Klimatförändringar är alla långsiktiga förändringar i genomsnittliga vädermönster, antingen globalt eller regionalt. Som denna breda definition antyder har klimatförändringar inträffat många gånger i jordens historia, och av många skäl. Förändringarna i globala temperatur- och vädermönster som ses idag orsakas emellertid av mänsklig aktivitet. Och de händer mycket snabbare än de naturliga klimatvariationerna i det förflutna.
Forskare har många sätt att spåra klimatet över tid, vilket alla gör det klart att dagens klimatförändring är kopplad till utsläpp av växthusgaser som koldioxid och metan. Dessa gaser är effektiva för att fånga värme från solens strålar nära jordens yta, precis som glasväggarna i ett växthus håller värmen inuti. Små förändringar i andelarna av växthusgaser i luften kan bidra till stora förändringar på global skala.
I genomsnitt är effekten av växthusgaser att öka de globala temperaturerna. Det är därför klimatförändringar ibland kallas global uppvärmning. Men de flesta forskare i dag föredrar termen klimatförändring på grund av variationen i väder och klimat över hela världen. Exempelvis kan värmning av globala medeltemperaturer förändra jetströmmen, den stora luftström som påverkar Nordamerikans väder, vilket i sin tur kan leda till säsongsperioder med extrem kyla i vissa områden.
"Det är viktigt för människor att inse att det finns mycket variation från plats till plats på jorden när det gäller temperaturen," säger Ellen Mosley-Thompson, en paleoklimatolog vid Byrd Polar and Climate Research Center vid Ohio State University. "När vi pratar om globala klimatförändringar, talar vi om temperaturförändringar över stora områden."
Hur forskare vet klimatförändringar är verkligt
Det förflutna klimatet registreras i is, sediment, grottformationer, korallrev och till och med trädringar. Forskare kan titta på kemiska signaler - till exempel koldioxid som fångats i bubblor i isisen - för att bestämma atmosfäriska förhållanden tidigare. De kan studera mikroskopiska fossiliserade pollen för att lära sig hur vegetation brukade blomstra i ett visst område, vilket i sin tur kan avslöja hur klimatet var. De kan mäta trädringar för att få en säsong för säsongsrekord av temperatur och fukt. Förhållanden mellan kemiska varianter av syre i koraller och stalaktiter och stalagmiter kan avslöja tidigare nederbördsmönster.
Olika typer av naturliga register har olika styrkor. Havsediment innehåller inte säsong för säsong eller ens år för år detaljeringsnivåer, men de kan ge oskarpa bilder av klimat som går tillbaka miljoner år, berättade Mosley-Thompson till Live Science. (De äldsta kärnorna som borrats från havsedimenter går tillbaka 65 miljoner år, enligt The Smithsonian Institution.) Trädrekord är relativt korta men otroligt detaljerade. Och is kan vara full av information: Glaciärer fångar inte bara atmosfäriska gaser i form av luftbubblor, de fångar damm och andra sediment, pollenkorn, vulkansk aska och mer. När isen blir äldre och mer komprimerad kan skivan bli otydlig, sade Mosley-Thompson, men nyare is kan ge en årlig titt på vad klimatet gjorde.
De senaste klimatförändringarna - sedan början av den industriella revolutionen - kan också spåras direkt. Att hålla register över saker som landstemperatur började förbättras i slutet av 1800-talet och fartygschefer började hålla en mängd havsbaserade väderdata i sina stockar. Tillkomsten av satellitteknologi på 1970-talet har gett en explosion av data som täcker allt från isutbredning vid polerna till havsytemperatur till molntäckning.
Hur klimatet förändras
Sammantaget har dessa poster visat att det moderna klimatet genomgår ett snabbt avvikelse från mönstren i det förflutna.
Före den industriella revolutionen fanns det cirka 280 koldioxidmolekyler för varje miljon molekyler i atmosfären, ett mått som kallas delar per miljon (ppm). Från och med 2018 var den globala genomsnittliga koldioxidnivån 407,4 ppm, mer än 100 ppm högre än den nivån har varit under de senaste 800 000 åren, enligt National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). Förra gången atmosfäriskt kol nådde dagens nivåer var för 3 miljoner år sedan, enligt NOAA.
Förändringsgraden i dagens atmosfäriska kol är också snabbare än tidigare, enligt NOAA. Ökningsgraden var 100 gånger snabbare under de senaste 60 decennierna än någon gång under de senaste miljoner åren eller så - en period som såg åtta stora klimatvippor mellan iscykler, där is expanderade från polerna till mellanlängderna, och interglaciala cykler, där isen drog sig tillbaka till den är idag. Och kursen fortsätter att öka. Under 1960-talet steg kolatmosfären med i genomsnitt 0,6 ppm per år. Under 2010-talet steg det i genomsnitt 2,3 ppm per år.
Värmefångstförmågan hos allt det extra kolet har översatts till stigande globala medeltemperaturer. Enligt NASAs Goddard Institute for Space Studies (GISS) har jordens medeltemperatur stigit med drygt 2 grader Fahrenheit (1 grad Celsius) sedan 1880, en mätning som är exakt till inom en tiondel av en grad av Fahrenheit. Precis som med andelen kolatmosfärer ökar också hastigheten för den globala temperaturökningen, enligt NASAs jordobservatorium: Två tredjedelar av den uppvärmningen har skett sedan 1975.
Vilka är effekterna av klimatförändringarna?
Denna uppvärmning har översatts till förändringar i jordens ekosystem och miljöer. Bland de mest dramatiska förändringarna har inträffat i Arktis, där havisen håller på att minska. Isutbredningslågor och rekordlågor har varit den nya normala sedan 2002, enligt NASA, och studier visar att till och med den äldsta, fleråriga havsisen tyndar snabbt. Forskare förväntar sig nu den första isfria arktiska sommaren någon gång mellan 2040 och 2060.
Glaciärer håller på att dra sig tillbaka globalt, särskilt på mellanlängderna, sade Mosley-Thompson. I Montana's Glacier National Park var 150 glaciärer 1850. Idag finns det bara 25. Mosley-Thompson och hennes team uppskattar att de sista tropiska glaciärerna kommer att försvinna inom det kommande decenniet.
Smältande is och expansionen av havsvatten på grund av värme har redan bidragit till havsnivån. Enligt NOAA har den globala genomsnittliga havsnivån stigit 8-9 tum (21-24 centimeter) sedan 1880. Stigningshastigheten ökar, från 0,06 tum (1,4 millimeter) per år under 1900-talet till 0,14 tum (3,6 mm) per år från 2006-2015. Enligt NOAA har denna havsnivåökning översatt till 300- till 900% ökning av översvämningar i kustvatten i USA.
Havsvatten absorberar koldioxid från atmosfären, vilket skapar en kemisk reaktion som orsakar försurning av havet. Det globala genomsnittliga pH för havets ytvatten har sjunkit med 0,11 sedan den industriella revolutionen inleddes, en 30% ökning av surhetsgraden, enligt NOAA: s Pacific Marine Environmental Laboratory. Ökande havets surhet gör det svårare för koraller att bygga sina karbonatskelett och för skalade djur som musslor och vissa typer av plankton att överleva.
Klimatförändringarna påverkar till och med tidpunkten för vårliknande väder. Den tidigaste våren (som definieras av växttillväxt och temperaturer) i USA var i mars 2012. Klimatmodeller antyder nu att sådana tidiga fjädrar kan vara normen senast 2015. Men sent frysning kommer troligen fortfarande att inträffa, vilket skapar förhållanden där växter kan bladas ut tidigt och sedan skadas av kalla temperaturer. Klimatmodeller förutspår också en förvärring av oroväckande trender i torka och eldbränder tack vare varmare temperaturer.
Modeller är ett viktigt verktyg för klimatforskare, säger Kathie Dello, North Carolina statliga klimatolog. Det finns ingen jämförelse planet för jorden, sade Dello, men modeller tillåter forskare att skapa virtuella versioner av planeten för att testa olika scenarier. Även om jordsystemet är komplicerat har dessa datormodeller visat sig kunna förutsäga framtiden. Ett papper från 2020 i tidskriften Geophysical Research Letters fann att förutsägelser om klimatmodeller publicerade mellan 1970-talet och 2010 var korrekta jämfört med den verkliga uppvärmningen som inträffade efter publiceringen.
Kan vi vända klimatförändringar?
Ett växande antal företagsledare, regeringstjänstemän och privata medborgare är oroliga för klimatförändringar och dess konsekvenser och föreslår åtgärder för att vända utvecklingen.
"Medan vissa hävdar att 'jorden kommer att läka sig själv', fungerar de naturliga processerna för att ta bort denna mänskliga orsakade koldioxid från atmosfären på tidsskalan från hundratusentals till miljoner år," säger Josef Werne, en geokemist och paleoklimatolog vid universitetet av Pittsburgh, sa. "Ja, jorden kommer att läka sig själv, men inte i tid för att våra kulturella institutioner ska bevaras som de är. Därför måste vi i våra egna egenintressen agera på ett eller annat sätt för att hantera klimatförändringarna vi orsakar. "
Om alla mänskliga växthusgasutsläpp stannade omedelbart skulle jorden troligen fortfarande uppleva mer uppvärmning, säger vissa studier, eftersom koldioxid kvarstår i atmosfären i hundratals år. Det finns förslag som teoretiskt kan motverka en del av denna "inlåsta" uppvärmning genom att ta bort koldioxid från atmosfären, till exempel koluppsamling och lagring, vilket innebär att kolet sprutas in i underjordiska behållare. Förespråkare hävdar att koldioxiduttagning och lagring är tekniskt genomförbart, men marknadskrafterna har förhindrat utbredd användning.
Huruvida avlägsnande av redan utsläppt kol från atmosfären är genomförbart eller inte, för att förhindra framtida uppvärmning krävs att utsläppen av växthusgaser stoppas. Den hittills mest ambitiösa ansträngningen att undvika uppvärmningen är Parisavtalet. Detta icke bindande internationella fördrag, som trädde i kraft i november 2016, syftar till att hålla uppvärmningen "långt under 2 grader Celsius över förindustriella nivåer och att sträva efter att begränsa temperaturökningen ytterligare till 1,5 grader Celsius", enligt FN. Varje undertecknande av fördraget enades om att fastställa sina egna frivilliga utsläppsgränser och göra dem striktare över tid. Klimatforskare sade att utsläppsgränserna som ingåtts enligt avtalet inte skulle hålla uppvärmningen så låg som 1,5 eller till och med 2 grader C, men att det skulle vara en förbättring jämfört med "affärs-som-vanligt" -scenariot.
Under Obama-administrationen lovade USA att begränsa växthusutsläppen till mindre än 28% av nivåerna 2005 år 2025. President Donald Trump meddelade dock kort efter sitt val att hans administration inte skulle följa Parisavtalet. Trump-administrationen inledde den formella återkallelseprocessen från avtalet 2019.
Flera statliga och lokala myndigheter har inlett sina egna ansträngningar för att bekämpa klimatförändringar. Till exempel har 24 stater och Puerto Rico anslutit sig till den amerikanska klimatalliansen och lovat att uppfylla mål som fastställts enligt Parisavtalet.
"Den federala regeringen, även om den fungerar bra, är inte den mest smidiga institutionen," sade Dello. "Men stater och städer är lite mer flexibla."
