında yükselir. Deniz suyunun ₁₈ O/ ₁₆ O oranındaki bu değişikliği, deniz tortularından elde ettiğimiz deniz omurgasızlarının kabuklarında görülür. Ayrıca, Grönland ve Antartika buzulları üstündeki çok düşük sıcaklıkta oluşan karda bulunan ₁₈ O/ ₁₆ O yoğunlaşma oranı, karın meydana geldiği andaki sıcaklığa göre düşer. Karbon ve İzotop ları incelenerek, maddelerin geçmişleri tarihlendirilebilmektedir.

Doğal Dengedeki Süreklilik

Canlı hayatı, hava olayları ile paralel gelişim gösterir. Atmosfer koşulları, Dünya ile Güneş ışınlarının zamana bağlı geometrik farklılıkları, iklimin şekillenmesindeki en önemli değişkenlerdir. Bu aşamada en etkin rolü Güneş oynar. Güneş sabiti dönemsel olarak değişir. Atmosfer ve okyanusun etkiyi arttırıcı rolü olmasının yanısıra, bu değişim esas olarak Güneş yüzeyindeki lekelerin kapladığı alanın değişimine bağlıdır.

Doğal İklimdeki Konumsal Farklılığın Geometrik Nedeni

Atmosferdeki iklim farklılığı, Güneş ışınlarının geliş açısına göre değişir. Bu açı paralel (enlem) numaraları ile artar. Ekvator üzerinde Güneş ışınları dik açıya yakın olarak gelirken, kutuplarda yaklaşık teğet geçmektedir. Gelen Güneş ışınlarının açısı 90 dereceye yaklaştıkça, yerküre ile etkileştiği birim yüzeyin aldığı enerji de artmaktadır. Gezegenin yüzeyinde, ekvatora paraleller kutuplara yaklaştıkça, Güneş ışınlarına maruz kalan birim alan büyür, aynı birim enerji daha büyük alana yayılır. Bu nedenle Ekvatora yakın bölgeler, Kutuplara yakın bölgelerden daha sıcak olur. Gezegen, doğasında denge sağlayabilmek için, atmosferdeki hava ve okyanuslardaki su hareketleri ile bu farklılığı ortadan kaldırmaya çalışır. Dünya’nın dönme eksenindeki eğiklik nedeni ile oluşan mevsim döngüsü ile ilişkili olarak, atmosferde taşıma cepheleri meydana gelir ve bölgesel iklim farklılıkları gerçekleşir. Nemli iklim ekvator kuşağını kaplar. 10°’den fazla enlem bölgeleri tropikal iklime, 30° enlemi civarı ılıman iklime, 60° ve yukarısı ise kutup iklimine zemin hazırlar. Okyanus akıntılarından etkilenme, topoğrafya, kıyı çizgisindeki farklılık ve rüzgâr karakteristiği gibi yerküre doğasından kaynaklanan coğrafi ve jeolojik farklılıklar, bölgesel iklimlerin değişiklikler göstermesine katkı sağlar.

Doğadaki Etkileşim Süreçlerinin İklim Dengesine Katkıları

Atmosfer

Troposfer küresel olarak 20. yüzyılın ortalarından beri kesin olarak (%99-100 olasılıkla) ısınmıştır. Daha eksiksiz gözlemler, Kuzey Yarımküre’nin tropikal bölge dışında kalan bölgelerindeki sıcaklık değişikliklerinin, başka bölgelere göre daha yüksek güvenirlik düzeyindeki kestirimlerinin yapılmasına izin vermektedir. Bu nedenle, Kuzey Yarımküre’nin tropikal bölge dışında kalan troposfer katmanının dikine yapısı ve ısınma oranı için orta düzeyde güvenirlik varken, diğer bölgeler için dü ş ük güven düzeyleri söz konusudur. Okyanus Akıntıları; biriken ısıyı gezegenin tümüne dağıtmada önemli katkısı olan diğer bir etkendir. 4km derinliklere kadar gezegenin %70’ini kaplayan okyanuslar, yavaş ısınan ve soğuyan devasa su kütleleri olarak ısısal hareketsizliği ile mevsimler arasındaki ısı farklılığını azaltmaktadırlar. Küresel ölçekte okyanusların ısınması, yüzeye yakın bölgelerde en büyüktür. Üst 75m’lik katman, son dönemde her 10 yılda 0,11 °C ısınmıştır. İklim sistemindeki net enerji artışının %60’tan fazlasının üst okyanus bölgesinde, net enerji artışının %30’u ise 700m’nin altı olan alt okyanus bölgesinde gerçekleştiği belirlenmiştir. Atmosfer ile okyanuslar arasındaki etkileşim, iklimlerin şekillenmesinde önemli bir rol oynar ve küresel bir akıntı olarak gözlenir. Sıcaklık ve tuzluluk farkından kaynaklanan ve Grönland yakınında başlayan “DÖNEN BAND” dolaşımı, okyanus sularının yaklaşık dörtte üçünü hareket ettirir. Yerküredeki Farklı İklim Bölgeleri; İklim sınıflandırmasındaki en etkili değişkenler okyanusa uzaklık ve topoğrafik yüksekliktir. Bu değişkenlerin sınıflandırmaya katkısı, bulunduğu enlemlere bağlı olarak farklılık gösterir.

İklim farkları:

• Nemli Ekvator İklimi bölgelerinde mevsimler oluşmaz. Düzenli ve güçlü bir sıcaklık ve nemlilik hüküm sürer. Bu bölgeler, mevsimsel farklılık gösteren büyük miktarda yağışlara maruz kalır.
• Tropikal İklim bölgelerinde, nemli ve kuru mevsimler keskin olarak art arda gelir. Çok kuru atmosfer etkileşimleri ani olarak gözlenir.
• Kurak İklim bölgelerinde ise su eksikliği sekiz ay yaşanır ve kalan dört ay bu eksikliğin olumsuz etkileri hüküm sürer.
• Ilıman İklim alanlarında yaz ile kış mevsimleri arasında 25 dereceyi geçmeyen ortalama sıcaklık farkı ile ne çok soğuk ya da sıcak, ne de çok yağışlı karakterde ılık bir iklim ile dört mevsim yaşanır.
• Kuzey İklimi bölgesinde ise çok sert bir kışın ardından gelen aşırı yağış gösteren ilkbaharın ardından sıcak bir yaz yaşanır.
• Kutup İklimi yaşayan bölgeler çok az yağış alır ve kısa süren hafif bir yazın ardından keskin ve çok sert, yoğun bir kış hüküm sürer.

Su; Dünya’daki su kütlesinin %97,4’ünü okyanuslar oluşturur. %2’sini buzullar, %0,6’sını akarsular, %0,001’ini buharlaşma oluşturur. Kalan miktar (%0,0001) ise canlı hücre bünyesinde yaşamı ayakta tutar. Toplam suyun sadece %2,4’ü tatlı sudur. Su miktarının %69’u katıdır ve bu kütlenin %90’ı Antartika’da, %9’u ise Grönland’da bulunur. Gezegendeki su rezervinin %0,74’ünü oluşturan tatlı suyun %90’ı yer altında bulunur. Canlılığın temel kaynağı olan, gezegen malzemesinin büyük yüzdesini oluşturan su, buharlaşma ve yoğunlaşma döngüleri ile hareket halindedir. Suyun doğadaki döngüsü, atmosferin, bitki örtüsünün, toprağın, kısacası doğanın canlılığını sürdürmesi için gereklidir ve iklimin varlığını doğal dengesi için işleyen mekanizmaları ayakta tutar.

Rüzgârlar ; Yerkürenin en yoğun sıcaklık kütlesi, Ekvatora paralel konumlanan Yengeç ve Oğlak Dönenceleri arasındaki koridorda bulunur. Bu kütle, “hücre” sistemi ile kutuplara doğru taşınırken güçlü rüzgârlar oluşur. Güneşten alınan enerji miktarı enlemlere göre farklılık göstermekte, düşük ve yüksek derecelerdeki enlem bölgelerinde sürekli bir dengesizlik oluştuğundan, yönü yeryüzü topoğrafyası ve eksen etrafında dönmesi ile belirlenen rüzgârlar sayesinde, ısı dağılımındaki hareketlilik sürekli olmaktadır.

Atmosferdeki Dolaşım

Tropikal ısının kutuplara doğru taşınması sürecinde, Yerkürenin iklim mekanizması, iki cepheli bir sistem oluşturur. Yukarı kol nemli tropikal iklimi, aşağı inen kol ise kurak iklimi belirleyen ve süreklilik gerektiren Hadley hücresidir.

Hadley hücresi: 1735 yılında İngiliz biliminsanı Hadley, boylam düzeyinde hava akımı hücrelerinin varlığını açıklamıştır. Sıcak, nemli ve yoğunluğu az Ekvator havası, yükselen bir hareketle akar ve bu hareket sırasında kurur. Kutuplara doğru yönelmeden önce 16km yüksekliğin üzerine çıkan bu hava, ılıman alanlarda tekrar alçalır ve sonra yeni bir tur için gerekli enerjiyi yüklenerek tekrar dönencelere doğru harekete başlar. Isınan bir tencere suyun gaz haline geçişindeki hareketi andıran “Hadley hücresi” denilen bu sürekli halkalar, alçak enlemlerde nem ve ısı şeklinde biriken fazla enerjiyi ılıman bölgelere doğru taşır. Aşağı inen koldaki sıcak havanın bir kısmı 30° ile 65° enlemleri arasında bulunan ve diğerine göre daha az süreklilik gerektiren Ferrel Hücresi tarafından alınır. Mevsimlik alçak basınç ve yüksek basınçlarla olduğu kadar çok etkili kuzeydoğu rüzgârları ile de belirlenen bu süreksizlik, sıcaklık ve yağış seviyelerini dengeleyerek ılıman iklimi oluşturur. Bir kısmı Ferrel hücresi tarafından alınan kutup havasının üstünde doğudan batıya doğru dönen bir hücre oluşur. Hadley hücresinin alt kısmı ise Alize rüzgârları ndan oluşur.

Alçak ve Yüksek Basınçlar

Hadley hücreleri, Ekvator üzerinde alçak basınç ve 30° enlemlerine doğru yüksek basınçlar şeklinde görülür. Sıcak hava yükselirken yeryüzü üzerindeki basıncın azalmasına neden olur ve alçak basınç oluşur. Soğuk hava inerken ise yerel atmosfer basıncını arttırır ve yüksek basınç oluşur. 65° enlemlerinin ötesinde, kutuplarda alçak basınç hakimdir. Kuzey yarımkürede, güneye göre daha büyük bir alan kaplayan kara kütlesi, bu enlemsel dağılımı biraz olsun değiştirir; soğuk Sibirya toprakları yüksek basınç üretirken, sıcak çöl kumları alçak basınç üretmektedir.

Kuzey ve Güney Yarımkürede Yüksek Basınçta Havanın Dönme Yönü

Coriolis kuvveti dünyanın dönmesinden ileri gelir ve dünya üzerinde bir çok etkisi vardır. Coriolis kuvvetlerinin büyük ölçekli etkilerinden biri de siklonlar ve alize rüzgârlarıdır. Ekvatordan ısınarak yükselen ve dünyanın kuzey ve güney yarıküresine savrulan hava, buralarda Coriolis kuvvetinden dolayı farklı yönlerde dönerek ilerler. Kuzey yarıkürede yüksek basınç alanları saat yönünde, alçak basınç alanları saat yönünün tersine dönerler. Bu olay güney yarıkürede tam tersinedir. Yüksek basınç saat yönün tersine, alçak basınç alanları saat yönünde dönerler. Aynı olay daha büyük ölçekte, alize rüzgârlarının doğrultusundan da sorumludur. Ekvator civarında yeryüzünün ısınması, havanın yükselmesine neden olur ve boşalan yere ekvatora doğru akan daha serin hava dolar. Bununla beraber, Coriolis kuvveti nedeniyle, hava doğrudan doğruya kuzey veya güney yönünde akmaz, batıya doğru sapma yapar. Böylece Kuzey yarıkürede Kuzey-Doğu alize rüzgârları, Güney yarıkürede Güney-Doğu alize rüzgârları meydana gelir.

Yerküre İklimini Yapılandıran Küresel Mekanizmalar

Muson , mevsimsel olarak dönenceler arasında, okyanustan kıtaya doğru ya da tam aksi yönde sürekli esen rüzgârdır. Bu rüzgâr, yaz boyunca aşırı bol yağış getirir, sonra yönü tersine döner ve kış boyunca aşırı kuru hava taşır.

Asya Musonu; Kuzey yarımkürede, yaz aylarında Asya kıtasındaki ısınan hava yükselir. Hindistan’ın kuzeyinde alçak basınç alanı oluşur. Hint okyanusu üzerinde Ekvator hizasında, daha serin ve yoğun olan hava birikerek bir yüksek basınç alanı oluşturur. Bu iki oluşum arasında bir hava akımı görülür ve Coriolis kuvvetinin etkisi ile Ekvatoru geçtikten sonra Kuzey-Doğuya yönelir. Okyanus üzerindeki hareketi süresince su buharı yüklenir ve topoğrafyanın yüksek olduğu bölgelerde yoğun yağmurlara dönüşür. Kış aylarında, kıta okyanustan çok daha hızlı soğur. Üzerindeki soğuk ve yoğun hava Baykal Gölü yakınında yüksek basınç merkezi oluşturur. Kuzeydoğudan Güney-Batıya doğru hareket eden kuru ve soğuk hava, okyanus üzerindeki alçak basınç merkezi tarafından çekilir. Himalayalar üzerinde su kaybeden hava daha da kuruduğu için, Güney-Doğu Asyayı, özellikle de Hindistan’ı kurutur. Bu hava alçak topoğrafyada, basıncın artması ile aynı zamanda ısı da kazanır.

Afrika Musonu; Yaz aylarında Sahra’daki alçak basınç merkezi, Güney yarım kürede bulunan yüksek basınç merkezi üzerinden gelen havayı çektiğinden, şiddetli yağışlara neden olur. Kışın tersine dönen olay Afrika’nın kurumasına yol açar.

Küresel Isınmadaki Süreklilik

Yaklaşık olarak son 150 yıldır gittikçe artan ve aşırı miktarda tüketilen petrol, kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtları ve arazi örtüsündeki değişimler nedeniyle, büyük miktarda zararlı gaz ve parçacıklar atmosfere salınmaktadır. Atmosferdeki karbondioksit, ozon’u seyrelten kloroflorokarbon gazları ve metan ile diazot monoksit gibi sera gazlarının miktarlarında önemli artışlar olmuştur. Bu artışlardan dolayı atmosferde kuvvetlenen sera işlemi de beraberinde günümüzdeki küresel iklim değişimi ve küresel ısınma problemini ortaya çıkartmıştır. Güneş ışınlarının atmosferi ve topoğrafyası ile etkileşimi sürecinde, yerkürenin sıcaklığı belirli bir derecede, sabit ve yaşanabilir bir seviyede tutulur. Güneş ışınları yerküreyi ısıtan ışık dalgaları biçiminde atmosfere girer. Ardından soğurulan ve yerküreyi ısıtan ışınımın bir bölümü uzaya, kızılötesi ışınım olarak geri yansır. Geri yansıtılan bu kızılötesi ışınımın bir kısmı bu atmosfer katmanı tarafından hapsedilerek atmosferde tutulur. Güneşten gelen enerjinin bir kısmını yeryüzü toplar ve atmosfer tarafından emilen kızılötesi ışınlar yayar. Bu Güneş enerjisinin uzaya geri gitmeyen büyük bir kısmı gezegende birikir ve Dünya’nın ortalama sıcaklığını sabitlemek için ısıl dengelenmeye katkı sağlar. Atmosferin daha fazla kızılötesi enerji soğurması durumunda, yeryüzü topladığından daha az enerji yayar ve bu ısınmasına neden olur. Bu durum, ilk sıcaklıktan daha yüksek bir sıcaklıkta yeni bir denge sağlanana dek yeryüzünün ışımasını arttırır. Sera etkisi sayesinde, yeryüzü üzerindeki ortalama sıcaklık -18 derece yerine 15 derecedir. Yüzeyi 6000 derece olan Güneş, (%40) görülebilir, (%50) kızılötesi ve (%10) ultraviyole (morötesi) ışın yayar. Çok daha soğuk olan Dünya, kızılötesi ışından başka bir şey yaymak için yeteri kadar enerjiye sahip değildir. İnsanların, 200 yılı aşkın bir süredir atmosferdeki yoğunlaşmalarını tehlikeli bir biçimde arttırdıkları CO ₂ , CH ₄ ve su buharı, sera etkisine neden olan başlıca gazlardır. Kızılötesi ışınları soğuran tüm gazlar ( CO ₂ , su buharı, CH ₄ , Azot Protoksit, Ozon ve sentetik endüstri molekülleri), yoğunluklarına ve molekül başına soğurma kapasitelerine bağlı olarak, farklı ölçülerde sera etkisine, katkı sağlar. Kısaca özetlemek gerekirse, sanayi devriminden önce dünyanın ortalama hava sıcaklığı 15 °C idi. Yani yaşama uygun hava sıcaklığını atmosferin sera etkisine borçluyuz. Atmosferin sera etkisi olmasaydı dünyada ortalama hava sıcaklığı -18 °C olacaktı. Yani, atmosferin sera etkisi hava sıcaklığını 33 °C arttırmıştır. Sanayi devriminden sonra atmosfere salınan sera gazları nedeniyle de dünyanın ortalama hava sıcaklığı 15,6 °C ye yükselmiştir.

Karbon ve Öteki Biyojeokimyasal Döngüler

Karbondioksit, metan ve diazotmonoksit gazlarının atmosferik birikimleri, en az son 800.000 yıllık dönemde hiç olmadığı kadar yüksek bir düzeye ulaşmıştır. CO 2 birikimleri temel olarak fosil yakıt yanması ve ikincil olarak net arazi kullanımı değişikliğinden kaynaklanan salımlar nedeniyle, sanayi öncesi döneme göre %40 oranında artmıştır. Okyanuslar atmosfere salınan insan kaynaklı karbonun yaklaşık %30’unu emerek asitlenmiştir.

Karbon; Atmosfer, topraklar, okyanuslar ve karbonatlı kayaçlar karbon depolarını oluşturur. İnsan kaynaklı sera etkisinin %40’ının kökeni, 150 yıldır yoğunluğu sürekli artan, atmosferdeki CO 2 ’dir ve bugün son 650000 yılın en yüksek değerine ulaşmıştır. Yapılabilecek en üst düzey iyileştirmeler olsa bile, on binlerce yıl olması gereken değere ulaşılması mümkün görünmüyor.

Biyokütle; Havadaki karbon gazını organik maddeye dönüştürme süreci olan fotosentez sayesinde, bitkiler, her yıl 120 milyar tona yakın karbon alır. Büyümeleri durduğunda ise, tersine süreç olan soluma nedeni ile fotosentez dengelenir. Dolayısıyla, karbon açısından zengin ve oksijen kaynağı olarak kabul edilen ormanlar aslında sadece genç olduğu yıllardır. Her ağaç eşit değerde biyokütle olarak algılanmamalıdır. Kısacası, fosil yakıtları ve tarımsal atıkların yakılmasıyla beraber büyük miktarda aeresollar ve parçacıklar atmosfere salınıyor. Tarımsal faaliyetler için açılan alanlar, orman alanlarının yok edilmesi, ormansızlaşma ve çölleşmeyle beraber gelen problemler, uçakların neden olduğu kimyasallar ve diğer etkenler ile iklimleri değiştiriyoruz.

Okyanus ve Atmosfer; Okyanuslar, insan kökenli karbonun bir kısmını toplar ve atmosferde bulunan karbon gazını çözer. Atmosfer ile okyanus arasında her yıl 90 milyar ton karbon dolaşımı gerçekleşir. Okyanusta üç farklı biçimde karbon bulunur. Aralarındaki kimyasal etkileşimler sonucunda Karbon gazı yoğunluğunun artması nedeni ile okyanusun emme kapasitesi azalır ve Karbon gazına doyar. İnsan kökenli Karbon salınımı devam ederken, okyanuslar bu gazı daha fazla dengeleyemez ve atmosferde bulunan karbon yoğunluğu giderek artar. Günümüzde okyanusların Karbon emme kapasitesi, yılda yaklaşık 2 milyar tondur.

İnsan atıkları; Uygarlık gelişimi sürecinde, Enerji temini ve tüketimi, sanayi, bilim ve teknoloji gelişimi ve ürünlerinin kullanımı aşamalarındaki kontrolsüz veya zorunlu yan ürünler, doğadaki Karbonun artmasına neden olmaktadır.

Metan ve Azot; Atmosfer, her yıl %1 oranında artan, 5 milyar tona yakın CH ₄ gazı içerir ve toplamda 1.750’den buyana %150 olan bu artışın sebebinin çoğu, medeniyetimizin sonucudur.

Tarımsal ve Hayvansal Katkı; Tarım ve hayvancılık faaliyetleri, biyolojik açıdan atmosfere gaz salımına neden olur. Örneğin; CH 4 gazı salımı, et üretimi sırasında sindirim sistemi yoluyla gerçekleştiği gibi, büyük kısmı kuzey yarım küredeki sığırlar tarafından gerçekleştirilen 100 milyon tonluk miktar da, geviş getirme fermantasyonu sırasında atmosfere karışır.

Farklı Sera Gazlarının Etkileri; Fosil yakıtların yakılması, ormansızlaşma, canlı kütle yakılması, çimento üretimi, organik madde ayrışması gibi nedenlerden kaynaklanan CO 2 , okyanus ve kara biyosferinde yutulur. Atmosferde hidroksil radikallerle reaksiyonda yutulan CH 4 ’ün kaynakları ise çeltik tarlaları, doğal sulak alanlar, geviş getiren çiftlik hayvanları, canlı kütle yakılması, fosil yakıtlar, termitler, hayvansal ve evsel atıklardır. Yutağı Stratosferde fotolitik bozulma olan N 2 O ’nun kaynakları arasında su ve topraklardaki biyolojik yapılar, gübre kullanımı, canlı kütle yakılması, endüstriyel kaynaklar sayılabilir.