Bilimsel Detaylar Merceğinde İklim Değişikliği

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. 1850’li yıllarda etkisini hissedilir seviyede arttıran sanayileşme, fosil yakıt kullanımındaki artış, bilinçsiz arazi kullanımı değişimi, ormanların tahribatı, çıplak sanayileşme gibi insan etkileri nedeni ile sera gazları atmosferde birikerek atmosferin kimyasal özelliklerini bozmakta ve küresel ölçekteki sera etkisi nedeni ile iklimlerde ani fark edilir negatif değişiklik görülmektedir. İklim değişiminde, günümüz sanayi üretiminden kaynaklanan atmosferdeki sera gazı artışının yanı sıra, geçmişteki emisyonların da katkısı büyüktür. Bu nedenle analiz ve modeller oluşturulurken çok uzun zaman periyotlardaki değişimlere ait verilere de ulaşılması gereklidir ve değişkenlik verileri sadece yerküreye ait değildir.

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.

En yakın yıldız olan Güneş, değişken ışıma gücü ile her an tükenmez bir enerji kaynağıdır. 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 yarıçapı 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.

Uzay ortamında oluşan Yerküreye yönelik fiziksel mekanizmaların küresel iklim üzerindeki etkileri çok önemlidir. Gezegenin şekli kusursuz bir küre olmadığı için, yörünge düzlemi ile kendi etrafında döndüğü eksenin eğiklik açısı, jeolojik oluşum sürecinde değişim gösterir. Merkezcil kuvvet ve Ay’ın ekvator üzerindeki çekim kuvveti birlikteliği sonucunda, ekvatorda kutuplardan daha fazla madde birikmiştir. Ayrıca, Güneş Sistemindeki diğer gezegenlerin ve Ay’ın varlığı, Dünya’nın yörünge düzlemine sürekli etki ettiği için, çembersel yörüngenin eğiklik açısı yavaş bir şekilde değişir. Bu açı, 41000 yıl önce 22°02’ iken şu anda 24°30’ olmuştur.

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 100000 ila 400000 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.

 
Dünya’nın kendi etrafında dönme ekseni de, ayrıca yörünge düzlemine dik doğrultudaki bir eksen etrafında döner ve bu hareket 25000 yılda farklılık gösterir. Bunun, gezegenin güneş ışınlarını alması üzerinde önemli etkisi vardır. Yeryüzünün güneş etrafında izlediği yörünge düzleminin yaklaşık 20000 yılda değişmesi gibi, diğer astronomik salınımlar, Dünya’nın Güneş’e en yakın olduğu tarihi değiştirir.

Bütün bu astronomik değişimlerin, yeryüzüne ulaşan Güneş ışınları üzerindeki etkisi çok az oranda olmasına rağmen, küresel iklim değişimine büyük katkı sağlamaktadır.

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.

Geçmiş yılların iklimsel özelliklerini belirleyebilmek için, toprağın, tortuların ve göl diplerinin incelenmesi gerekir. Buz kütleleri hareket ederken, kayalık platformu aşındırır. Kayalara paralel çizikler oluşturur ve güzergâhlarına göre, özel mineral yığınlarını yabancı topraklara taşır. Bu yığınların yerlerinin belirlenmesi ve çiziklerin yönü, bölge kapsamında kıtasal buzulların genel hareket yönünü gösterir. Buzullar, hareket ederken, geçtikleri ortamı da aşındırır ve vadiler arasında biriken çökeltiler oluşturur. Turba ve topraktan oluşan kapalı katmanlar arasında kalan bu çökeltiler, daha sıcak bir iklimde buzlar geri çekilene kadar birikebilir.
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.

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

Dönen bir platformun merkezinden dış sınıra yürümeye çalışan biri, yürümek istediği tarafa doğru dik açıyla itildiğini hisseder. Benzer şekilde, dönen yer kürenin yüzeyi üzerinde hareket eden hava, kuzey yarım kürede hareket yönünün sağına, güney yarım kürede soluna yöneltilir. Bu yönlendirme gücü Coriolis kuvvetidir. Dönen bir plak üzerine düz bir çizgi, eğri şeklinde ortaya çıkar. Eğer plak ortasında bir gözleyici bulunursa, bir kuvvetle kenara doğru itildiği hissine kapılır. Gezegenimizde, rüzgâr ve okyanus akımlarında bu kuvvetin etkisi görülür ve yörüngelerine dik hareket etme eğilimi gösterirler.

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. Okyanuslar, yazın ve sonbaharda depolamış olduğu ısıyı, kışın ve ilkbaharda kaybeder. Bu, atmosferin alçak katmanlarını okyanus yüzeyinin her metrekaresinde 50Watt kadar ısıtır. Okyanus daha sonraki iki mevsimde bırakmış olduğu ısıyı geri kazanır. Okyanusun tampon etkisinden dolayı, aynı enlemde yer alan kıyı bölgeler ile iç bölgeler arasında büyük iklim farklılıkları oluşur. İç bölgelere kıyasla deniz kenarlarında mevsimler daha az belirgindir.

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.

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. Ekvatoru bir koridor olarak kaplayan Yengeç ve Oğlak Dönenceleri arası, buharlaşmanın en etkin olarak yaşandığı bölgedir. Güneşten alınan enerjinin %23’lük kısmını kullanılarak doğal süreçte her gün 1300 milyar ton su, sıvı halden gaz haline dönüşür. Suyun buharlaşması için gereken ısı atmosferden elde edilir. Bu sırada doğal olarak atmosfer soğur. Ancak atmosferin yüksek kısımlarında su yoğunlaştığında buharlaşmak için atmosferden aldığı enerjiyi geri verir. Böylece alt tabakalardan üst katmanlara enerji aktarımını gerçekleştirir. Okyanus sularının buharlaşması, okyanustaki enerjiyi atmosfere taşır. Harekete geçen enerjinin bir bölümü, denizler ve karalardaki göl ve akarsular gibi diğer su kütlelerine aktarılır. Bu enerji ile büyük miktarda buharlaşma, doğal döngü sürecine katkıda bulunur. Yılda 467000km3 su okyanuslara yağarken 110000km3 ise toprağa düşüyor. Bu yağışın bir bölümü ancak atmosfer sıcaklığının miktarına bağlı olarak toprağa ulaşabilir. Bitki örtüsü ile etkileşerek tekrar buharlaşmayan kısmı ancak toprağa ulaşır ve bir bölümü su kütlelerine katılırken, kalanı emilerek yer altı sularına karışır. Toprağa sızan kısım ise toprağın doğal gücünün ve canlılığının temel kaynağını oluşturur. 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. Atmosfer tarafından biriken enerji miktarı (ısı) kutuplarda birikenden çok daha fazladır. Doğa bu dengesizliği düzenleyebilmek için güneydeki sıcak hava kütlesini, kuzeye doğru taşımaya çalışır. 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.

1735 yılında İngiliz bilim insanı 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 rüzgârlarından oluşur.

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 hâkimdir. 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.

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. Bu sırada Alizeler ekvator çizgisini aşar ve Ekvatordan uzaklaştıkça, Corialis kuvvetinin etkisi ile okyanustan kıtaya doğru Kuzeye ve sonra Kuzey-Doğuya, tersi yönde ise Güneye ve sonra Güney-Doğuya doğru sapan rüzgârlara dönüşürler. Böylece geldikleri yarımküreden diğer yarımküreye doğru hareket ederler.

El Nino; Doğusundakinin aksine, Batı kısmı alçak basınç altında olan Pasifik’in, deniz yüzeyindeki sıcaklık artışı, Ekvator bölgesindeki atmosfer ve okyanus dolaşımında ani değişim meydana getirir. Dolayısıyla Alizeler, Doğudan Batıya doğru eser ve aynı yönde yüzeyde sıcak akıntı oluşur. Bölgenin yükselen sıcaklığı, Batı Pasifik kıyıları üzerinde yoğun buharlaşmaya neden olur ve daha sonra bu buharlaşma Endonezya üzerinde sağnak yağmura dönüşür. Bu sıcak su birikimi okyanusun doğusundaki yüzeyde bulunan su katmanında azalmaya yol açar. Bunu dengelemek için, ilk katın altında ters yönde bir soğuk akım oluşur. Bu hareket, Güney Amerika kıyıları yakınlarında, yüzeydeki su katmanı kalınlığındaki azalmayı dengelemek için deniz çukurundan gelen soğuk suyun dik olarak akımı ile tamamlanır. Her 3-7 yıllık zaman aralıklarında, rastlantısal olarak bu oluşum altüst olur. Güney Amerika’daki yüksek basınç zayıflarken, okyanusun batısında yer alan alçak basınç sistemi ortaya doğru ilerler. Bu Alizeleri zayıflatır ve yüzeydeki su akımı yavaşlar, hatta ters döner. Bu durumda, sıcak su tabakası Pasifik’in ortasına doğru günde 300km ilerler. Kaliforniya ve Polinezya’ya yağış bırakır. Soğuk su, okyanus çukurundan Peru açıklarına çıkmaz. Pasifik’in batısında hiç yağmur yağmaz. Endonezya ve Avustralya’da kuraklık yerleşir. Her iki muson da bundan ciddi şekilde etkilenir.

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.

Güneşten gelen kısa dalgalı ışınların %51’i yeryüzü tarafından tutulur. Bu enerji ile yeryüzü ısınır. Yeryüzü tarafından emilen bu enerjinin bir kısmı atmosfere geri gönderilir. Güneşten gelen enerjinin bir kısmı yeryüzüne ulaşmadan atmosferden uzaya geri döner. Isınan yeryüzünden bir kısım enerji uzun dalgalı ışınlar halinde atmosfere verilir. Bu enerjinin bir kısmı atmosferdeki sera gazları tarafından tutulur. Bu tutulan enerji atmosferin alt kısımlarını ısıtır. Bu ısınma atmosferin sera etkisidir. Sera gazları tarafından tutulan enerjinin bir kısmı yeniden uzaya geri verilir. Yeryüzünden uzaya verilen enerjinin bir kısmı doğrudan uzaya gider. Sera etkisi sayesinde, yeryüzü üzerindeki ortalama sıcaklık -18 derece yerine 15 derecedir.

Sanayi devriminden sonra atmosfere salınan sera gazları nedeniyle de dünyanın ortalama hava sıcaklığı 15,6°C ye yükselmiştir. Dünyada bugün ortalama 15°C hava sıcaklığına göre bildiğimiz bir şekildeki yaşam artık değişmek zorundadır. Şimdi temel problemimiz insan etkinlikleri nedeniyle atmosferin güneş enerjisini yutması ve yayınlaması şeklinin değiştirmiş olmasıdır.

Karbondioksit, metan ve diazotmonoksit gazlarının atmosferik birikimleri, en az son 800.000 yıllık dönemde hiç olmadığı kadar yüksek bir düzeye ulaşmıştır. CO2 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.

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.
Kuzeyin zengin ülkeleri yüksek endüstriyel karbon üretimleri ile Güneyin fakir ülkeleri ise daha çok kötü arazi kullanımı ile bu probleme katkıda bulunuyor. Sonuç olarak, yer örtüsünü değiştirerek ve çok büyük miktarlarda fosil yakıtını yakarak iklimi hızla değiştiriyoruz. Karbondioksitin kaynağı petrol, kömür ve doğalgaz gibi fosil yakıtlardır. Metan ise, pirinç ekimi vb. gibi bazı tarımsal faktörler, hidroelektrik barajlar, bataklıklar ve çöplüklerden gelir. Bunlar da sürekli olarak atmosferin sera etkisini kuvvetlendiriyor ve dünyayı ısındırıyor.