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기후변화 및 변화

Climate variability and change
지구의 평균 기온 상승과 그 영향에 대해서는 기후 변화를 참조하십시오.
대기과학
기상학
기후학
항공학
용어집

기후 변동성은 개별 기상 현상보다 더 오래 지속되는 기후의 모든 변동을 포함하는 반면, 기후 변화라는 용어는 일반적으로 수십 년 또는 그 이상의 긴 기간 동안 지속되는 변동만을 의미합니다.기후 변화는 지구 역사의 모든 시기를 가리킬지 모르지만, 그 용어는 현재 흔히 지구 온난화라고 불리는 현대의 기후 변화를 설명하기 위해 일반적으로 사용되고 있습니다.산업혁명 이후, 기후는 점점 더 인간의 [1]활동에 영향을 받고 있습니다.

기후계는 태양으로부터 거의 모든 에너지를 공급받아 우주 공간으로 에너지를 방출합니다.지구의 에너지 예산은 들어오는 에너지와 나가는 에너지의 균형 그리고 기후 시스템을 통과하는 에너지의 흐름입니다.들어오는 에너지가 나가는 에너지보다 클 때, 지구의 에너지 예산은 긍정적이고 기후 시스템은 따뜻합니다.에너지가 더 많이 나가면 에너지 예산은 마이너스가 되고 지구는 냉각을 경험하게 됩니다.

지구의 기후 시스템을 통해 이동하는 에너지는 지리적 규모와 시간에 따라 달라지는 날씨에서 표현을 찾습니다.한 지역의 장기 평균과 날씨의 변동성은 그 지역의 기후를 구성합니다.이러한 변화는 기후 시스템의 여러 부분에 고유한 자연적 과정이 에너지 분포를 변화시킬 때 "내부 변동성"의 결과일 수 있습니다.예를 들어 태평양 십진법 진동과 대서양 십진법 진동과 같은 해양 분지의 변동성이 있습니다.또한 기후 변동은 외부의 힘으로 인해 발생할 수도 있습니다. 이는 기후 시스템의 구성 요소 외부에서 발생한 이벤트가 시스템 내에서 변화를 일으킬 때 발생합니다.그 예로는 태양열 생산량의 변화와 화산활동이 있습니다.

기후의 변화는 해수면의 변화, 식물의 생명, 그리고 대멸종에 영향을 미칩니다. 그것은 또한 인간 사회에도 영향을 미칩니다.

용어.

기후 변동성은 평균 상태의 변동 및 기후의 다른 특성(예: 극단적인 날씨의 가능성 또는 가능성 등)을 설명하는 용어입니다."개개의 기상 이벤트를 넘어서는 모든 공간적, 시간적 규모에서."일부 변동성은 알려진 시스템에 의해 발생하지 않는 것으로 보이며 겉보기에는 임의의 시간에 발생합니다.이러한 변동성을 랜덤 변동성 또는 노이즈라고 합니다.반면에 주기적 변동성은 비교적 규칙적으로 발생하며 변동성 또는 [2]기후 패턴의 상이한 모드로 발생합니다.

기후 변화라는 용어는 종종 인위적인 기후 변화를 가리키는데 사용됩니다.인위적인 기후 변화는 지구의 자연적인 [3]과정의 일부로 초래되었을 수도 있는 기후 변화와는 반대로 인간의 활동에 의해 야기됩니다.지구 온난화는 1988년에 지배적인 대중 용어가 되었지만, 과학 저널 내에서 지구 온난화는 지구 온난화와 온실 가스 수준의 증가가 [4]영향을 미치는 다른 모든 것을 포함하는 반면 지표 온도의 증가를 말합니다.

이와 관련된 용어인 기후 변화는 1966년 세계기상기구(WMO)에서 10년 이상의 시간 척도로 모든 형태의 기후 변동성을 포괄하기 위해 제안되었습니다.1970년대 동안, 인간의 활동이 [5]기후를 급격하게 변화시킬 가능성이 있다는 것이 명백해졌기 때문에, 기후 변화라는 용어는 기후 변화를 인위적인 원인에 초점을 맞추는 것으로 대체했습니다.기후변화는 기후변화에 관한 정부간 패널(Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC)과 UN 기후변화협약(UNFCCC)이라는 제목으로 통합되었습니다.기후 변화는 이제 그 과정을 기술적으로 설명하는 것뿐만 아니라 [5]문제를 설명하는 데 사용되는 명사로도 사용됩니다.

원인들

참고 항목:최근 기후변화의 영향

가장 넓은 범위에서 보면, 태양으로부터 에너지를 받는 비율과 우주로 에너지를 잃는 비율이 지구의 평형 온도와 기후를 결정합니다.이 에너지는 바람, 해류,[6][7] 그리고 다른 [8]지역의 기후에 영향을 미치는 다른 메커니즘에 의해 전세계에 분포됩니다.

기후를 형성할 수 있는 요인들은 기후 변화 또는 "힘을 가하는 메커니즘"[9]이라고 불립니다.여기에는 태양 복사의 변화, 지구 궤도의 변화, 알베도의 변화 또는 대륙, 대기, 해양의 반사율 변화, 산악 및 대륙 이동, 온실가스 농도 변화 등의 과정이 포함됩니다.외부 강제력은 인위적일 수도 있고(예: 온실가스 및 먼지 배출 증가) 자연적일 수도 있습니다(예: 태양 출력의 변화, 지구 궤도, 화산 폭발).[10]초기 강제력을 증폭시키거나 감소시킬 수 있는 다양한 기후변화 피드백이 있습니다.초과할 경우 급격하거나 되돌릴 수 없는 변화를 일으킬 수 있는 주요 임계값도 있습니다.

해양과 만년설과 같은 기후 시스템의 어떤 부분은 기후의 힘에 대한 반응으로 더 느리게 반응하는 반면, 다른 부분은 더 빨리 반응합니다.빠른 변화의 한 예는 화산재가 햇빛을 반사하는 화산 폭발 후 대기 냉각입니다.대기 온난화 이후 해수의 열팽창은 느리고, 수천 년이 걸릴 수 있습니다.조합은 또한 가능합니다. 예를 들어, 해빙이 녹으면서 북극해에서 알베도가 갑자기 소실되고, 그 뒤에 물이 더 점진적으로 열팽창하는 것입니다.

내부 공정으로 인해 기후 변동이 발생할 수도 있습니다.내부 강제되지 않은 과정은 종종 바다와 대기의 에너지 분포의 변화, 예를 들어 열알칼리 순환의 변화를 수반합니다.

내부변동성

새로운 고온 기록이 새로운 저온 [11]기록을 앞지르는 데는 계절적인 변동이 있습니다.

내부 변동성으로 인한 기후 변화는 사이클이나 진동에서 때때로 발생합니다.다른 유형의 자연 기후 변화의 경우, 우리는 언제 발생하는지 예측할 수 없습니다. 그 변화를 무작위 또는 [12]확률적이라고 합니다.기후적 관점에서 날씨는 무작위로 [13]여겨질 수 있습니다.만약 특정한 해에 구름이 거의 없다면, 에너지 불균형이 있고 여분의 열이 바다에 흡수될 수 있습니다.기후 관성으로 인해 이 신호는 바다에 '저장'되어 원래의 기상 [14]교란보다 더 긴 시간 척도로 변동성으로 표현될 수 있습니다.만약 날씨 교란이 백색 소음으로 발생하는 완전히 무작위적인 경우, 빙하나 해양의 관성은 이것을 더 긴 시간의 진동 또한 더 큰 진동인 적색 [15]소음이라고 불리는 기후 변화로 바꿀 수 있습니다.많은 기후 변화는 무작위적인 측면과 주기적인 측면을 가지고 있습니다.이 행동을 확률 [15]공명이라고 합니다.2021년 노벨 물리학상의 절반은 기후 모델링 관련 연구로 클라우스 하셀만과 마나베 슈쿠로와 공동으로 수상했습니다.확률적 공명의 개념을 공동[16] 연구자들과 함께 소개한 조르지오 파리지는 나머지 절반을 수상했지만 주로 이론 물리학에 대한 연구로 상을 받았습니다.

해양 대기 변동성

엘니뇨 충돌
라니냐 충돌

바다와 대기는 함께 일하여 한 [17][18]번에 몇 년에서 수십 년 동안 지속될 수 있는 내부 기후 변동성을 자발적으로 생성할 수 있습니다.이러한 변동은 심해와 대기[19][20] 사이에 열을 재분배하거나 구름/수증기/해빙 분포를 변경하여 [21][22]지구의 총 에너지 예산에 영향을 미칠 수 있습니다.

진동 및 주기

색 막대는 엘니뇨 년(적색, 지역 온난화)과 라니냐 년(청색, 지역 냉각)이 전반적인 지구 온난화와 어떻게 관련되는지 보여줍니다.엘니뇨-남방진동은 장기적인 지구 평균 온도 상승의 변동성과 관련이 있습니다.

기후 진동 또는 기후 사이클은 지구 또는 지역 기후 내에서 반복적으로 순환하는 진동을 말합니다.이들은 준주기적(완벽하게 주기적이지 않은)이기 때문에 데이터에 대한 푸리에 분석은 스펙트럼에서 급격한 피크를 갖지 않습니다.다양한 시간 척도에서 많은 진동이 발견되거나 가설이 [23]세워졌습니다.

  • 엘니뇨-남방진동(ENSO) – 태평양의 온난(El Ni뇨)와 저온(La Nina) 열대 해수면 온도가 전 세계적으로 영향을 미치는 대규모 패턴.그것은 그 메커니즘이 잘 [24]연구된 자생적 진동입니다.ENSO는 전 세계적으로 날씨와 기후의 연도별 변동성의 가장 중요한 원천으로 알려져 있습니다.엘니뇨는 2년에서 7년에 한 번씩 주기를 가지며, 엘니뇨는 9개월에서 2년까지 더 긴 [25]주기를 유지합니다.적도 태평양의 차가운 혀는 남아메리카 [26][27]서해안의 차가운 물의 상승으로 인해 다른 바다만큼 빨리 따뜻하지 않습니다.
  • 매든-줄리안 진동(MJO) – 열대지방 상공에서 30일에서 60일 동안 강우량이 증가하는 동쪽 이동 패턴으로, 주로 [28]인도양과 태평양에서 관측됩니다.
  • 북대서양 진동(NAO) – NAO 지수는 아조레스의 폰타 델가다와 아이슬란드의 스티키슐무르/레이캬비크 사이의 정규화된 해수면 압력(SLP)의 차이를 기반으로 합니다.지수의 양의 값은 중위도 [29]상공에서 평균보다 강한 편서풍을 나타냅니다.
  • 준 2년 주기 진동 – 적도 주변 성층권의 바람 패턴에서 잘 알려진 진동.28개월에 걸쳐 우세한 바람은 동쪽에서 서쪽으로 그리고 뒤로 [30]바뀝니다.
  • 태평양 100주년 진동 - 일부 기후 모델에서 예측하는 기후 진동
  • 태평양 데카달 진동 – 10년 단위의 북태평양 해수면 변동성의 지배적인 패턴입니다."따뜻한" 또는 "긍정적인" 단계 동안 서태평양은 시원해지고 동쪽 바다의 일부가 따뜻해집니다. "시원한" 또는 "부정적인" 단계 동안에는 반대의 패턴이 나타납니다.그것은 하나의 현상이 아니라 다양한 물리적 [31]과정의 조합으로 생각됩니다.
  • 태평양 지각간 진동(IPO) – 태평양의 분지 변동성(20년에서 [32]30년 사이).
  • 대서양 다면적 진동 – 강우량, 가뭄, 허리케인 [33]빈도 및 강도에 영향을 미치는 약 55~70년 동안 북대서양의 변동성 패턴입니다.
  • 북아프리카 기후 사이클 – 수만 [34]년의 기간을 가진 북아프리카 몬순에 의한 기후 변화.
  • 북극진동(AO)과 남극진동(AAO) – 순환 모드는 자연적으로 발생하며, 기후 변동의 반구대적 패턴입니다.몇 주에서 몇 달 사이의 시간 척도로 각 반구의 변동성의 20-30%를 설명합니다.북반구에서 북환일 모드 또는 북극 진동(AO), 남반구에서 남환일 모드 또는 남극 진동(AAO).환형 모드는 폭풍의 평균 경로를 변경함으로써 유럽과 호주와 같은 중-고위도 육지 덩어리의 온도와 강수량에 강력한 영향을 미칩니다.NAO는 AO/[35]NAM의 지역 지표로 간주될 수 있습니다.해수면 압력 또는 20°N ~ 90°N(NAM) 또는 20°S ~ 90°S(SAM)의 지질 전위 높이 중 첫 번째 EOF로 정의됩니다.
  • Dansgaard–Oeschger 사이클 – 마지막 빙하기 최대 약 1,500년 주기로 발생

해류 변화

참고 항목:테르모알린 순환
현대의 열알칼리 순환에 대한 도식입니다.수천만 년 전, 대륙판 이동은 남극대륙 주변에 육지가 없는 틈을 형성하여 따뜻한 물을 남극대륙으로부터 멀리 떨어지게 하는 ACC의 형성을 가능하게 했습니다.

기후 변동성의 해양적 측면은 해양이 대기보다 수백 배의 질량을 가지고 있어서 열 관성이 매우 높기 때문에 백년 단위의 변화를 일으킬 수 있습니다.예를 들어, 열알칼리 순환과 같은 해양 과정의 변화는 세계 바다에 열을 재분배하는 데 핵심적인 역할을 합니다.

해류는 따뜻한 열대지방에서 더 차가운 극지방으로 많은 에너지를 운반합니다.마지막 빙하기(전문적인 용어로 마지막 빙하기)를 전후로 일어나는 변화는 비록 기후 시스템으로 들어오는 에너지의 총량이 크게 변하지 않았음에도 불구하고, 순환이 북대서양이라는 것이 갑작스럽고 상당히 변화하여 지구 기후 변화로 이어질 수 있다는 것을 보여줍니다.이러한 큰 변화들은 얼음 층의 내부 불안정이 거대한 빙산들이 바다로 방출되게 한 소위 하인리히 사건들로부터 생겨났을지도 모릅니다.빙상이 녹으면 생성된 물의 염분과 추위가 매우 낮아져 [36]순환에 변화가 생깁니다.

인생

생명체는 탄소와 물의 순환에 있어서의 역할과 알베도, 증발산, 구름의 형성 그리고 [37][38][39]풍화와 같은 메커니즘을 통해서 기후에 영향을 미칩니다.삶이 과거 기후에 어떤 영향을 미쳤는지 보여주는 예는 다음과 같습니다.

외부 기후 강제력

온실가스

주요 기사 : 온실가스
빙핵(파란색/녹색) 및 직접(검은색)에서 측정한 지난 800,000년 동안의2 CO 농도

생물권에 의해 방출되는 온실가스는 종종 피드백 또는 내부 기후 과정으로 간주되는 반면, 화산으로부터 방출되는 온실가스는 일반적으로 기후학자들에 [50]의해 외부로 분류됩니다.이산화탄소, 메탄, 아산화질소와 같은2 온실가스는 적외선을 가둠으로써 기후 시스템을 가열합니다.화산은 또한 탄소 순환의 일부입니다.매우 긴 (지질학적) 시간에 걸쳐, 그것들은 지구의 지각과 맨틀로부터 이산화탄소를 방출하고, 퇴적암과 다른 지질학적 이산화탄소 흡수원에 의한 흡수에 대항합니다.

산업혁명 이후 인류는 화석연료 연소에서 CO를 배출하고2 삼림 벌채를 통해 토지 이용을 변화시키며, 에어로졸(대기 [51]중의 입자상 물질), 미량 가스(질소 산화물, 일산화탄소 또는 메탄)[52]의 방출로 기후를 더욱 변화시켰습니다.토지 사용, 오존 파괴, 동물 농장 (소와 같은 반추 동물은 메탄을 생산합니다[53]), 그리고 삼림 벌채를 포함한 다른 요소들도 또한 [54]역할을 합니다.

미국 지질조사국의 추정에 따르면 화산 배출은 현재 인간 활동의 영향보다 훨씬 낮은 수준이며,[55] 이는 화산이 배출하는 이산화탄소의 100~300배를 발생시킵니다.인간의 활동에 의해 방출되는 연간 양은 7만 4천 년 [56]전 인도네시아에서 발생한 토바 화산 폭발보다 더 많을 수 있습니다.

궤도 변동

밀란코비치는 과거 80만년 전부터 미래에는 80만년까지 주기적으로 순환합니다.

지구의 움직임에 약간의 변화가 생기면 지구 표면에 도달하는 태양빛의 계절적 분포와 태양빛이 지구 전역에 분포하는 방식에 변화가 생깁니다.면적 평균 연간 일조량에는 거의 변화가 없지만, 지리적 및 계절적 분포에는 강한 변화가 있을 수 있습니다.운동학적 변화의 세 가지 유형은 지구 이심률의 변화, 지구 자전축의 경사각 변화, 지구 자전축의 세차운동입니다.복합적으로, 이것들은 기후에 영향을 미치는 밀라노코비치 사이클을 생성하며, [57]빙하기와 간빙기와의 상관관계,[57] 사하라의 진퇴와 후퇴와의 상관관계, 그리고 지층 기록에서의 [58][59]그들의 출현으로 주목할 만합니다.

빙하기 동안 CO 농도와 온도 간에는2 높은 상관관계가 있었습니다.초기의 연구들은 CO 농도가 온도에 뒤떨어졌다는 것을2 나타냈지만, 항상 [60]그렇지는 않다는 것이 명백해졌습니다.해양 온도가 올라가면 CO의 용해도가2 낮아져서 해양에서 방출됩니다.대기와 해양 사이의 CO 교환은2 기후 [61]변화의 추가적인 측면에 의해서도 영향을 받을 수 있습니다.이러한 과정들과 다른 자체적인 강화 과정들은 지구의 움직임의 작은 변화들이 [60]기후에 큰 영향을 미칠 수 있도록 해줍니다.

태양열 생산량

흑점과 베릴륨 동위원소의 관측에 근거한 지난 몇 세기 동안의 태양 활동의 변화.17세기 후반에 흑점이 유난히 적었던 시기는 몬더 최저기였습니다.

태양은 지구의 기후 시스템에 투입되는 주요한 에너지 공급원입니다.다른 원천으로는 지구 중심부에서 나오는 지열 에너지, 달에서 나오는 조석 에너지, 방사성 화합물의 붕괴로 인한 열 등이 있습니다.태양 세기의 장기적인 변화 둘 다 지구 [62]기후에 영향을 미치는 것으로 알려져 있습니다.태양 출력은 11년의 태양[63] 주기와 더 긴 [64]변조를 포함하여 더 짧은 시간 척도에 따라 달라집니다.흑점과 기후 사이의 상관관계는 [62]기껏해야 미약합니다.

30-40억 년 전, 태양은 [65]오늘날과 같은 75%의 에너지만을 방출했습니다.만약 대기의 구성이 오늘날과 같았더라면, 지구 표면에 액체 상태의 물이 존재하지 말았어야 했습니다.하지만, 초기 지구, 하데스[66][67] 산맥과[68][66] 아르케아 산맥에 물이 존재한다는 증거가 있으며, 이는 희미한 젊은 태양의 [69]역설로 이어집니다.이 역설에 대한 가설적인 해결책은 현재 존재하는 [70]것보다 훨씬 더 많은 온실가스 농도를 가진 매우 다른 대기를 포함합니다.이후 약 40억 년에 걸쳐 태양의 에너지 생산량은 증가했습니다.앞으로 50억 년에 걸쳐 태양이 적색 거성이 되고 백색 왜성이 되는 궁극적인 죽음은 기후에 큰 영향을 미칠 것이며,[71] 적색 거성 단계는 아마도 그때까지 지구상에서 생존했던 모든 생명체를 끝낼 것입니다.

화산주의

MSU NASA 위성이 측정한 1979년부터 2010년까지의 대기 온도에서 주요 화산 폭발(엘 치숑과 피나투보)에 의해 방출된 에어로졸의 영향이 나타납니다.엘니뇨는 해양 변동성과는 별개의 사건입니다.

1년 이상의 규모로 지구의 기후에 영향을 줄 정도로 큰 것으로 여겨지는 분출은 성층권에 [72]10만 톤 이상의2 SO를 주입하는 분출입니다.이것은 SO와 황산 에어로졸의 광학적2 특성 때문인데, 이들은 태양복사를 강하게 흡수하거나 산란하여 황산 [73]연무의 전 지구적 층을 형성합니다.평균적으로, 그러한 폭발은 한 세기에 몇 번 일어나고, 몇 년 동안 (태양 복사가 지구 표면으로 전달되는 것을 부분적으로 막음으로써) 냉각을 일으킵니다.비록 화산은 엄밀히 말해서 기후 체계의 일부인 암석권의 일부이지만, IPCC는 화산 활동을 외부의 강제 [74]작용제로 명시적으로 정의합니다.

역사적 기록에서 주목할 만한 분화로는 1991년 최대 3년 [75][76]동안 지구 온도를 약 0.5°C(0.9°F) 낮춘 피나투보 산의 분화와 1815년 [77]여름이 없는 해를 일으킨 탐보라 산의 분화가 있습니다.

5천만 년에서 1억 년에 몇 번씩 더 큰 규모로, 화성의 대폭발은 맨틀과 암석권에서 지구 표면으로 많은 양의 화성암을 가져다 줍니다.그리고 나서 암석 속의 이산화탄소는 [78]대기로 방출됩니다.[79] 0.1 Mt 미만의 이산화황이 성층권으로 주입되는 소규모 분출은 온도 변화가 자연적인 변동성에 필적하기 때문에 대기에 미묘하게만 영향을 미칩니다.하지만, 더 작은 폭발들은 훨씬 더 높은 빈도로 일어나기 때문에, [72][80]지구의 대기에 너무 큰 영향을 미칩니다.

판구조학

주요 기사 : 판구조학

수백만 년에 걸쳐 지각판의 움직임은 지구의 육지와 해양 지역을 재구성하고 지형을 생성합니다.이것은 기후와 대기-해양 [81]순환의 세계적인 패턴과 지역적인 패턴 모두에 영향을 미칠 수 있습니다.

대륙의 위치는 해양의 기하학을 결정하고 따라서 해양 순환의 패턴에 영향을 미칩니다.바다의 위치는 전 세계의 열과 습기의 이동을 조절하는 데 중요하고, 따라서 지구 기후를 결정하는 데 중요합니다.해양 순환에 대한 지각 조절의 최근 예는 약 500만년 전 파나마 지협의 형성으로 대서양과 태평양 사이의 직접적인 혼합을 차단했습니다.이것은 오늘날의 걸프 스트림의 해양 역학에 강력한 영향을 미쳤고 북반구의 얼음으로 [82][83]덮였을 수도 있습니다.약 3억에서 3억 6천만 년 전의 석탄기 동안, 판 구조학은 탄소의 대규모 저장을 유발하고 [84]빙하를 증가시켰을 수 있습니다.지질학적 증거는 초대륙 판게아 시대의 "메가몬순" 순환 패턴을 가리키며, 기후 모델링은 초대륙의 존재가 [85]몬순의 형성에 도움이 되었음을 시사합니다.

대륙의 크기 또한 중요합니다.해양이 온도에 미치는 안정화 효과 때문에, 해안 지역은 내륙 지역보다 연간 온도 변화가 일반적으로 더 낮습니다.따라서 더 큰 초대륙은 몇몇 작은 대륙이나 섬보다 계절에 따라 기후가 강한 지역을 더 많이 갖게 됩니다.

기타 메커니즘

우주 광선으로 알려진 이온화된 입자들이 구름 덮개와 그에 따라 기후에 영향을 미칠 수 있다고 가정되었습니다.태양이 이러한 입자들로부터 지구를 보호하기 때문에, 태양 활동의 변화는 기후에도 간접적으로 영향을 미친다는 가설이 세워졌습니다.이 가설을 검증하기 위해 CERN은 CLOUD 실험을 설계했는데, 이 실험은 우주 광선의 영향이 너무 약해서 기후에 [86][87]눈에 띄게 영향을 미치지 못한다는 것을 보여주었습니다.

약 6천 6백만년 전 칙술루브 소행성 충돌이 지구의 기후에 심각한 영향을 미쳤다는 증거가 있습니다.대량의 황산염 에어로졸이 대기 중으로 발사되어 지구 온도가 최대 26°C까지 감소하고 3-16년 동안 영하의 온도를 생성했습니다.이 사건의 복구 시간은 30년 [88]이상 걸렸습니다.핵무기의 대규모 사용이 기후에 미치는 영향도 조사됐습니다.대규모 화재로 방출된 그을음이 무려 1년 동안 상당한 양의 햇빛을 차단해 몇 년 동안 기온이 급격히 떨어진다는 가설입니다.이 가능한 사건은 [89]핵 겨울로 묘사됩니다.

인간의 토지 이용은 지표면이 얼마나 많은 햇빛을 반사하는지와 먼지 농도에 영향을 미칩니다.구름의 형성은 공기 중의 물의 양과 온도뿐만 아니라 [90]먼지와 같은 공기 중의 에어로졸의 양에 의해서도 영향을 받습니다.전세계적으로, 건조한 토양, 적은 식생,[91] 강한 바람을 가진 많은 지역이 있다면 더 많은 먼지를 이용할 수 있습니다.

기후변화의 증거 및 측정

고생물학은 지구의 모든 역사를 통하여 기후의 변화를 연구하는 학문입니다.그것은 암석, 퇴적물, 빙상, 나무 고리, 산호, 조개 껍질, 미세 화석과 같은 것들 안에 보존된 데이터를 얻기 위해 지구와 생명 과학으로부터 다양한 대리 방법을 사용합니다.그리고 나서 이 기록들을 이용해 지구의 다양한 기후 지역과 대기 시스템의 과거 상태를 파악합니다.직접 측정을 통해 기후 변동성을 보다 완벽하게 파악할 수 있습니다.

직접측정

측정 장치의 광범위한 배치 이후 발생한 기후 변화를 직접 관찰할 수 있습니다.지표면 온도에 대한 비교적 완벽한 세계적 기록은 19세기 중반부터 이용할 수 있습니다.추가 관찰은 역사적 문서에서 간접적으로 도출됩니다.위성 구름과 강수량 데이터는 1970년대부터 [92]이용할 수 있었습니다.

역사적 기후학은 기후의 역사적 변화와 인류의 역사와 발전에 미치는 영향을 연구하는 학문입니다.주요 자료는 사가, 연대기, 지도, 지역 역사 문학과 같은 기록과 그림, 드로잉 그리고 심지어 암각화와 같은 회화적 표현을 포함합니다.최근의 기후 변동은 정착과 농업 [93]패턴의 변화로부터 비롯될 수 있습니다.고고학적 증거, 구전 역사 및 역사적 문서는 기후의 과거 변화에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.기후의 변화는 다양한 [93]문명의 상승과[94] 붕괴와 관련이 있습니다.

프록시 측정

지난 45만 년 동안 보스토크 빙핵에서 나오는 CO, 온도, 먼지의 변화2.

과거 기후의 다양한 기록물들이 바위, 나무 그리고 화석에 존재합니다.이러한 기록보관소로부터 기후의 간접적인 측정, 이른바 대리인을 도출할 수 있습니다.이전 세기와 시대의 강수의 기후학적 변화에 대한 정량화는 덜 완성되었지만 해양 퇴적물, 빙핵, 동굴 석순 및 나무 [95]고리와 같은 대리물을 사용하여 근사화되었습니다.너무 적은 강수량이나 적절하지 않은 온도인 스트레스는 나무의 성장 속도를 바꿀 수 있는데, 이것은 과학자들이 나무 고리의 성장 속도를 분석함으로써 기후 경향을 추론할 수 있게 해줍니다.이것을 연구하는 과학의 한 분야는 덴드로클라이매틱스라고 [96]불립니다.빙하는 유기물, 석영, 칼륨 등 풍부한 물질을 함유하고 있는 잔해를 남깁니다. 이는 빙하가 전진하고 후퇴한 시기를 기록하고 있습니다.

남극 빙상과 같은 빙상에서 시추된 중심부의 얼음 분석은 온도와 지구 해수면 변화 사이의 연관성을 보여주는 데 사용될 수 있습니다.얼음 속의 기포에 갇힌 공기는 현대 환경의 영향을 받기 훨씬 전인 먼 과거의 대기의 CO2 변화도 드러낼 수 있습니다.이러한 빙핵에 대한 연구는 수 천년에 걸친 이산화탄소의 변화를2 보여주는 중요한 지표가 되었으며, 고대와 현대의 대기 조건 사이의 차이에 대한 가치 있는 정보를 계속 제공하고 있습니다.과거 해양 온도를 추론하기 위해 사용된 석회암 및 빙핵 샘플에서의 O/16O 비율은 온도 프록시 방법의 한 예입니다.

식물의 잔재, 특히 꽃가루는 기후 변화를 연구하는 데에도 사용됩니다.식물의 분포는 기후 조건에 따라 달라집니다.다른 그룹의 식물들은 독특한 모양과 표면 질감을 가진 꽃가루를 가지고 있고, 꽃가루의 겉 표면은 매우 탄력 있는 물질로 구성되어 있기 때문에 부패에 저항합니다.퇴적물의 여러 층에서 발견되는 꽃가루의 종류의 변화는 식물 공동체의 변화를 나타냅니다.이러한 변화는 종종 [97][98]변화하는 기후의 징후입니다.예를 들어, 꽃가루 연구는 4차 빙하기[99] 동안 그리고 특히 마지막 [100]빙하기 이후 변화하는 식생 패턴을 추적하는 데 사용되어 왔습니다.딱정벌레의 잔해는 민물과 육지 퇴적물에서 흔히 볼 수 있습니다.다른 종의 딱정벌레들은 다른 기후 조건에서 발견되는 경향이 있습니다.수천 년 동안 유전적 구성이 크게 변하지 않은 딱정벌레의 광범위한 계통, 다른 종의 현재 기후 범위에 대한 지식, 그리고 유적이 발견된 퇴적물의 연대를 고려할 때, 과거의 기후 조건을 [101]추론할 수 있습니다.

분석 및 불확도

기후 주기를 감지하는 데 있어 한 가지 어려움은 지구의 기후가 대부분의 고생물학적 기간에 걸쳐 비순환적인 방식으로 변화하고 있다는 것입니다.현재 우리는 인위적인 지구 온난화의 시기에 있습니다.더 긴 시간 안에 지구는 최근 빙하기에서 벗어나고 있으며, 홀로세 기후의 최적화로부터 냉각되고 있으며, "소빙하기"로부터 온난화가 진행되고 있으며, 이는 기후가 지난 15,000년 정도에 걸쳐 지속적으로 변화하고 있음을 의미합니다.따뜻한 시기에는 온도의 변동이 진폭이 작은 경우가 많습니다.반복적인 빙하기가 지배적이었던 플라이스토세 시기는 마이오세와 플리오세 기후의 더 안정적인 조건에서 발전했습니다.홀로세 기후는 비교적 안정적이었습니다.이 모든 변화는 기후에서 주기적인 행동을 찾는 일을 복잡하게 만듭니다.

양의 피드백, 음의 피드백, 육지-해양-대기 시스템의 생태적 관성은 종종 궤도 힘, 태양 변동 또는 온실 가스 농도의 변화로 인한 영향을 약화시키거나 더 작은 영향을 반전시킵니다.구름과 같은 과정을 포함하는 특정 피드백 또한 불확실합니다. 대조적으로, 천연 회오리 구름, 해양성 디메틸설파이드 및 육지에 기반을 둔 동등한 이론은 기후 온도에 대한 영향과 관련하여 경쟁 이론이 존재합니다. 예를 들어 Iris 가설과 CLOW 가설을 대조합니다.

영향

인생

상단: 빙하기 기후
중간:대서양 기간, 따뜻하고 습합니다.
바닥: [102]농업과 같은 인간의 영향이 아니라면 지금 기후에 잠재적인 식생이 있을 수 있습니다.

식생

기후의 변화에 따라 식물의 종류, 분포 및 적용 범위의 변화가 발생할 수 있습니다.기후 변화에 따라 강수와 온기가 증가하여 식물의 성장이 개선되고 공기 중의2 CO가 격리될 수 있습니다.그 효과는 식물 쓰레기 [103]분해율과 같은 많은 자연 순환의 속도에 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.한 지역에서 온기가 점진적으로 증가하면 개화 시기와 결실 시기가 빨라져 의존성 생물의 수명 주기가 바뀔 것입니다.반대로, 추위는 식물의 생체 주기를 [104]지연시킵니다.

그러나, 더 크거나, 더 빠르거나 더 급진적인 변화는 특정한 [105][106]상황에서 식물의 스트레스, 급격한 식물 손실 및 사막화를 초래할 수 있습니다.이러한 예는 3억년 전 멸종 사건인 CRC(Carboniteral Rainforest Collapse) 때 발생했습니다.이 시기에 광대한 열대 우림이 유럽과 아메리카의 적도 지역을 뒤덮었습니다.기후 변화는 이러한 열대 우림을 황폐화 시켰고, 서식지를 갑자기 고립된 '섬'으로 쪼개고 많은 식물과 동물 [105]종의 멸종을 야기시켰습니다.

야생 생물

동물들이 기후 변화에 대처할 수 있는 가장 중요한 방법 중 하나는 더 따뜻하거나 더 추운 [107]지역으로 이동하는 것입니다.더 긴 시간 동안, 진화는 동물을 포함한 생태계를 [108]새로운 기후에 더 잘 적응하게 만듭니다.급격하거나 큰 기후 변화는 생명체들이 [109]적응하기에 너무 멀리 뻗어 있을 때 대멸종을 일으킬 수 있습니다.

휴머니티

마야 문명과 같은 과거 문명의 붕괴는 강수, 특히 가뭄의 주기와 관련이 있을 수 있으며, 이 예에서도 서반구 온난 웅덩이와 관련이 있습니다.약 7만년 전에 토바 화산 폭발은 빙하기에 특히 추운 시기를 만들었고, 이는 인간 개체수에 유전적 병목 현상을 일으킬 수 있습니다.

극저온의 변화

빙하와 빙상

빙하는 변화하는 [110]기후를 보여주는 가장 민감한 지표 중 하나로 여겨집니다.이들의 크기는 스노우 입력과 멜트 출력 사이의 질량 균형에 의해 결정됩니다.기온이 상승함에 따라, 빙하는 눈의 강수량이 증가하지 않는 한 추가적인 녹은 것을 보충하기 위해 후퇴합니다.빙하는 자연적인 변동성과 외부의 힘으로 인해 성장하고 줄어듭니다.온도, 강수량, 수문학의 다양성은 특정한 계절에 빙하의 진화를 강하게 결정할 수 있습니다.

플라이오세 중후반(약 300만년 전) 이후 가장 중요한 기후 과정은 빙하와 간빙기입니다.현재의 간빙기(홀로세)는 약 11,700년 [111]동안 지속되었습니다.궤도 변화에 의해 형성된 대륙 빙하의 상승과 하강 그리고 해수면의 중요한 변화와 같은 반응은 기후를 만드는 것을 도왔습니다.그러나 하인리히 사건, 단스가드-외슈거 사건, 그리고 젊은 드라이아스 사건을 포함한 다른 변화들은 빙하의 변화가 궤도의 힘 없이도 기후에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지를 보여줍니다.

해수면 변화

약 25,000년 전의 마지막 빙하기 동안 해수면은 현재보다 약 130 m 낮았습니다.이후의 탈염은 해수면의 급격한 [112]변화로 특징지어졌습니다.플라이오세 초기에 지구의 기온은 현재보다 1-2°C 더 따뜻했지만 해수면은 [113]현재보다 15-25m 더 높았습니다.

해빙

해빙은 [114]지구로부터 반사되는 햇빛의 총량에 영향을 미치기 때문에 지구의 기후에 중요한 역할을 합니다.과거에, 지구가 소위 스노우볼 지구 상태에 [115]있을 때, 지구의 바다는 많은 경우 해빙으로 거의 완전히 덮여 있었고, 따뜻한 [116]기후의 시기에는 완전히 얼음이 없었습니다.전 세계적으로, 특히 열대와 아열대 지역에 많은 해빙이 존재할 때, 기후는 얼음-알베도 피드백이 매우 [117]강하기 때문에 힘에 더 민감합니다.

기후사

참고 항목:기후사와 고생물학의 시기와 사건 목록

다양한 기후적 힘은 일반적으로 지질학적 시간 동안에 걸쳐 유동적이며, 지구 온도의 일부 과정은 자체적으로 조절될 수 있습니다.예를 들어, 스노우볼 지구 기간 동안, 거의 전체 표면을 덮고 있는 커다란 빙하들이 지구 적도까지 걸쳐 있었고, 매우 높은 알베도는 극도로 낮은 온도를 만들어 냈고, 눈과 얼음의 축적은 대기 퇴적을 통해 이산화탄소를 제거했을 가능성이 있습니다.하지만, 화산이 내뿜는 대기2 중의 이산화탄소를 흡수할 수 있는 식물 덮개가 없다는 것은 온실가스가 대기 중에 축적될 수 있다는 것을 의미했습니다.풍화를 겪을 때 CO를 사용하는2 노출된 규산염 암석도 없었습니다.이것은 나중에 얼음을 녹이고 지구의 온도를 다시 올려놓은 온난화를 만들었습니다.

고생대에오세 열최대치

지난 6천 5백만 년 동안의 기후 변화, 포미니페라의 산소-18 비율을 포함한 대리 데이터 사용.

PETM(Paleocene-Eocene Thermal Maximum)은 [118]전 세계 평균 온도가 5~8°C 이상 상승한 기간입니다.이 기후 현상은 팔레오세와 에오세 지질 [119]시대의 시간 경계에서 발생했습니다.그 동안 많은 양의 메탄이 방출되었는데, 이는 강력한 온실가스입니다.[120]PETM은 온실가스가 지질학적으로 비교적 짧은 [118]시간에 방출되었기 때문에 현대 기후 변화에 대한 "사례 연구"를 나타냅니다.PETM 기간 동안 심해에서 생물체의 대멸종이 일어났습니다.[121]

신생대

신생대 내내, 여러 기후적인 힘이 대기의 온난화와 냉각으로 이어졌고, 이것은 남극 대륙 빙하의 초기 형성, 이후의 융해, 그리고 나중에 다시 융해로 이어졌습니다.이산화탄소 농도가 약 600~760ppm, 오늘보다 약 4°C 따뜻한 온도에서 다소 갑작스럽게 온도 변화가 일어났습니다.플라이스토세 동안, 빙하와 간빙의 주기는 약 100,000년 주기로 발생했지만, 궤도 이심률이 0에 가까워지면 현재의 간빙기 동안처럼 간빙기 내에 더 오래 머물 수 있습니다.에미안(Eemian) 단계와 같은 이전의 빙하는 오늘날보다 더 높은 온도, 더 높은 해수면, 그리고 서남극 빙상의 일부가 녹는 현상을 만들었습니다.

기후학적 온도는 구름의 덮임과 강수량에 상당한 영향을 미칩니다.더 낮은 온도에서는 공기가 수증기를 덜 머금을 수 있어 [122]강수량이 감소할 수 있습니다.18,000년 전 마지막 빙하기 동안, 열로 인한 해양으로부터의 대륙 육지로의 증발은 낮았고, 이는 극지방 사막을 포함하여, (추우지만 구름의 덮임과 [102]강수량이 적은) 극지방 사막의 넓은 지역을 야기시켰습니다.대조적으로, 세계의 기후는 8000년 [102]전의 따뜻한 대서양 시대가 시작될 즈음 오늘날보다 더 흐리고 더 습했습니다.

홀로세

지난 12,000년 동안 온도 변화는 다양한 근원으로부터 옵니다.두꺼운 검은색 곡선은 평균입니다.

홀로세의 특징은 홀로세 최적기 이후부터 장기간 냉각되는 것인데, 이 시기의 기온은 아마도 현재의 기온(21세기의 두 번째 10년)[123] 바로 아래였을 것이고, 아프리카 몬순의 강한 영향으로 신석기 대엽수기 동안 사하라에 초원의 상태가 만들어졌을 것입니다.그 이후로 다음과 같은 몇 가지 냉각 이벤트가 발생했습니다.

이와 대조적으로, 몇몇 따뜻한 시기들도 발생하였고, 다음을 포함하지만 이에 국한되지는 않습니다.

이러한 주기 동안 특정한 효과가 발생했습니다.예를 들어, 중세 따뜻한 시기에, 네브라스카의 모래 언덕을 포함하여, 미국 중서부는 가뭄에 빠졌습니다.예르시니아 페스트리스의 흑사병은 중세의 온도 변동 동안에도 발생했으며 기후 변화와 관련이 있을 수 있습니다.

태양 활동은 1930년대에 절정에 달했던 현대 온난화의 일부에 기여했을지도 모릅니다.그러나 태양 주기는 1980년대부터 현재까지 [citation needed]관측된 온난화를 설명하지 못합니다.심지어 여름에도 초기 탐험가들이 모두 북극 횡단을 할 수 없었기 때문에 북서쪽 통로의 개방과 최근의 기록적인 북극 축소와 같은 사건들은 적어도 몇 세기 동안 일어나지 않았습니다.또한 생물군과 서식지 범위의 변화는 알려진 기후[citation needed] 진동과 일치하지 않는 속도로 발생하는 전례가 없는 일입니다.

현대 기후변화와 지구온난화

주요 기사:기후변화

인간이 온실가스를 배출한 결과, 지구 표면 온도가 상승하기 시작했습니다.지구 온난화는 현대 기후 변화의 한 측면으로, 강수량, 폭풍 경로, 구름의 변화를 관측하는 것을 포함하는 용어입니다.그 결과, 전 세계적으로 빙하가 [124][125]상당히 줄어들고 있는 것으로 밝혀졌습니다.남극대륙과 그린란드의 대륙 빙하는 2002년 이후 질량이 감소해 왔고 2009년 [126]이후로 얼음 질량 감소가 가속화되고 있습니다.열팽창과 얼음이 녹으면서 지구 해수면이 상승하고 있습니다.지난 수십 년간 북극 해빙의 범위와 두께 모두의 감소는 급격한 기후 변화의 [127]추가적인 증거입니다.

지역간 변동성

지역별 기후변화의 예
  • Land-ocean. Surface air temperatures over land masses have been increasing faster than those over the ocean,[128] the ocean absorbing about 90% of excess heat.[129]

    육지와 바다.육지 질량의 표면 공기 온도는 [128]해양의 표면 공기 온도보다 빠르게 증가하고 있으며, 해양은 과잉 [129]열의 약 90%를 흡수하고 있습니다.

  • Hemispheres. The Hemispheres' average temperature changes[130] have diverged because of the North's greater percentage of landmass, and due to global ocean currents.[131]

    반구.반구의 평균 온도[130] 변화는 북한의 대륙 질량 비율이 더 높기 때문에 그리고 지구 [131]해류로 인해 차이가 났습니다.

  • Latitude bands. Three latitude bands that respectively cover 30, 40 and 30 percent of the global surface area show mutually distinct temperature growth patterns in recent decades.[132]

    Latitude 밴드.지구 표면적의 30%, 40%, 30%를 각각 차지하는 세 개의 위도대는 최근 수십 [132]년간 서로 다른 온도 성장 패턴을 보여주고 있습니다.

  • Altitude. A warming stripes graphic (blues denote cool, reds denote warm) shows how the greenhouse effect traps heat in the lower atmosphere so that the upper atmosphere, receiving less reflected energy, cools. Volcanos cause upper-atmosphere temperature spikes.[133]

    고도.워밍 스트라이프 그래픽(파란색은 시원함을, 빨간색은 따뜻함을 나타냄)은 온실 효과가 하부 대기의 열을 가두어 반사 에너지를 적게 받는 상부 대기가 냉각되도록 하는 방법을 보여줍니다.화산은 대기 상층부의 온도를 [133]상승시킵니다.

  • Global versus regional. For geographical and statistical reasons, larger year-to-year variations are expected[134] for localized geographic regions (e.g., the Caribbean) than for global averages.[135]

    전역 대 지역.지리적 및 통계적인 이유로 인해 지역화된 지리적 지역(예: 카리브해)에 대해 전 [135]세계 평균보다 더 큰 연도별 변동이[134] 예상됩니다.

  • Relative deviation. Though northern America has warmed more than its tropics, the tropics have more clearly departed from normal historical variability (colored bands: 1σ, 2σ standard deviations).[136]

    상대적 편차.북아메리카는 열대지방보다 더 따뜻했지만, 열대지방은 정상적인 역사적 변동성(색상 띠: 1π, 표준 [136]편차 2π)에서 더 분명하게 벗어났습니다.

지구 온난화는 위도에 따라 크게 달라졌는데, 최북단 위도 지역이 가장 큰 온도 상승을 경험했습니다.

지구 기후 변동과 지구 기후 변화뿐만 아니라 다양한 물리적 지역에 걸쳐 다양한 기후 변동이 동시에 발생합니다.

바다가 약 90%의 과도한 열을 흡수함으로써 육지 표면 온도가 해수 표면 [129]온도보다 더 빠르게 증가하는 것을 도왔습니다.북반구는 남반구보다 육지 질량 대 해양 비율이 더 큰 평균 기온 [131]상승을 보여줍니다.위도대에 따라 변화하는 것은 이러한 평균 온도 상승의 차이를 반영하는 것이기도 하며, 북쪽 외기온의 온도 상승은 열대지방의 온도 상승을 능가하고, 이는 다시 남쪽 [132]외기온의 온도 상승을 능가합니다.

대기 상층부는 대기 하층부의 온난화와 함께 동시다발적으로 냉각되고 있어 온실효과와 오존층 [133]고갈의 영향을 확인하고 있습니다.

관측된 지역별 기후 변화는 예를 들어, 지역화된 [134]지역의 (더 변동성이 큰) 연도별 변동과 비교(더 부드러운) 연도별 변동을 통해 지속적인 변화에 대한 예측을 확인합니다.반대로, 다른 지역의 온난화 패턴을 각각의 과거 변동성과 비교하면, 온도 변화의 원시 크기를 각 [136]지역의 정상 변동성의 관점에서 배치할 수 있습니다.

지역적 변동성 관측을 통해 열대우림 손실, 빙상 및 해빙, 영구 동토 [137]해빙과 같은 지역화된 기후의 분기점을 연구할 수 있습니다.이러한 차이는 가능한 전 세계적인 일련의 팁 [137]포인트에 대한 연구의 기초가 됩니다.

참고 항목

메모들

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참고문헌

외부 링크

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