BYL327 Küresel Değişim Ekolojisi ders notları Ekim 2014 BÖLÜM 4: GÜNÜMÜZDEKİ KÜRESEL İKLİM DEĞİŞİKLİĞİ VE ANTROPOJENİK NEDENLERİ 4.1. Küresel ısınma Günümüzde (1800’lü yıllardan bugüne), küresel ortalama sıcaklıklar bir artış eğilimine girmiştir. Bu dönem boyunca, özellikle de 20.yy’dan itibaren gerçekleşen küresel ortalama sıcaklıkların artışına “küresel ısınma” denmektedir. Yerkürenin ortalama sıcaklıklarında 1900 yılının başından beri toplam 0,8 °C artış gerçekleşmiştir. Yerkürenin karasal sıcaklıkları ile deniz suyu yüzeyi sıcaklıklarının 20. yy boyunca olan artış eğiliminin benzerlik gösterdiği tespit edilmiştir. Bununla birlikte, son yüzyıldaki ısınma eğilimleri Yerkürenin her yerinde aynı şekilde gerçekleşmemiştir. Yerkürenin bazı bölgeleri küresel ortalamadan (+0,8°C) daha fazla ısınmış, bazı bölgeleri ise geçmişe göre daha soğuk hale gelmiştir. Özellikle kara yüzeylerinin daha fazla olduğu kuzey yarıküredeki birçok bölge son yüzyılda Yerküre ortalaması veya bunun üzerinde olacak şekilde ısınmıştır. Bazı bölgelerde görülen soğuma eğilimlerine karşın, tüm Yerküredeki toplam eğilim ise ısınma yönünde olmuştur. Küresel ısınma Yerküredeki sıcaklıkları artırırken, aynı zamanda yağışların artışını ya da azalmasını da beraberinde getirmiştir. Sıcaklık artışlarına benzer şekilde, yağışlardaki değişimler de Yerkürenin farklı bölgelerinde farklı şekilde gerçekleşmiş; bazı yöreler daha yağışlı hale gelirken, bazı yörelerde kuraklık artmıştır. Son yüzyılda elde edilen birçok meteorolojik ve iklimsel veri, günümüzde gerçekleşmekte olan küresel ısınmayı çarpıcı bir şekilde ortaya koymaktadır. Yukarıda değinildiği gibi Yerkürenin ortalama sıcaklığının son yüzyılda artışının yanısıra, bu artışın üçte ikisinin 1980’den sonra gerçekleşmiş olması, küresel ısınmanın giderek daha artmakta olduğunu göstermektedir. Nitekim 20.yy’ın ikinci yarısındaki ısınma hızı (onyılda 0.13°C), ilk yarısındakinin (onyılda 0.07°C) neredeyse 2 katıdır. Bu artış eğiliminin bir sonucu olarak, 1998, 2005 ve 2010 yılları Yerkürenin kayıtlı en sıcak yılları olmuştur (19.yy’da gerçekçi ve yaygın sıcaklık ölçümleri yapıldığından beri). Bu kayıtlardaki en sıcak 10 yılın 9’u ise 2000 yılından sonra gerçekleşmiştir. El Niño olayları son onyıllarda giderek sıklaşmıştır. Arktik yaz buzul örtüsü, 2012 yılında kayıtlı tarihin en düşük seviyesine gerilerken, Grönland buzul kaybı 1996-2005 yılları arasında iki katına çıkmıştır. Nihayetinde buzulların erimesine bağlı olarak küresel ortalama deniz seviyesi son 100 yıl içerisinde yaklaşık 17,8 cm yükselmiştir. Tüm bu belirtiler, günümüzde Yerkürede küresel bir ısınmanın gerçekleştiğini göstermektedir. Bununla birlikte, gözlenen küresel ısınmanın doğal süreçlerle gerçekleşen bir ısınma mı olduğu yoksa insan faaliyetlerinden kaynaklanan bir ısınıma mı olduğu uzun yıllar boyunca tartışılmıştır. 2000’li yıllara kadar süren bu tartışmada, geçmişteki iklim değişikliklerine benzer şekilde doğal süreçlerin küresel ısınmada rol oynadığını ileri süren biliminsanları ile gözlenen küresel ısınmanın insanoğlunun faaliyetleri sonucunda atmosfere 30 BYL327 Küresel Değişim Ekolojisi ders notları Ekim 2014 sera gazı salınmasını artırmalarından kaynaklandığını ileri sürenler karşıt taraflarda bulunmaktadırlar. Son yıllarda elde edilen ek kanıtlar ve gözlenen ısınmanın yörünge süreçlerine aykırı (genel bir soğuma eğilimi beklenir) ancak sera gazı öngörülerine yakın şekilde devam etmesi, sürecin insan kaynaklı sebeplerle ortaya çıktığı yolundaki kanıyı artırmıştır. Bugün, günümüzde gözlemekte olduğumuz küresel ısınmanın insan kaynaklı sebeplerden kaynaklandığı konusunda biliminsanları arasında bir konsensus (>%95) sağlanmış bulunmaktadır. 4.2. Sera etkisi Güneşten gelerek yeryüzüne ulaşan ve gezegenin yüzeyinden kızılötesi ışınım olarak geri yansıyan ışınların, atmosferdeki sera gazları tarafından tutularak farklı yönlere yeniden saçılması olayı sera etkisi olarak adlandırılmaktadır. Bu yeniden saçılma sırasında, ışınımın bir kısmı gezegen yüzeyine ve alt atmosfer tabakalarına geri dönmektedir. Bu ise, yüzeyin, sera gazlarının yokluğunda sahip olacağından daha yüksek ortalama sıcaklıklara sahip olmasını sağlamaktadır. Sera etkisi, gezegenimizin bugünkü ‘normal’ sıcaklık aralıklarında kalmasını sağlayan doğal bir olaydır. Atmosfere giren güneş ışınlarının bir kısmı atmosferin üst tabakalarından uzay boşluğuna yansıtılırken, ancak bir kısmı yeryüzüne kadar ulaşmaktadır. Yeryüzüne ulaşan bu ışınlar ise yeryüzündeki nesneler tarafından absorbe edilmektedir. Ancak, yeryüzündeki nesneler daha sonra uzaya doğru daha düşük enerjili kızılötesi ışımalar yapmaktadırlar. Sera etkisinin rolü de burada ortaya çıkmaktadır. Yeryüzünden uzaya doğru giden kızılötesi ışınlar, sera gazları adını verdiğimiz bazı gazlar tarafından engellenerek tekrar yeryüzüne yansıtılmaktadır. Bu sayede, yeryüzünden yansıyan enerjinin büyük çoğunluğunun uzaya kaçması engellenerek dünyada kalması ve atmosferin ısınması sağlanmaktadır. Bugün yeryüzünde canlıların yaşayabileceği mevcut sıcaklık aralığı bu sayede korunmuş olmaktadır. Atmosferi çok ince olan ve dolayısıyla atmosferdeki sera gazı miktarı da gezegenimize göre az olan Mars’ta gece ve gündüz sıcaklıkları arasındaki fark oldukça büyüktür ve gezegen canlılar için optimum bir ortalama sıcaklığa sahip değildir. Sera gazlarının arasında karbon dioksit (CO2), metan (CH4), su buharı (H2O), diazot monoksit (N2O), kloroflorokarbonlar (CFC) ve troposferik ozon (O3) sayılabilir. Bunlardan CFC’lar ve troposferik O3 insan etkisiyle ortaya çıkan yapay sera gazlarıdır, diğerleri ise doğal sera gazlarıdır. CFC’lar ise insanın endüstriyel faaliyetlere başlaması ile atmosfere salınmaya başlanmıştır. Troposferik ozon ise artan NOx konsantrasyonlarına dayanmaktadır ve ikincil olarak ortaya çıkmaktadır. Doğal bir olay olan sera etkisinin insanoğlunun endüstriyel faaliyetleri sonucunda kuvvetlendirilmesiyle, yeryüzündeki minimum, ortalama ve maksimum sıcaklılarda artışla karakterize edilen küresel ısınma ortaya çıkmıştır. 31 BYL327 Küresel Değişim Ekolojisi ders notları Ekim 2014 Özellikle son 150 yıl içerisinde insanoğlunun doğal sera gaz salınımlarını giderek artırması nedeniyle, hava sıcaklıklarda meydana gelen artışlar, bu iki olayın ilişkili olabileceğini düşündürmüştür. Gerçekten de 1950’lerden sonra yapılan atmosferik ölçümler ve buzullar arasındaki hava kabarcıklarından alınan ölçümlerle (bu ölçümler geçmişteki hava içeriği konusunda bilgi vermektedir), 1800’lerden sonra özellikle CO2 miktarında gerçekleşen artış belirgin olarak ortaya konmuştur. Endüstriyel ve motorlardaki yanma olayları sırasında salınan CO2’in yanısıra, tarımsal faaliyetler sonucunda N2O ve hayvancılık faaliyetleri sonucunda CH4 atmosfere giderek artan oranda salınmaktadır. Sanayi faaliyetleri sonucunda salınan yapay sera gazları olan CFC’lar ise geçtiğimiz onyıllarda stratosferdeki ozon tabakasına verdikleri zarar tespit edildikten sonra sanılım miktarları azaltılmıştır. Bununla birlikte CFC’lere alternatif olarak üretilen ve ozon tabakasına az zarar veren maddelerin de CFCler kadar olmasa da sera gazı potansiyelleri vardır. Bu değinilen sera gazları arasından CO2, dünyamızı ısıtmaktaki rolü nedeniyle, en önemlisidir. Gerek atmosferdeki miktarının diğer sera gazlarına göre katlarca fazla olması, gerek yüksek sera etkisi potansiyeli gerekse atmosferdeki ömür uzunluğu nedeniyle, dünya tarihi boyunca atmosferdeki CO2 miktarından değişimler, küresel iklimlerin ortaya çıkmasında önemli rol oynamıştır. Bir su molekülünün (H2O) atmosferdeki kalıcılığı sadece birkaç gün ile sınırlıdır. Bununla birlikte, metan (CH4) on yıl kadar, diazotmonoksit (N2O) ise yaklaşık 100 yıl kadar atmosferde kalabilmektedir. Atmosferdeki karbondioksit moleküllerinin (CO2) bir kısmı 100 yılın sonunda atmosferden çekilmekte olsa da, bu moleküllerin en az %20’si yaklaşık 800 yıl boyunca atmosferde kalabilmektedir. Dolayısıyla, bugünkü insan faaliyetleri sonucunda atmosfere salınan sera gazı molekülleri onyıllar ve yüzyıllar boyunca sera etkisine katkı yapmaktadır. Yerküre atmosferinde bulunan azot (N2), oksijen (O2) ve argon (Ar) gazları ise bir sera gazı değildir. Bunun sebebi, bir molekülün Yerküre yüzeyinden yansıyan kızılötesi elektromanyetik ışınlarla etkileşime girebilmesi için (+) ve (-) kısımlara sahip olması gerekmesidir. Azot ve oksijen molekülleri bu şekilde kutuplara sahip değilken, iki farklı tipte atomdan oluşan CO2, CH4 ve N2O gibi moleküllerde bu elektrik yüklü kısımlar mevcuttur. Bu nedenle azot, oksijen ve argon kızılötesi ışınım ile etkileşime geçememekte, diğer bahsedilen gazlar ise bu ışınları farklı yönlere doğru yeniden dağıtmaktadır. Yerküre tarihi boyunca atmosferdeki CO2 seviyesi günümüzden oldukça yüksek bir şekilde seyretmiştir. Bugünkü sanayi devrimi öncesi atmosferde yaklaşık 280 ppm miktarında ve günümüzde yaklaşık 400 ppm miktarından bulunan CO2, Kambriyen dönemi sırasında 7000 ppm kadar yüksekti. Fanerozoyik içerisinde zamanla azalan ve bazen artış dönemleri gösteren CO2’nin atmosferdeki konsantrasyonu Kretase döneminin sonlarında 1000 ppm’in altına inmiştir. Dolayısıyla, günümüzdeki atmosferdeki CO2 miktarı Yerküre tarihindeki geçmiş birçok döneme göre aslında çok düşüktür. 32 BYL327 Küresel Değişim Ekolojisi ders notları Ekim 2014 Bununla birlikte, son birkaç milyon yıldır (Pleyistosen periyodu boyunca) atmosferdeki CO2 seviyeleri periyodik dalgalanmalar göstermiş ve bu durum iklimin ısınmasına ve soğuması ile eşzamanlı olarak gerçekleşmiştir. Pleyistosen döneminde, Yerküre ikliminin en soğuk olduğu buzul dönemlerinde atmosferdeki CO2 seviyeleri 180 ppm’e kadar düşmüş, iklimin daha sıcak olduğu buzularası dönemlerde ise 280 ppm’e kadar çıkmıştır. Son 500.000 yıldır gerçekleşen dört büyük buzul çağı ve bunların arasındaki buzularası dönemlerde görülen atmosferdeki CO2 miktarlarındaki değişim de bu doğrultuda gerçekleşmiştir. Bu noktada, atmosferdeki CO2’in insan kaynaklı sebeplerden ötürü sadece 150 yıl içerisinde 280 ppm’den (Pleyistosen buzularası dönemlerin karakteristik miktarı) 400 ppm’e çıkmış olması önemli bir durumdur. Yerküre atmosferine bu insan müdahalesi, oldukça kısa zaman ölçeğinde buzul-buzularası dönemlerde gerçekleşen artış ve azalmalara denk bir etki oluşturmaktadır. Atmosferdeki CO2 miktarındaki bu “ani” artışın getirebileceği iklimsel değişim ise, geçmişte Yerküre tarihi boyunca görülen sera gazı artışlarına bağlı ısınmadır. İnsan kaynaklı olarak atmosfere CO2 salınmasındaki artışın iki ana kaynağı vardır. Bunlardan doğrudan olanı, fosil yakıtların kullanılması sonucu atmosfere doğrudan salınan CO 2’dir. Bu fosil yakıtlar, petrol, kömür ve doğalgazdır. Fosil yakıtlar haricinde atmosferdeki insan kaynaklı doğrudan CO2 emisyonlarının kaynaklarından birisi de çimento üretimidir. İnsan kaynaklı CO2 salınmasının ikinci ana kaynağı ise ormansızlaşmadır. Ormansızlaşma, ormanların yanması sırasında ortaya çıkan CO2’in atmosfere verilmesi ile doğrudan, ya da ormanların karbon depolama kapasitesini ortadan kaldırdığı için de dolaylı olarak atmosferdeki CO2 artışını etkilemektedir. 4.3. Aerosollerin (hava parçacıklarının) salınması ve küresel ısınma Sanayi devrimi sonrası insan faaliyetleri ile atmosfere giderek artan miktarda salınmaya başlanan aerosollerin (hava parçacıklarının), Yerküre iklimi üzerinde soğutucu etkisi bulunmaktadır. Hava parçacığı miktarının atmosferde artması, güneş ışınlarının yeryüzündeki nesneler tarafından alınamadan geri uzaya yansıtılmasına neden olmakta ve bu da yerkürenin sıcaklığını azaltıcı etki yapmaktadır. Sanayi ve diğer insan faaliyetleri sonucu atmosfere salınan parçacıkların etkisi, geçmişte yerküre ikliminde görülen ve Yerküre küresel ikliminde değişimleri tetikleyen volkanizma faaliyetlerine benzetilebilir. Uzak geçmişte, Uzun yıllar boyunca süren aşırı volkanik faaliyetler sonucunda Yerkürenin milyonlarca yıl süren sert buzul dönemlerine girdiğini bilmekteyiz. Bu durum, volkanlardan çıkan parçacıkların atmosferde güneş ışınlarını yansıtıcı etkisidir. Son iki yüzyıldır gerçekleştirilen insan faaliyetleri sonucunda artan sera etkisinin tersine, hava parçacıklarının Yerküreyi soğutucu etkisi göstermesi, bazı biliminsanlarının insan faaliyetlerinin küresel iklim üzerindeki bu karşıt etkilerinden dolayı, Yerkürenin ısınmasının 33 BYL327 Küresel Değişim Ekolojisi ders notları Ekim 2014 dengeleneceğini ileri sürmesine neden olmuştur. Gerçekten de, 1940’lı yıllardan 1980’li yıllara kadar atmosferdeki CO2 miktarı aynı hızla artmasına karşın, Yerküredeki küresel ortalama sıcaklıklar değişmemiştir. Bu dönem, birçok gelişmiş ve gelişmekte olan ülkede hava kirliliği kaynaklı insan ölümlerinin gerçekleştiği ve insan kaynaklı hava parçacığı salım miktarının yüksek olduğu bir dönemdir. Bununla birlikte, sanayi faaliyetlerinin atıklarının insan sağlığına olan etkileri nedeniyle, daha temiz teknolojilerin (baca filtreleri vb.) kullanılmaya başlaması ile birlikte, hava kirliğinde azalma gerçekleşmiş ve 1980’lerden sonra Yerküre iklimi daha önce devam eden ve hava parçacıkları tarafından baskılanmış olan ısınma eğilimine geri dönmüştür. Bu konuda gözden kaçırılan bir nokta, hava parçacıklarının ve sera gazlarının atmosferdeki kalıcılık süreleri (atmosferde parçalanmadan ya da atmosferden başka bir yere geçmeden kaldıkları süre) arasındaki farklılıklardır. Sera gazlarının atmosferdeki ömürleri birkaç onyıl ile birkaç yüzyıl arasında değişmekte iken, hava parçacıklarının atmosferdeki ömürleri birkaç yılla sınırlıdır. Dolayısıyla, hava parçacıklarının salınmasının küresel ısınmayı dengeleme açısından yalnızca kısa vadede etkili olacağı bu nedenle de küresel ısınmaya bir çözüm olamayacağı açıktır. 4.4. Küresel ısınmayı etkileyen geri bildirim mekanizmaları Küresel ısınmayı artırma yönde etkili olan bazı geri bildirim mekanizmaların bulunmaktadır. Bunlar arasında en önemlileri buz-albedo23 geri beslemesi ve su buharı geri beslemesidir. Yeryüzüne ulaşan güneş ışınları, daha koyu yüzeylerde, daha açık renkli yüzeylere göre daha iyi tutulmaktadır. Bu nedenle, Yerküre yüzeyinin ısınmasında bu yüzeyin yansıtıcı özelliklerindeki değişim önemlidir. Yerkürede bulunan buz ve kar kaplı yüzeyler, diğer yüzeylere göre güneşten gelen ışınları daha fazla yansıtmaktadır. Küresel ısınmanın artışına bağlı olarak gözlemlenen buz ve kar örtüsündeki azalma, bu nedenle, Yerküreyi daha da ısıtacak bir geri bildirim mekanizması şeklinde işlev görmektedir. Buzulların çekilmesi ile açığa çıkan daha koyu renkli yüzeyler atmosfere daha az güneş ışını yansıtılacak ve gelen güneş ışınlarını daha iyi absorbe ederek yeryüzeyinde ısı olarak kalmasını sağlayacaktır. Bunun sonucunda ise atmosferin daha da ısınması söz konusu olacaktır. Bu durum buzalbedo geri beslemesi olarak adlandırılmaktadır. Küresel ısınma ile ilgili bir diğer geri bildirim mekanizması, su buharı geri beslemesidir. Bu, ısınma ile atmosferdeki su buharı miktarındaki artış arasında görülen geri beslemedir. Hava içinde çözünebilen su buharı miktarı sıcaklıkla birlikte evaporasyondaki artışa bağlı olarak artmaktadır. Bir sera gazı olan su buharı miktarının artmasıyla da küresel sıcaklıklarda artış olmaktadır. 23 Albedo, bir yüzeyin yansıtma gücü olarak tanımlanmaktadır. 34 BYL327 Küresel Değişim Ekolojisi ders notları 4.5. Ekim 2014 Küresel ısınmaya etki eden antropojenik faktörlerin net etkisi Yukarıda da değinildiği gibi, Yerkürenin küresel iklimini etkileyen insan kaynaklı faktörlerin bazıları güneş ışınımının daha etkin bir şekilde Yerküre’de tutulmasını sağlayıp Yerkürenin ısınmasını sağlarken, bazıları ise güneş ışınımı yansıtarak iklimin soğumasına neden olmaktadır. Sonuç olarak ise, bu (+) ve (-) etkilerin toplamı, küresel ısınmaya insanın katkısını gözler önüne sermektedir. Bunlar arasından, 1750 yılından 2005 yılına kadar olan dönemde, ışınımın tutulması yönünde en büyük katkıyı karbondioksitin (CO2) yaptığı bilinmektedir. Ayrıca, metan (CH4), diazotmonoksit (N2O)ve halokarbon bileşikleri (ör: CFCler) de toplamda CO2’in etkisi kadar olmasa da, ışınımın tutulması yönünde önemli miktarda etkiye sahip olmuşlardır. Troposferde sera gazı olarak davranan ozonun (O3) da ışınım tutma yönünde katkısı olmuştur ve bu katkı stratosferdeki O3’un ışınımın yansıtılması yönündeki etkisinden daha fazladır. Bu dönem boyunca güneş ışınımında meydana gelen artış, Yerkürede tutulan ışınım artışının yalnızca çok küçük bir kesiminden sorumludur. Hava parçacıklarının güneş ışınlarını yeryüzüne ulaşmadan yansıtarak gerçekleştirdiği ışınım yansıtıcı etki de insan kaynaklı ışınım azaltıcı etkiler arasında önemli bir yer tutmaktadır. İnsanın arazi kullanımına bağlı olarak yeryüzünde gerçekleştirdiği değişimler de ışınımın yansıtılması yönünde küçük de olsa bir etkiye sahiptir. Tüm bu faktörler bir arada toplamsal olarak ele alındığında, net etkinin güneş ışınlarının Yerküre tarafından daha fazla absorbe edilmesi olduğu görülmektedir. Yerküre tarafından alınan güneş ışınımı miktarına bağlı olarak da, sanayi devriminden bu yana Yerkürenin küresel sıcaklığında artış görülmüştür. 35