Ilmastojärjestelmän palauteilmiöt

Vesihöyry voimistaa lämpenemistä

Tärkein ilmastonmuutosta vahvistava palauteilmiö liittyy ilmakehän vesihöyrysisällön muutoksiin. Jos ilmasto jostakin syystä lämpenee - esimerkiksi hiilidioksidin lisääntymisen takia - lämmennyt ilmakehä kykenee pitämään sisällään entistä enemmän vesihöyryä. Ihmiskunta voi näin ollen epäsuorasti vaikuttaa ilmakehän vesihöyryn määrään, vaikka vesihöyryn "päästöjen" suora vaikutus pitoisuuksiin on erittäin vähäinen.

Vesihöyry taas on itse erittäin tehokas kasvihuonekaasu, joten sen määrän lisääntyminen vähentää lämpösäteilyn karkaamista avaruuteen entisestään. Siksi vesihöyryyn liittyvä palaute pyrkii voimistamaan hiilidioksidin lisääntymisen alun alkaen liikkeelle panemaa lämpenemistä. Vastaavasti ilmaston jostakin syystä jäähtyessä ilmakehän vesihöyrymäärä pyrkii vähenemään, mikä voimistaa kylmenemistä entisestään.

Mallikokeitten perusteella on arvioitu, että vesihöyrypalaute suurin piirtein kaksinkertaistaa ilmastojärjestelmän herkkyyden. Jos siis esimerkiksi jokin tekijä itsessään lämmittäisi maapalloa yhdellä asteella, lämpötila nouseekin kaksi astetta, kun otetaan huomioon vesihöyryn lisääntyminen.

Lumi- ja jääpeite vaikuttavat auringon säteilyn heijastumiseen

Toinen vahvistava palauteilmiö liittyy jään ja lumen sulamiseen. Kun jokin tekijä lämmittää maapalloa, lumen ja jään peittämä pinta-ala maapallolla pienenee. Sula maa tai merenpinta heijastaa paljon vähemmän auringon säteilyä kuin lumen tai jään peittämä. Tällöin vastaavasti enemmän auringon säteilyä jää lämmittämään pintaa, ja näin alkuperäisen pakotteen aiheuttama ilmaston lämpeneminen voimistuu. Tämä palaute ei koko maapallon mitassa ole yhtä merkittävä kuin vesihöyryn määrään liittyvä, mutta kylmillä ilmastovyöhykkeillä se on paikallisesti varsin tärkeä.

Kuten muutkin palauteilmiöt heijastuvuuteen liittyvä palautemekanismi toimii myös toisin päin: ilmaston jostain syystä kylmetessä lumi- ja jääpinta-ala kasvaa ja voimistaa kylmenemistä. Tällaisella kylmenemisen voimistumisella on ollut suuri merkitys menneinä jääkausina, jolloin laajat alueet pohjoisella pallonpuoliskolla olivat jään peitossa.

Pilvisyys muuttuu

Kimurantimpi palauteilmiö liittyy pilvisyyden muutoksiin. Kaiken kaikkiaan pilvet viilentävät maapallon ilmastoa, koska pilvettömällä planeetalla auringon säteily pääsisi lähes esteettä maanpinnalle lämmittämään. Näyttäisi siltä, että ilmaston lämmetessä myös pilvisyyden jakauma maapallolla muuttuisi. Mutta lisääntyvätkö pilvet vai vähenevätkö ja missä sekä millä korkeuksilla, siitä eri ilmastomallit antavat toisistaan kovasti poikkeavia tuloksia. Useimmissa malleissa pilviin liittyvä palauteilmiö on ilmastonmuutosta vahvistava, mutta eri mallien tulokset poikkeavat toisistaan varsin paljon.

Hiilinielujen heikkeneminen voimistaa lämpenemistä

Kun ilmakehään pääsee lisää hiilidioksidia, hiilen luonnollinen kiertokulku jakaa tämän lisän ilmakehän, kasvipeitteen ja merien kesken. Koko maapallon mitassa näyttäisi siltä, että tulevina aikoina hiiltä varastoituisi sekä meriin että kasvipeitteeseen tähänastista vähemmän. Vastaavasti entistä suurempi osa hiilidioksidin päästöistä jäisi ilmakehään maapalloa lämmittämään. Hiilen varastointikyvyn (hiilinielujen) heikkeneminen toimii siten kasvihuoneilmiötä vahvistavana palauteilmiönä. [1]

Ilmaston lämpeneminen riippuu palauteilmiöistä

Palauteilmiöt pitkälti määräävät, miten paljon säteilypakotetta aiheuttavat tekijät muuttavat maapallon lämpötilaa. Tutkimalla suurta joukkoa ilmastomalleja on päädytty sellaiseen arvioon, että jokainen neliömetriä kohti laskettu pakotewatti nostaisi maapallon lämpötilaa arviolta 0,75°C. Joissakin malleissa lämpötilan muutos on kuitenkin ollut lähempänä puolta astetta, toisissa yhden asteen luokkaa.

Lämpötilan nousu maapallolla seuraa säteilypakotteen voimistumista useamman vuosikymmenen ja -sadankin viiveellä. Lämpötilan muuttumista hidastavat valtameret, jotka toimivat ilmastojärjestelmässä valtavana lämpöpuskurina.

Ihmiskunnan jo tähän mennessä tuottama 1,6 watin lämmittävä säteilypakote lämmittäisi teoriassa maapalloa pitkän ajan kuluessa noin 1,2 asteella. Arvio on toki karkea kahdestakin syystä. Ensinnäkin kokonaispakotteen arvo tunnetaan todellisuudessa varsin epätarkasti. Toiseksi eri mallien käsitys ilmaston reagointiherkkyydestä pakotteeseen vaihtelee edellä todetun mukaisesti jopa tekijällä 2. Viimeksi kuluneitten sadan vuoden aikana maapallo on havaintojen mukaan ehtinyt lämmetä n. 0,7°C. [2][3]