تقلبات المناخ وتغيراته

يمكن للمحيط والغلاف الجوي أن يتفاعلا معًا لتوليد تقلبات مناخية داخلية تلقائية قد تستمر لسنوات أو حتى عقود. ^{[ 19 ] [ 20 ]} ويمكن لهذه التقلبات أن تؤثر على متوسط ​​درجة حرارة سطح الأرض عالميًا من خلال إعادة توزيع الحرارة بين أعماق المحيط والغلاف الجوي ^{[ 21 ] [ 22 ]} و/أو من خلال تغيير توزيع السحب/بخار الماء/الجليد البحري، مما قد يؤثر على إجمالي ميزانية الطاقة للأرض. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

التذبذب المناخي أو الدورة المناخية هو أي تذبذب دوري متكرر ضمن المناخ العالمي أو الإقليمي . وهي شبه دورية (ليست دورية تمامًا)، لذا فإن تحليل فورييه للبيانات لا يُظهر قممًا حادة في الطيف . وقد تم اكتشاف أو افتراض العديد من التذبذبات على نطاقات زمنية مختلفة: ^{[ 25 ]}

• ظاهرة النينيو-التذبذب الجنوبي (ENSO) - نمط واسع النطاق لارتفاع ( النينيو ) وانخفاض ( النينيا ) درجات حرارة سطح البحر الاستوائي في المحيط الهادئ، وله تأثيرات عالمية. وهو تذبذب ذاتي الاستدامة، وآلياته مدروسة جيدًا. ^{[ 26 ]} تُعد ظاهرة النينيو-التذبذب الجنوبي المصدر الأبرز المعروف للتقلبات المناخية والطقس بين السنوات حول العالم. تحدث هذه الدورة كل سنتين إلى سبع سنوات، وتستمر ظاهرة النينيو من تسعة أشهر إلى سنتين ضمن الدورة طويلة المدى. ^{[ 27 ]} لا ترتفع درجة حرارة اللسان البارد للمحيط الهادئ الاستوائي بنفس سرعة بقية المحيط، وذلك بسبب زيادة صعود المياه الباردة قبالة الساحل الغربي لأمريكا الجنوبية. ^{[ 28 ] [ 29 ]}
• تذبذب مادن -جوليان (MJO) – نمط يتحرك شرقًا لزيادة هطول الأمطار فوق المناطق الاستوائية بفترة تتراوح من 30 إلى 60 يومًا، ويُلاحظ بشكل رئيسي فوق المحيطين الهندي والهادئ. ^{[ 30 ]}
• تذبذب شمال الأطلسي (NAO) – تعتمد مؤشرات تذبذب شمال الأطلسي على الفرق في ضغط مستوى سطح البحر المعياري بين بونتا ديلغادا، جزر الأزور ، وستيكيشولمور / ريكيافيك ، أيسلندا. تشير القيم الموجبة للمؤشر إلى رياح غربية أقوى من المتوسط ​​فوق خطوط العرض المتوسطة. ^{[ 31 ]}
• التذبذب شبه السنوي – وهو تذبذب مفهوم جيداً في أنماط الرياح في طبقة الستراتوسفير حول خط الاستواء. على مدى 28 شهراً، تتغير الرياح السائدة من شرقية إلى غربية وبالعكس. ^{[ 32 ]}
• التذبذب المئوي للمحيط الهادئ - تذبذب مناخي تتنبأ به بعض نماذج المناخ
• التذبذب العقدي للمحيط الهادئ – النمط السائد لتغيرات سطح البحر في شمال المحيط الهادئ على مدى عقد من الزمن. خلال المرحلة "الدافئة" أو "الإيجابية"، يصبح غرب المحيط الهادئ باردًا، بينما يسخن جزء من شرق المحيط؛ وخلال المرحلة "الباردة" أو "السلبية"، يحدث النمط المعاكس. يُعتقد أنه ليس ظاهرة واحدة، بل مزيج من عمليات فيزيائية مختلفة. ^{[ 33 ]}
• التذبذب بين العقود في المحيط الهادئ (IPO) - تقلبات على مستوى حوض المحيط الهادئ بفترة تتراوح بين 20 و 30 عامًا. ^{[ 34 ]}
• التذبذب الأطلسي متعدد العقود – نمط من التقلبات في شمال المحيط الأطلسي يتراوح بين 55 و70 عامًا، وله تأثيرات على هطول الأمطار والجفاف وتواتر الأعاصير وشدتها. ^{[ 35 ]}
• دورات المناخ في شمال إفريقيا - التغيرات المناخية التي تحركها الرياح الموسمية في شمال إفريقيا ، والتي تستغرق عشرات الآلاف من السنين. ^{[ 36 ]}
• التذبذب القطبي الشمالي ( AO) والتذبذب القطبي الجنوبي (AAO) - الأنماط الحلقية هي أنماط طبيعية تحدث على مستوى نصف الكرة الأرضية، وتُفسر ما بين 20 و30% من التباين المناخي في نصفي الكرة الأرضية المعنيين، وذلك على مدى فترات زمنية تتراوح من أسابيع إلى شهور. يُعرف النمط الحلقي الشمالي ( AO) في نصف الكرة الشمالي، بينما يُعرف النمط الحلقي الجنوبي (AAO) في نصف الكرة الجنوبي. تؤثر هذه الأنماط الحلقية بشكل كبير على درجة الحرارة وهطول الأمطار في المناطق الواقعة على خطوط العرض المتوسطة والعالية، مثل أوروبا وأستراليا، من خلال تغيير المسارات المتوسطة للعواصف. يُمكن اعتبار مؤشر التذبذب القطبي الشمالي (NAO) مؤشرًا إقليميًا للتذبذب القطبي الشمالي/النمط الحلقي الشمالي. ^{[ 37 ]} ويُعرف هذان النمطان بأنهما أول دالة تجريبية ذاتية (EOF) لضغط مستوى سطح البحر أو الارتفاع الجيوبوتنشالي من خط عرض 20° شمالًا إلى 90° شمالًا (NAM) أو من خط عرض 20° جنوبًا إلى 90° جنوبًا (SAM).
• دورات دانسجارد-أوشجر – تحدث في دورات مدتها حوالي 1500 عام خلال ذروة العصر الجليدي الأخير

يمكن أن تُحدث الجوانب المحيطية لتقلبات المناخ تقلباتٍ على مدى قرون، وذلك لأن كتلة المحيطات تفوق كتلة الغلاف الجوي بمئات المرات ، وبالتالي تتمتع بقصور حراري عالٍ للغاية . فعلى سبيل المثال، تلعب التغيرات في العمليات المحيطية، كالدوران الحراري الملحي، دورًا رئيسيًا في إعادة توزيع الحرارة في محيطات العالم.

تنقل التيارات المحيطية كميات هائلة من الطاقة من المناطق الاستوائية الدافئة إلى المناطق القطبية الباردة. وتشير التغيرات التي حدثت خلال العصر الجليدي الأخير (أو ما يُعرف علميًا بالفترة الجليدية الأخيرة ) إلى أن دوران المياه في شمال المحيط الأطلسي قد يتغير فجأة وبشكل كبير، مما يؤدي إلى تغيرات مناخية عالمية، على الرغم من أن إجمالي كمية الطاقة الداخلة إلى النظام المناخي لم يتغير كثيرًا. وقد تكون هذه التغيرات الكبيرة ناتجة عما يُعرف بأحداث هاينريش، حيث تسبب عدم استقرار الصفائح الجليدية داخليًا في إطلاق جبال جليدية ضخمة في المحيط. وعندما تذوب الصفائح الجليدية، تكون المياه الناتجة منخفضة الملوحة وباردة جدًا، مما يؤدي إلى تغيرات في دوران المياه. ^{[ 38 ]}

تؤثر الحياة على المناخ من خلال دورها في دورات الكربون والماء ، وعبر آليات مثل البياض ، والتبخر ، وتكوين السحب ، والتجوية . ^{[ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]} ومن أمثلة كيفية تأثير الحياة على المناخ في الماضي ما يلي:

• التجلد قبل 2.3 مليار سنة والذي بدأ بتطور عملية التمثيل الضوئي الأكسجيني ، مما أدى إلى استنفاد غاز ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي وإدخال الأكسجين الحر ^{[ 42 ] [ 43 ]}
• وقد أدى العصر الجليدي الآخر الذي حدث قبل 300 مليون سنة إلى دفن طويل الأمد لبقايا النباتات الوعائية المقاومة للتحلل (مما أدى إلى إنشاء بالوعة للكربون وتكوين الفحم ) ^{[ 44 ] [ 45 ]}
• إنهاء الحد الأقصى الحراري للعصر الباليوسيني - الإيوسيني قبل 55 مليون سنة من خلال ازدهار العوالق النباتية البحرية ^{[ 46 ] [ 47 ]}
• انعكاس الاحتباس الحراري العالمي قبل 49 مليون سنة من خلال 800 ألف سنة من ازدهار أزولا القطب الشمالي ^{[ 48 ] [ 49 ]}
• التبريد العالمي على مدى الأربعين مليون سنة الماضية مدفوع بتوسع النظم الإيكولوجية للرعي العشبي ^{[ 50 ] [ 51 ]}

بينما يُنظر إلى غازات الدفيئة المنبعثة من الغلاف الحيوي غالبًا على أنها عملية تغذية راجعة أو عملية مناخية داخلية، يصنف علماء المناخ عادةً غازات الدفيئة المنبعثة من البراكين على أنها خارجية. ^{[ 52 ]} تعمل غازات الدفيئة، مثل _ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز ، على تسخين النظام المناخي عن طريق حبس الأشعة تحت الحمراء. كما تُعد البراكين جزءًا من دورة الكربون الممتدة . فعلى مدى فترات زمنية جيولوجية طويلة جدًا، تُطلق البراكين ثاني أكسيد الكربون من قشرة الأرض ووشاحها، مما يُعاكس امتصاصه بواسطة الصخور الرسوبية وغيرها من مصارف ثاني أكسيد الكربون الجيولوجية .

منذ الثورة الصناعية ، دأبت البشرية على زيادة انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من خلال انبعاث ثاني أكسيد الكربون _الناتج عن احتراق الوقود الأحفوري ، وتغيير استخدام الأراضي عبر إزالة الغابات، كما أثرت بشكل أكبر على المناخ من خلال الهباء الجوي (الجسيمات العالقة في الغلاف الجوي)، ^{[ 53 ]} وانبعاث غازات ضئيلة (مثل أكاسيد النيتروجين، وأول أكسيد الكربون، والميثان). ^{[ 54 ]} وتلعب عوامل أخرى، بما في ذلك استخدام الأراضي، واستنزاف طبقة الأوزون ، وتربية الحيوانات ( حيث تنتج الحيوانات المجترة مثل الأبقار الميثان ^{[ 55 ]} )، وإزالة الغابات ، دورًا في ذلك أيضًا. ^{[ 56 ]}

تشير تقديرات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية إلى أن الانبعاثات البركانية أقل بكثير من آثار الأنشطة البشرية الحالية، التي تُنتج ما بين 100 و300 ضعف كمية ثاني أكسيد الكربون المنبعثة من البراكين. ^{[ 57 ]} وقد تكون الكمية السنوية المنبعثة من الأنشطة البشرية أكبر من الكمية المنبعثة من الانفجارات البركانية الهائلة ، وآخرها ثوران بركان توبا في إندونيسيا قبل 74000 عام. ^{[ 58 ]}

تؤدي التغيرات الطفيفة في حركة الأرض إلى تغيرات في التوزيع الموسمي لأشعة الشمس التي تصل إلى سطح الأرض، وكيفية توزيعها عبر الكرة الأرضية. لا يطرأ تغيير يُذكر على متوسط ​​سطوع الشمس السنوي على مستوى المنطقة، ولكن قد تحدث تغيرات كبيرة في التوزيع الجغرافي والموسمي. تتمثل أنواع التغيرات الحركية الثلاثة في تغيرات انحراف مدار الأرض ، وتغيرات زاوية ميل محور دوران الأرض ، وترنح محور الأرض. تُنتج هذه التغيرات مجتمعةً دورات ميلانكوفيتش التي تؤثر على المناخ، وتتميز بارتباطها بالفترات الجليدية وما بين الجليدية ، ^{[ 59 ]} وارتباطها بتقدم الصحراء الكبرى وتراجعها ، ^{[ 59 ]} وظهورها في السجل الطبقي . ^{[ 60 ] [ 61 ]}

خلال الدورات الجليدية، كانت هناك علاقة وثيقة بين تركيزات _ثاني أكسيد الكربون ودرجات الحرارة. أشارت الدراسات المبكرة إلى أن تركيزات _ثاني أكسيد الكربون تتأخر عن درجات الحرارة، ولكن اتضح لاحقًا أن هذا ليس هو الحال دائمًا. ^{[ 62 ]} عندما ترتفع درجة حرارة المحيطات، تقل ذوبانية ثاني _أكسيد الكربون ، مما يؤدي إلى إطلاقه من المحيط. كما يمكن أن يتأثر تبادل _ثاني أكسيد الكربون بين الهواء والمحيط بجوانب أخرى من التغير المناخي. ^{[ 63 ]} هذه العمليات، وغيرها من العمليات ذاتية التعزيز، تسمح لتغيرات طفيفة في حركة الأرض بأن يكون لها تأثير كبير على المناخ. ^{[ 62 ]}

تُعدّ الشمس المصدر الرئيسي للطاقة التي تُغذي النظام المناخي للأرض . وتشمل المصادر الأخرى الطاقة الحرارية الأرضية من لب الأرض، وطاقة المد والجزر من القمر، والحرارة الناتجة عن تحلل المركبات المشعة. ومن المعروف أن التغيرات طويلة الأمد في شدة الإشعاع الشمسي تؤثر على المناخ العالمي. [ ^{64 ] يتفاوت} الإشعاع الشمسي على فترات زمنية أقصر، بما في ذلك الدورة الشمسية التي تبلغ 11 عامًا ^{[ 65 ]} ، وعلى فترات زمنية أطول . ^{[ 66 ]} أما العلاقة بين البقع الشمسية والمناخ فهي ضعيفة في أحسن الأحوال. ^{[ 64 ]}

قبل ثلاثة إلى أربعة مليارات سنة ، كانت الشمس تُصدر 75% فقط من الطاقة التي تُصدرها اليوم. ^{[ 67 ]} لو كان تركيب الغلاف الجوي مماثلاً لما هو عليه اليوم، لما وُجد الماء السائل على سطح الأرض. مع ذلك، توجد أدلة على وجود الماء على الأرض في بداياتها، في حقبتي الهاديان ^{[ 68 ] [ 69 ]} والأركيان ^{[ 70 ] [ 68 ]} ، مما يُفسر ما يُعرف بمفارقة الشمس الفتية الخافتة . ^{[ 71 ]} تشمل الحلول المُفترضة لهذه المفارقة غلافًا جويًا مختلفًا تمامًا، بتركيزات أعلى بكثير من غازات الاحتباس الحراري مقارنةً بالوضع الحالي. ^{[ 72 ]} على مدى ما يقرب من 4 مليارات سنة تالية، ازداد إنتاج الطاقة من الشمس. على مدى الخمسة مليارات سنة التالية، سيكون لموت الشمس النهائي، بتحولها إلى عملاق أحمر ثم قزم أبيض، تأثيرات كبيرة على المناخ، حيث يُحتمل أن تُنهي مرحلة العملاق الأحمر أي حياة على الأرض تبقى حتى ذلك الحين. ^{[ 73 ]}

تُعتبر الانفجارات البركانية التي تُطلق أكثر من 100 ألف طن من ثاني أكسيد الكبريت (SO₂) في طبقة الستراتوسفير كبيرة بما يكفي للتأثير على مناخ الأرض لأكثر من عام . [ 74 ] ويعود _ذلك إلى الخصائص البصرية ^{لثاني أكسيد الكبريت} وهباء _{الكبريتات} ، التي تمتص أو تُشتت الإشعاع الشمسي بقوة، مُكوّنةً طبقة عالمية من ضباب حمض الكبريتيك . ^{[ 75 ]} في المتوسط، تحدث هذه الانفجارات عدة مرات في القرن، وتُسبب تبريدًا (عن طريق حجب جزئي لانتقال الإشعاع الشمسي إلى سطح الأرض) لعدة سنوات. على الرغم من أن البراكين تُعتبر تقنيًا جزءًا من الغلاف الصخري، الذي يُعد بدوره جزءًا من النظام المناخي، إلا أن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) تُعرّف النشاط البركاني صراحةً كعامل خارجي مؤثر. ^{[ 76 ]}

ومن بين الانفجارات البركانية البارزة في السجلات التاريخية ثوران جبل بيناتوبو عام 1991 الذي خفض درجات الحرارة العالمية بنحو 0.5  درجة مئوية (0.9  درجة فهرنهايت) لمدة تصل إلى ثلاث سنوات، ^{[ 77 ] [ 78 ]} وثوران جبل تامبورا عام 1815 الذي تسبب في عام بلا صيف . ^{[ 79 ]}

على نطاق أوسع - بضع مرات كل 50 إلى 100 مليون سنة - تجلب ثورات المقاطعات البركانية الكبيرة كميات هائلة من الصخور النارية من الوشاح والغلاف الصخري إلى سطح الأرض. ثم يُطلق ثاني أكسيد الكربون الموجود في الصخور إلى الغلاف الجوي. ^{[ 80 ] [ 81 ]} أما الثورات البركانية الصغيرة، التي تُطلق أقل من 0.1  مليون طن من ثاني أكسيد الكبريت في طبقة الستراتوسفير، فتؤثر على الغلاف الجوي بشكل طفيف، حيث تكون تغيرات درجة الحرارة مماثلة للتقلبات الطبيعية. ومع ذلك، ونظرًا لأن الثورات البركانية الصغيرة تحدث بتردد أعلى بكثير، فإنها تؤثر بشكل كبير على الغلاف الجوي للأرض. ^{[ 74 ] [ 82 ]}

على مدى ملايين السنين، تُعيد حركة الصفائح التكتونية تشكيل مساحات اليابسة والمحيطات العالمية وتُولد التضاريس. وهذا بدوره قد يؤثر على أنماط المناخ ودوران الغلاف الجوي والمحيطات على المستويين العالمي والمحلي. ^{[ 83 ]}

يُحدد موقع القارات هندسة المحيطات، وبالتالي يؤثر على أنماط دورانها. وتُعد مواقع البحار مهمة في التحكم بانتقال الحرارة والرطوبة عبر الكرة الأرضية، ومن ثم في تحديد المناخ العالمي. ومن الأمثلة الحديثة على تأثير الحركة التكتونية على دوران المحيطات، تكوّن برزخ بنما قبل حوالي 5 ملايين سنة، والذي أدى إلى توقف الاختلاط المباشر بين المحيطين الأطلسي والهادئ . وقد أثر هذا بشدة على ديناميكيات المحيط لما يُعرف الآن بتيار الخليج ، وربما أدى إلى الغطاء الجليدي في نصف الكرة الشمالي. ^{[ 84 ] [ 85 ]} خلال العصر الكربوني ، قبل حوالي 300 إلى 360 مليون سنة، ربما أدت حركة الصفائح التكتونية إلى تخزين واسع النطاق للكربون وزيادة التجلد . ^{[ 86 ]} تشير الأدلة الجيولوجية إلى نمط دوران "موسمي ضخم" خلال فترة قارة بانجيا العظمى ، وتشير نماذج المناخ إلى أن وجود هذه القارة العظمى كان مُهيئًا لنشوء الرياح الموسمية. ^{[ 87 ]}

يُعدّ حجم القارات عاملاً مهماً أيضاً. فبسبب تأثير المحيطات في استقرار درجات الحرارة، تكون التغيرات السنوية في درجات الحرارة أقل عموماً في المناطق الساحلية مقارنةً بالمناطق الداخلية. ولذلك، فإن القارة العظمى الأكبر حجماً ستضم مساحة أكبر ذات مناخ موسمي قوي مقارنةً بالعديد من القارات أو الجزر الأصغر حجماً .

لقد طُرحت فرضية مفادها أن الجسيمات المتأينة المعروفة بالأشعة الكونية قد تؤثر على الغطاء السحابي، وبالتالي على المناخ. وبما أن الشمس تحمي الأرض من هذه الجسيمات، فقد افترض الباحثون أن التغيرات في النشاط الشمسي تؤثر على المناخ بشكل غير مباشر أيضًا. ولاختبار هذه الفرضية، صمم مركز سيرن تجربة CLOUD ، التي أظهرت أن تأثير الأشعة الكونية ضعيف جدًا بحيث لا يؤثر على المناخ بشكل ملحوظ. ^{[ 88 ] [ 89 ]}

توجد أدلة تشير إلى أن اصطدام نيزك تشيكسولوب قبل حوالي 66 مليون سنة قد أثر بشدة على مناخ الأرض. فقد تصاعدت كميات كبيرة من رذاذ الكبريتات إلى الغلاف الجوي، مما أدى إلى انخفاض درجات الحرارة العالمية بما يصل إلى 26  درجة مئوية، ووصول درجات الحرارة إلى ما دون الصفر لمدة تتراوح بين 3 و16 عامًا. واستغرق التعافي من هذا الحدث أكثر من 30 عامًا. ^{[ 90 ]} كما دُرست آثار الاستخدام واسع النطاق للأسلحة النووية على المناخ. وتفترض الفرضية أن السخام المنبعث من الحرائق واسعة النطاق يحجب جزءًا كبيرًا من ضوء الشمس لمدة تصل إلى عام، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في درجات الحرارة لعدة سنوات. ويُطلق على هذا الحدث المحتمل اسم الشتاء النووي . ^{[ 91 ]}

يؤثر استخدام الإنسان للأراضي على كمية ضوء الشمس التي تعكسها الأسطح وتركيز الغبار. ولا يتأثر تكوين السحب بكمية الماء في الهواء ودرجة الحرارة فحسب، بل يتأثر أيضًا بكمية الهباء الجوي في الهواء، كالغبار. ^{[ 92 ]} وعلى الصعيد العالمي، يتوفر المزيد من الغبار في المناطق ذات التربة الجافة والغطاء النباتي القليل والرياح القوية. ^{[ 93 ]}

قد يطرأ تغيير على نوع الغطاء النباتي وتوزيعه وكثافته نتيجة لتغير المناخ. قد تؤدي بعض التغيرات المناخية إلى زيادة هطول الأمطار وارتفاع درجات الحرارة، مما يُحسّن نمو النباتات ويؤدي بالتالي إلى امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء _. ورغم أن زيادة _ثاني أكسيد الكربون قد تفيد النباتات، إلا أن بعض العوامل قد تُقلل من هذه الزيادة. ففي حال حدوث تغير بيئي كالجفاف، لن تُفيد زيادة تركيزات ثاني أكسيد الكربون _النبات . ^{[ 105 ]} لذا، فرغم أن تغير المناخ يزيد من انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون ، فإن النباتات غالبًا لا تستفيد من هذه الزيادة نظرًا لضغوط بيئية أخرى تُؤثر عليها. ^{[ 106 ]} ومع ذلك، من المتوقع أن يؤثر امتصاص ثاني أكسيد الكربون _على معدل العديد من الدورات الطبيعية، مثل معدلات تحلل مخلفات النباتات . ^{[ 107 ]} ستؤدي الزيادة التدريجية في درجات الحرارة في منطقة ما إلى تبكير مواعيد الإزهار والإثمار، مما يُؤدي إلى تغيير في توقيت دورات حياة الكائنات الحية المُعتمدة عليها. في المقابل، سيؤدي البرد إلى تباطؤ الدورات البيولوجية للنباتات. ^{[ 108 ]}

مع ذلك، قد تؤدي التغيرات الأكبر والأسرع والأكثر جذرية إلى إجهاد الغطاء النباتي، وفقدان سريع للنباتات، والتصحر في ظروف معينة. ^{[ 109 ] [ 110 ] [ 111 ]} ومن الأمثلة على ذلك ما حدث خلال انهيار الغابات المطيرة في العصر الكربوني، وهو حدث انقراض جماعي وقع قبل 300 مليون سنة. في ذلك الوقت، كانت غابات مطيرة شاسعة تغطي المنطقة الاستوائية في أوروبا وأمريكا. وقد أدى تغير المناخ إلى تدمير هذه الغابات المطيرة الاستوائية، مما أدى إلى تجزئة الموائل فجأة إلى "جزر" معزولة، وتسبب في انقراض العديد من أنواع النباتات والحيوانات. ^{[ 109 ]}

تُعدّ الهجرة إلى مناطق أكثر دفئًا أو برودةً من أهمّ الوسائل التي تتكيّف بها الحيوانات مع تغيّر المناخ. ^{[ 112 ]} وعلى المدى البعيد، يُسهم التطور في جعل النظم البيئية، بما فيها الحيوانات، أكثر تكيفًا مع المناخ الجديد. ^{[ 113 ]} وقد يُؤدّي تغيّر المناخ السريع أو الكبير إلى انقراضات جماعية عندما تُصبح الكائنات الحية عاجزة عن التكيّف. ^{[ 114 ]}

قد يكون انهيار حضارات سابقة، كحضارة المايا ، مرتبطًا بدورات هطول الأمطار، وخاصة الجفاف، الذي يرتبط في هذا المثال أيضًا بظاهرة " بركة المياه الدافئة" في نصف الكرة الغربي . قبل حوالي 70 ألف عام، تسبب ثوران بركان توبا الهائل في فترة برد استثنائية خلال العصر الجليدي، مما أدى إلى انخفاض محتمل في التنوع الجيني للسكان.

تُعتبر الأنهار الجليدية من أكثر المؤشرات حساسية لتغير المناخ. ^{[ 115 ]} يتحدد حجمها بتوازن الكتلة بين كمية الثلوج المتساقطة وكمية الثلوج الذائبة. ومع ارتفاع درجات الحرارة، تتراجع الأنهار الجليدية ما لم يزد هطول الثلوج لتعويض الذوبان الإضافي. وتنمو الأنهار الجليدية وتتقلص نتيجةً للتقلبات الطبيعية والعوامل الخارجية. ويمكن أن تؤثر التغيرات في درجات الحرارة وهطول الأمطار والهيدرولوجيا بشكل كبير على تطور النهر الجليدي في موسم معين.

تُعدّ الدورات الجليدية وما بين الجليدية أهم العمليات المناخية منذ منتصف إلى أواخر العصر البليوسيني (منذ حوالي 3 ملايين سنة). وقد استمرت الفترة الجليدية الحالية ( الهولوسين ) حوالي 11700 سنة. ^{[ 116 ]} وقد ساهمت التغيرات المدارية ، مثل صعود وهبوط الصفائح الجليدية القارية والتغيرات الكبيرة في مستوى سطح البحر، في تشكيل المناخ. ومع ذلك، تُظهر تغيرات أخرى، بما في ذلك أحداث هاينريش وأحداث دانسغارد-أوشغر وفترة يونغر دراياس ، كيف يمكن للتغيرات الجليدية أن تؤثر على المناخ حتى بدون التأثير المداري .

خلال ذروة العصر الجليدي الأخير ، قبل حوالي 25000 عام، كان مستوى سطح البحر أقل بنحو 130 مترًا مما هو عليه اليوم. وتميزت فترة ذوبان الجليد اللاحقة بتغير سريع في مستوى سطح البحر. ^{[ 117 ]} في أوائل العصر البليوسيني ، كانت درجات الحرارة العالمية أعلى بمقدار 1-2 درجة مئوية من درجة الحرارة الحالية، ومع ذلك كان مستوى سطح البحر أعلى بمقدار 15-25 مترًا مما هو عليه اليوم. ^{[ 118 ]}

يلعب الجليد البحري دورًا هامًا في مناخ الأرض، إذ يؤثر على كمية ضوء الشمس المنعكسة عنها. ^{[ 119 ]} في الماضي، كانت محيطات الأرض مغطاة بالجليد البحري بشكل شبه كامل في مناسبات عديدة، عندما كانت الأرض في حالة تُعرف باسم " الأرض المتجمدة" ، ^{[ 120 ]} وخالية تمامًا من الجليد في فترات المناخ الدافئ. ^{[ 121 ]} عندما يكون هناك الكثير من الجليد البحري على مستوى العالم، وخاصة في المناطق المدارية وشبه المدارية، يصبح المناخ أكثر حساسية للعوامل الخارجية نظرًا لقوة تأثير الجليد على البياض . ^{[ 122 ]}

يتميز العصر الهولوسيني بتبريد طويل الأمد بدأ بعد ذروة الهولوسين ، عندما كانت درجات الحرارة على الأرجح أقل بقليل من درجات الحرارة الحالية (العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين)، ^{[ 128 ]} وقد أدى موسم الرياح الموسمية الأفريقية القوي إلى تهيئة ظروف المراعي في الصحراء الكبرى خلال العصر الحجري الحديث شبه المطير . ومنذ ذلك الحين، حدثت عدة أحداث تبريد ، منها:

• تذبذب بيورا
• العصر البرونزي الأوسط - العصر البارد
• العصر الحديدي العصر البارد
• العصر الجليدي الصغير
• مرحلة التبريد التي امتدت من عام 1940 إلى عام 1970 تقريبًا، والتي أدت إلى فرضية التبريد العالمي.

في المقابل، حدثت أيضاً عدة فترات دافئة، وتشمل على سبيل المثال لا الحصر:

• فترة دافئة خلال ذروة الحضارة المينوية
• الفترة الدافئة الرومانية
• الفترة الدافئة في العصور الوسطى
• الاحتباس الحراري الحديث خلال القرن العشرين

وقد حدثت بعض التأثيرات خلال هذه الدورات. فعلى سبيل المثال، خلال فترة الدفء في العصور الوسطى، عانى الغرب الأوسط الأمريكي من الجفاف، بما في ذلك كثبان رملية نشطة في نبراسكا . كما انتشر وباء الموت الأسود الناجم عن بكتيريا يرسينيا الطاعونية خلال تقلبات درجات الحرارة في العصور الوسطى، وقد يكون مرتبطًا بتغير المناخ.

ربما ساهم النشاط الشمسي في جزء من الاحترار الحديث الذي بلغ ذروته في ثلاثينيات القرن العشرين. مع ذلك، لا تُفسر الدورات الشمسية الاحترار الملحوظ منذ ثمانينيات القرن العشرين وحتى يومنا هذا. فأحداثٌ مثل فتح الممر الشمالي الغربي وانخفاض مستوى الجليد إلى مستويات قياسية في انكماش القطب الشمالي الحديث لم تحدث منذ عدة قرون على الأقل، إذ لم يتمكن المستكشفون الأوائل من عبور القطب الشمالي، حتى في فصل الصيف. كما أن التحولات في المناطق الأحيائية ونطاقات الموائل غير مسبوقة، وتحدث بمعدلات لا تتوافق مع التذبذبات المناخية المعروفة .

اليابسة والمحيط. ترتفع درجات حرارة الهواء السطحي فوق اليابسة بوتيرة أسرع من تلك التي ترتفع فوق المحيط، ^{[ 133 ]} حيث يمتص المحيط حوالي 90% من الحرارة الزائدة. ^{[ 134 ]}

نصفي الكرة الأرضية. تباينت متوسطات تغيرات درجة الحرارة في نصفي الكرة الأرضية ^{[ 135 ]} بسبب النسبة الأكبر من مساحة اليابسة في الشمال، وبسبب التيارات المحيطية العالمية. ^{[ 13 ]}

نطاقات خطوط العرض. تُظهر ثلاثة نطاقات لخطوط العرض، تغطي على التوالي 30 و40 و30 بالمائة من مساحة سطح الأرض، أنماط نمو حراري متباينة في العقود الأخيرة. ^{[ 136 ]}

نطاقات خطوط العرض. لقد تباين الاحتباس الحراري بشكل كبير حسب خطوط العرض، حيث شهدت مناطق خطوط العرض الشمالية أكبر الزيادات في درجات الحرارة.

الارتفاع. يوضح الرسم البياني ذو الخطوط الدافئة ( الأزرق يدل على البرودة، والأحمر يدل على الدفء) كيف يحبس تأثير الاحتباس الحراري الحرارة في الطبقات السفلى من الغلاف الجوي والمحيطات، مما يؤدي إلى تبريد الطبقات العليا من الغلاف الجوي التي تتلقى طاقة منعكسة أقل. ^{[ 137 ] [ 138 ]}

عالمي مقابل إقليمي. لأسباب جغرافية وإحصائية، من المتوقع وجود اختلافات أكبر من سنة إلى أخرى ^{[ 139 ]} في المناطق الجغرافية المحلية (مثل منطقة البحر الكاريبي) مقارنة بالمتوسطات العالمية. ^{[ 140 ]}

الانحراف النسبي. على الرغم من أن أمريكا الشمالية شهدت ارتفاعاً في درجات الحرارة أكثر من المناطق الاستوائية، إلا أن المناطق الاستوائية انحرفت بشكل أوضح عن التباين التاريخي الطبيعي (الأشرطة الملونة: انحرافات معيارية 1σ، 2σ). ^{[ 141 ]}

بالإضافة إلى تقلبات المناخ العالمية وتغير المناخ العالمي بمرور الوقت، تحدث العديد من الاختلافات المناخية في وقت واحد عبر مناطق جغرافية مختلفة.

ساهم امتصاص المحيطات لنحو 90% من الحرارة الزائدة في ارتفاع درجات حرارة سطح اليابسة بوتيرة أسرع من ارتفاع درجات حرارة سطح البحر. ^{[ 134 ]} ويُظهر نصف الكرة الشمالي، الذي يتميز بنسبة أكبر بين مساحة اليابسة والمحيطات مقارنةً بنصف الكرة الجنوبي، ارتفاعًا أكبر في متوسط ​​درجات الحرارة. ^{[ 13 ]} كما تعكس الاختلافات بين نطاقات خطوط العرض المختلفة هذا التباين في متوسط ​​ارتفاع درجات الحرارة، حيث يتجاوز ارتفاع درجة الحرارة في المناطق الشمالية المعتدلة ارتفاعها في المناطق المدارية، والذي بدوره يتجاوز ارتفاعها في المناطق الجنوبية المعتدلة. ^{[ 136 ]}

تشهد الطبقات العليا من الغلاف الجوي انخفاضاً في درجة الحرارة بالتزامن مع ارتفاع درجة الحرارة في الطبقات السفلى، مما يؤكد تأثير ظاهرة الاحتباس الحراري واستنزاف طبقة الأوزون. ^{[ 138 ]}

تؤكد التغيرات المناخية الإقليمية المرصودة صحة التوقعات المتعلقة بالتغيرات الجارية، وذلك على سبيل المثال، من خلال مقارنة التغيرات العالمية (الأكثر استقرارًا) من سنة إلى أخرى مع التغيرات (الأكثر تقلبًا) من سنة إلى أخرى في مناطق محددة. ^{[ 139 ]} في المقابل، تسمح مقارنة أنماط الاحترار في المناطق المختلفة بتقلباتها التاريخية بوضع المقادير الخام لتغيرات درجات الحرارة في سياق التباين الطبيعي لكل منطقة. ^{[ 141 ]}

تتيح رصدات التباين الإقليمي دراسة نقاط التحول المناخية الإقليمية ، مثل فقدان الغابات المطيرة، وذوبان الصفائح الجليدية والجليد البحري، وذوبان التربة الصقيعية. ^{[ 142 ]} وتُشكل هذه الفروقات أساسًا للبحوث التي تتناول سلسلة عالمية محتملة من نقاط التحول . ^{[ 142 ]}