Ιστορία της επιστήμης της κλιματικής αλλαγής

Η ιστορία της επιστήμης της κλιματικής αλλαγής περιγράφει την ανακάλυψη και τη διερεύνηση των γεγονότων κλιματικής αλλαγής στο πλαίσιο των γεωλογικών και των ιστορικών χρονικών περιόδων, συμπεριλαμβανομένης της υπερθέρμανσης του πλανήτη που λαμβάνει χώρα από τον 20ο αιώνα. Η συστηματική έρευνα για τις φυσικές κλιματικές αλλαγές ξεκίνησε το πρώτο μισό του 19ου αιώνα με τη σταδιακή ανοικοδόμηση των κύκλων της Εποχής των Παγετώνων και άλλων κλιματικών περιβαλλοντικών αλλαγών στο πλαίσιο της παλαιοκλιματολογίας και της τεταρτογενούς επιστήμης. Ήδη στα τέλη του 19ου αιώνα, υπήρχαν υποψίες για τις ανθρώπινες επιδράσεις στο κλιματικό σύστημα της Γης μέσω των αερίων του θερμοκηπίου, αλλά οι αντίστοιχοι υπολογισμοί αμφισβητήθηκαν σε μεγάλο βαθμό μέχρι τη δεκαετία του 1960. Λεπτομερείς περιγραφές της ιστορίας της επιστήμης της κλιματικής αλλαγής, ιδίως της ανθρωπογενούς κλιματικής αλλαγής που διαπιστώθηκε κατά τη διάρκεια του 20ου αιώνα, υπάρχει, για παράδειγμα, στο Κεφάλαιο 1 της Τέταρτης Έκθεσης Αξιολόγησης της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) και με περισσότερες λεπτομέρειες από τον Αμερικανό φυσικό και ιστορικό της επιστήμης Σπένσερ Γουάρτ.

Ενώ το φαινόμενο του θερμοκηπίου ανακαλύφθηκε ήδη από το 1824, το φαινόμενο θέρμανσης του κλίματος από τη σταθερά αυξανόμενη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα της Γης μπορούσε να ποσοτικοποιηθεί μόνο προς το τέλος της δεκαετίας του 1950 λόγω βελτιωμένων μεθόδων μέτρησης και ευρύτερης βάσης δεδομένων. Αν και ορισμένοι επιστήμονες διατύπωσαν την άποψη ότι η ανθρωπογενής ατμοσφαιρική ρύπανση θα μπορούσε επίσης να συμβάλλει στη μείωση της θερμοκρασίας, η έρευνα για το κλίμα ευνόησε όλο και περισσότερο την υπόθεση της αύξησης της θερμοκρασίας από τα μέσα της δεκαετίας του 1970. Τη δεκαετία του 1990, τα περαιτέρω αναπτυγμένα υπολογιστικά μοντέλα και η βαθύτερη κατανόηση των ψυχρών εποχών οδήγησαν στην ακόλουθη συναίνεση: Τα αέρια του θερμοκηπίου διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην κλιματική αλλαγή και οι εκπομπές που προκαλούνται από τον άνθρωπο είναι κυρίως υπεύθυνες για τη συνεχιζόμενη υπερθέρμανση του πλανήτη.

Αρχαιότητα έως τον 19ο αιώνα: Περιφερειακές αλλαγές 
Από τα αρχαία χρόνια, οι άνθρωποι υποπτεύονταν ότι το κλίμα μιας περιοχής θα μπορούσε να αλλάξει κατά τη διάρκεια των αιώνων. Για παράδειγμα, ο Θεόφραστος, ένας μαθητής του Αριστοτέλη, είπε πώς η αποστράγγιση των βάλτων είχε κάνει μια συγκεκριμένη τοποθεσία πιο ευαίσθητη στην πάγωμα και υπέθεσε ότι τα εδάφη έγιναν πιο ζεστά όταν η εκκαθάριση των δασών τα εξέθεσε στο φως του ήλιου. Ο Βιτρούβιος, τον πρώτο αιώνα π.Χ., έγραψε για το κλίμα σε σχέση με την αρχιτεκτονική στέγασης και τον τρόπο επιλογής τοποθεσιών για πόλεις. Από την Αναγέννηση και μετέπειτα οι μελετητές είδαν ότι η αποψίλωση, η άρδευση και η βοσκή είχαν αλλάξει τα εδάφη γύρω από τη Μεσόγειο από τα αρχαία χρόνια. Πίστευαν ότι είναι εύλογο ότι αυτές οι ανθρώπινες παρεμβάσεις είχαν επηρεάσει τον τοπικό καιρό. 

Κάτα τον 18ο και 19ο αιώνα, η μετατροπή των δασών της Ανατολικής Βόρειας Αμερικής σε καλλιεργήσιμες εκτάσεις έφερε προφανείς αλλαγές μέσα στην ανθρώπινη ζωή. Από τις αρχές του 19ου αιώνα, πολλοί πίστευαν ότι ο μετασχηματισμός άλλαζε το κλίμα της περιοχής - πιθανώς προς το καλύτερο. Όταν οι αγρότες στην Αμερική, με το όνομα "sodbusters", ανέλαβαν τις Μεγάλες Πεδιάδες, υποστήριξαν ότι "η βροχή ακολουθεί το άροτρο". Οι εμπειρογνώμονες όμως διαφώνησαν, ενώ μερικοί ισχυρίστηκαν ότι η αποψίλωση των δασών προκάλεσε ταχεία απορροή και πλημμύρα, και θα μπορούσε ακόμη και να οδηγήσει σε μειωμένη βροχόπτωση. Οι Ευρωπαίοι ακαδημαϊκοί, πεπεισμένοι για την ανωτερότητα του δικού τους πολιτισμού, δήλωσαν ότι οι Ανατολίτες της Αρχαίας Εγγύς Ανατολής είχαν μετατρέψει αδιάκοπα τα κάποτε πλούσια εδάφη τους σε φτωχές ερήμους.

Εν τω μεταξύ, τα εθνικά μετεωρολογικά γραφεία είχαν αρχίσει να συλλέγουν ικανό αριθμό αξιόπιστων παρατηρήσεων θερμοκρασίας, βροχοπτώσεων και άλλων στοιχείων. Όταν αναλύθηκαν αυτά τα στοιχεία, έδειξαν πολλές αυξήσεις και πτώσεις, αλλά καμία σταθερή μακροπρόθεσμη αλλαγή. Μέχρι τα τέλη του 19ου αιώνα, η επιστημονική γνώμη είχε εναντιωθεί σε κάθε πίστη σε ανθρώπινη επιρροή στο κλίμα. Και ανεξάρτητα από τις περιφερειακές αλλαγές, λίγοι φαντάστηκαν ότι οι άνθρωποι θα μπορούσαν να επηρεάσουν το κλίμα του πλανήτη στο σύνολό του.

19ος αιώνας: Παλαιοκλιματική αλλαγή και θεωρίες των αιτιών της 

Από τα μέσα του 17ου αιώνα, οι φυσιολάτρες προσπάθησαν να συνδυάσουν τη μηχανική φιλοσοφία με τη θεολογία, αρχικά μέσα σε ένα βιβλικό χρονοδιάγραμμα. Στα τέλη του 18ου αιώνα, υπήρχε αυξανόμενη αποδοχή των προϊστορικών εποχών. Οι γεωλόγοι βρήκαν στοιχεία για μια διαδοχή γεωλογικών εποχών με αλλαγές στο κλίμα. Υπήρχαν διάφορες ανταγωνιστικές θεωρίες σχετικά με αυτές τις αλλαγές. Ο Μπαφόν πρότεινε ότι η Γη είχε αρχίσει ως λαμπτήρας πυρακτώσεως και ψύχθηκε σταδιακά. Ο Τζέιμς Χόττον, του οποίου οι ιδέες για κυκλική αλλαγή σε τεράστιες χρονικές περιόδους μετατράπηκαν αργότερα σε ομοιομορφία, ήταν μεταξύ εκείνων που βρήκαν σημάδια παγετώδους δραστηριότητας του παρελθόντος σε μέρη πολύ ζεστά για να υπάρχουν παγετώνες στη σύγχρονη εποχή.

Το 1815 ο Περοντίν περιέγραψε για πρώτη φορά πώς οι παγετώνες μπορεί να είναι υπεύθυνοι για τους γιγάντιους ογκόλιθους που φαίνονται στις αλπικές κοιλάδες. Καθώς περπατούσε στο Val de Bagnes, παρατήρησε τεράστιους βράχους από γρανίτη που ήταν διάσπαρτοι γύρω από τη στενή κοιλάδα. Ήξερε ότι θα χρειαζόταν μια εξαιρετική δύναμη για τη μετακίνηση τόσο μεγάλων βράχων. Παρατήρησε επίσης πώς οι παγετώνες άφησαν λωρίδες στη γη και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι ήταν ο πάγος, ο οποίος μετέφερε τους λίθους στις κοιλάδες.

Ο Αγκαζίζ ανέπτυξε μια θεωρία, την οποία ονόμασε "Εποχή του Παγετώνα" - όταν οι παγετώνες κάλυπταν την Ευρώπη και μεγάλο μέρος της Βόρειας Αμερικής. Το 1837, ήταν ο πρώτος που πρότεινε επιστημονικά ότι η Γη είχε περάσει από μια εποχή του παγετώνα. Ένα επιτόπιο ταξίδι στις Άλπεις με τον Αγκαζίζ τον Οκτώβριο του 1838 έπεισε τον Μπάκλαντ ότι τα χαρακτηριστικά στη Βρετανία προκλήθηκαν από τον παγετώνα, και τόσο αυτός όσο και ο Λάιελ υποστήριξαν σθεναρά τη θεωρία της εποχής του παγετώνα που έγινε ευρέως αποδεκτή από τη δεκαετία του 1870.

Πριν προταθεί η έννοια της εποχής των παγετώνων, ο Ζοζέφ Φουριέ το 1824 αιτιολόγησε με βάση τη φυσική ότι η ατμόσφαιρα της Γης κράτησε τον πλανήτη πιο ζεστό από ό,τι θα συνέβαινε σε κενό. Ο Φουριέ αναγνώρισε ότι η ατμόσφαιρα μετέφερε ορατά κύματα φωτός στην επιφάνεια της γης. Στη συνέχεια, η Γη απορρόφησε ορατό φως και εξέπεμψε υπέρυθρη ακτινοβολία, αλλά η ατμόσφαιρα δεν μετάδωσε αποτελεσματικά τις υπέρυθρες ακτινοβολίες, γεγονός που αύξησε τις επιφανειακές θερμοκρασίες. Υποψιάστηκε επίσης ότι οι ανθρώπινες δραστηριότητες θα μπορούσαν να επηρεάσουν το κλίμα, αν και επικεντρώθηκε κυρίως στις αλλαγές στη χρήση γης. 

Ο φυσικός Κλώντ Πουλιέ πρότεινε το 1838 ότι οι υδρατμοί και το διοξείδιο του άνθρακα πιθανόν να παγιδεύουν τις υπέρυθρες ακτινοβολίες και να θερμαίνουν την ατμόσφαιρα, αλλά δεν υπήρχαν ακόμη πειραματικές ενδείξεις ότι αυτά τα αέρια απορροφούν θερμότητα από θερμική ακτινοβολία.

Το φαινόμενο θέρμανσης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας σε διαφορετικά αέρια εξετάστηκε το 1856 από την Γιούνις Νιούτον Φουτ, η οποία περιέγραψε τα πειράματά της χρησιμοποιώντας γυάλινους σωλήνες που εκτίθενται στο φως του ήλιου. Το φαινόμενο της θέρμανσης του ήλιου ήταν μεγαλύτερο για τον συμπιεσμένο αέρα από ό,τι για έναν εκκενωμένο σωλήνα και μεγαλύτερο για τον υγρό αέρα από τον ξηρό αέρα. Το έργο της παρουσιάστηκε από τον καθηγητή Τζόζεφ Χένρι στη συνάντηση της Αμερικανικής Ένωσης για την Προώθηση της Επιστήμης τον Αύγουστο του 1856 και περιγράφεται ως μια σύντομη σημείωση σε μια εφημερίδα. Το έργο της δημοσιεύθηκε αργότερα εκείνο το έτος στο American Journal of Science and Arts.

Ο Τζον Τίνταλ πήγε το έργο του Φουριέ ένα βήμα παραπέρα το 1859 όταν διερεύνησε την απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας σε διαφορετικά αέρια. Διαπίστωσε ότι οι υδρατμοί, οι υδρογονάνθρακες όπως το μεθάνιο (CH4) και το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) εμποδίζουν έντονα την ακτινοβολία.

Μερικοί επιστήμονες πρότειναν ότι οι εποχή των παγετώνων και άλλες μεγάλες κλιματικές αλλαγές οφείλονται σε αλλαγές στην ποσότητα των αερίων που εκπέμπονται από τα ηφαίστεια. Αλλά αυτό ήταν μόνο μία από τις πολλές πιθανές αιτίες. Μια άλλη προφανής πιθανότητα ήταν ο κύκλος της ηλιακής δραστηριότητας. Οι μεταβολές στα ωκεάνια ρεύματα θα μπορούσαν επίσης να εξηγήσουν πολλές κλιματικές αλλαγές. Για αλλαγές πάνω από εκατομμύρια χρόνια, η αύξηση και η μείωση των οροσειρών θα άλλαζε τα μοτίβα τόσο των ανέμων όσο και των ωκεανών. Ή ίσως το κλίμα μιας ηπείρου δεν είχε αλλάξει καθόλου, αλλά είχε γίνει πιο ζεστό ή πιο δροσερό λόγω της πολικής περιπλάνησης. Υπήρχαν δεκάδες θεωρίες.

Για παράδειγμα, στα μέσα του 19ου αιώνα, ο Τζέιμς Κρολ δημοσίευσε υπολογισμούς για το πώς η βαρυτική έλξη του Ήλιου, της Σελήνης και των πλανητών επηρεάζουν απαλά την κίνηση και τον προσανατολισμό της Γης. Η κλίση του άξονα της Γης και το σχήμα της τροχιάς της γύρω από τον Ήλιο ταλαντώνεται ελαφρά σε κύκλους που διαρκούν δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Κατά τη διάρκεια ορισμένων περιόδων, το Βόρειο Ημισφαίριο θα λάμβανε ελαφρώς λιγότερο ηλιακό φως κατά τη διάρκεια του χειμώνα από ό,τι κατά τις άλλες περιόδους. Το χιόνι θα συσσωρευόταν, αντανακλώντας το φως του ήλιου και θα οδηγούσε σε μια αυτοσυντηρούμενη εποχή πάγου. Οι περισσότεροι επιστήμονες, ωστόσο, βρήκαν τις ιδέες του Κρολ - και κάθε άλλη θεωρία της κλιματικής αλλαγής - μη πειστικές.

1896: Πρώτοι υπολογισμοί του φαινομένου του θερμοκηπίου 
Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1890, ο Σάμιουελ Λάνγκλεϋ μαζί με τον Φράνκ Βέρυ είχαν προσπαθήσει να προσδιορίσουν την επιφανειακή θερμοκρασία της Σελήνης μετρώντας την υπέρυθρη ακτινοβολία που έφευγε από τη Σελήνη και έφτανε στη Γη. Με βάση τη γωνία της Σελήνης και τις μετρήσεις καθόρισαν πόσο CO2 και υδρατμούς έπρεπε να περάσει η ακτινοβολία της Σελήνης για να φτάσει στην επιφάνεια της Γης, και διαπίστωσαν ότι ήταν λιγότερες οι ποσότητες όταν η Σελήνη ήταν χαμηλά στον ουρανό. Αυτό το αποτέλεσμα δεν προήλθε ως έκπληξη δεδομένου ότι ήταν γνωστή η απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας για δεκαετίες.

Το 1896 ο Σβάντε Αρρένιους χρησιμοποίησε τις παρατηρήσεις του Λάνγκλεϋ σχετικά με την αυξημένη υπέρυθρη απορρόφηση, όπου οι ακτίνες της Σελήνης περνούν από την ατμόσφαιρα σε χαμηλή γωνία, έρχοντας σε επαφή με περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα (CO2), για να εκτιμήσει το αποτέλεσμα ψύξης στην ατμόσφαιρα από μια μελλοντική μείωση CO2. Συνειδητοποίησε ότι η ψυχρότερη ατμόσφαιρα θα συγκρατούσε λιγότερους υδρατμούς (ένα άλλο αέριο θερμοκηπίου) και υπολόγισε το πρόσθετο αποτέλεσμα ψύξης. Κατάλαβε επίσης ότι η ψύξη θα αύξανε το χιόνι και την κάλυψη πάγου σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, κάνοντας τον πλανήτη να αντανακλά περισσότερο φως του ήλιου και επομένως να κρυώσει περαιτέρω, όπως είχε υποθέσει ο Κρολ. Συνολικά, ο Αρρένιους υπολόγισε ότι η μείωση του CO2 στο μισό θα αρκούσε για να προκαλέσει την εποχή του παγετώνα. Υπολόγισε περαιτέρω ότι ο διπλασιασμός του ατμοσφαιρικού CO2 θα προκαλούσε συνολική θέρμανση 5-6 βαθμών Κελσίου.

Επιπλέον, ο συνάδελφος του Αρρένιους Άρβιντ Χόγκμπομ προσπάθησε να ποσοτικοποιήσει τις φυσικές πηγές εκπομπών CO2 για να κατανοήσει τον παγκόσμιο κύκλο του άνθρακα. Διαπίστωσε ότι η εκτιμώμενη παραγωγή άνθρακα από βιομηχανικές πηγές τη δεκαετία του 1890 (κυρίως καύση γαιάνθρακα) ήταν συγκρίσιμη με τις φυσικές πηγές. Ο Αρρένιους κατάλαβε ότι αυτή η ανθρώπινη εκπομπή άνθρακα θα οδηγούσε τελικά σε θέρμανση. Ωστόσο, λόγω του σχετικά χαμηλού ρυθμού παραγωγής CO2 το 1896, πίστευε ότι η θέρμανση θα χρειαζόταν χιλιάδες χρόνια και περίμενε ότι θα ήταν επωφελής για την ανθρωπότητα.

Το 1899 ο Tόμας Τσάμπερλιν ανέπτυξε εκτενώς την ιδέα ότι οι αλλαγές στο κλίμα θα μπορούσαν να προκύψουν από αλλαγές στη συγκέντρωση του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα. Ο όρος "φαινόμενο του θερμοκηπίου" για αυτήν την αύξηση της θερμοκρασίας εισήχθη από τον Τζον Πόντινγκ το 1909, πάνω στη συζήτηση για την επίδραση της ατμόσφαιρας στη θερμοκρασία της Γης και του Άρη.

Αρχές του 20ού αιώνα: Κριτική και απόρριψη 

Στο πρώτο μισό του 20ού αιώνα, η θεωρία του Αρρένιους ήταν αρχικά σε μεγάλο βαθμό αντίθετη στην κλιματική αλλαγή. Οι υποθέσεις του βασίστηκαν σε πάρα πολλές μη επιβεβαιωμένες και απλοϊκές παραδοχές. Οι υπολογισμοί του αμφισβητήθηκαν και εντάχθηκαν σε μια μεγαλύτερη συζήτηση σχετικά με το εάν οι ατμοσφαιρικές αλλαγές προκάλεσαν την εποχή των παγετώνων. Οι πειραματικές προσπάθειες μέτρησης της απορρόφησης της υπέρυθρης ακτινοβολίας στο εργαστήριο φάνηκαν να δείχνουν μικρές διαφορές λόγω της αύξησης των επιπέδων CO2 και επίσης διαπίστωσαν σημαντική αλληλεπικάλυψη μεταξύ απορρόφησης από το CO2 και απορρόφησης από τους υδρατμούς, τα οποία υποδήλωναν ότι η αύξηση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα θα είχε μικρή κλιματολογική επίδραση. Αυτά τα πρώιμα πειράματα αργότερα βρέθηκαν να είναι ανεπαρκώς ακριβή, δεδομένης της οργάνωσης του χρόνου. Πολλοί επιστήμονες πίστευαν επίσης ότι οι ωκεανοί θα απορροφούσαν γρήγορα την τυχόν περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα.

Άλλες θεωρίες για τις αιτίες της κλιματικής αλλαγής δεν ήταν καλύτερες. Οι κύριες εξελίξεις ήταν στην παλαιοκλιματολογία, καθώς επιστήμονες σε διάφορους τομείς της γεωλογίας επεξεργάζονταν μεθόδους για να αναλύσουν το κλίμα στην αρχαιότητα. Μέσα στη δεκαετία του 1930, ο πιο επίμονος υποστηρικτής της σύνδεσης ήλιου-κλίματος ήταν ο αστροφυσικός Τσάρλς Άμποτ. Στις αρχές της δεκαετίας του 1920, είχε καταλήξει στο συμπέρασμα ότι η ηλιακή σταθερά ήταν λανθασμένη: οι παρατηρήσεις του έδειξαν μεγάλες παραλλαγές, τις οποίες συνέδεσε με τις ηλιακές κηλίδες που περνούσαν από το δίσκο του Ήλιου. Αυτός και μερικοί άλλοι υποστήριξαν το θέμα τη δεκαετία του 1960, πεπεισμένοι ότι οι παραλλαγές της ηλιακής κηλίδας ήταν η κύρια αιτία της κλιματικής αλλαγής. Οι επιστήμονες ανακοίνωσαν συσχετισμούς που επέμειναν ότι ήταν αρκετά αξιόπιστοι για να κάνουν προβλέψεις. Όμως κάθε πρόβλεψη απέτυχε και η υπόθεση εγκαταλείφθηκε.

Εν τω μεταξύ, ο Μιλουτίν Μιλάνκοβιτς, βασιζόμενος στη θεωρία του Τζέιμς Κρολ, βελτίωσε τους δύσκολους υπολογισμούς των διαφορετικών αποστάσεων και γωνιών της ακτινοβολίας του Ήλιου καθώς ο Ήλιος και η Σελήνη σταδιακά διατάρασσαν την τροχιά της Γης. Ορισμένες παρατηρήσεις των ιζηματογενών πετρωμάτων ταίριαζαν με την πρόβλεψη ενός κύκλου Μιλάνκοβιτς διάρκειας περίπου 21.000 ετών. Ωστόσο, οι περισσότεροι γεωλόγοι απέρριψαν τη θεωρία, διότι δεν μπορούσαν να ταιριάξουν το χρονοδιάγραμμα του Μιλάνκοβιτς με την αποδεκτή ακολουθία, η οποία είχε μόνο τέσσερις εποχές των παγετώνων, όλες με διάρκεια πολύ μεγαλύτερη από 21.000 χρόνια.

Το 1938 ο Γκάι Κάλλενταρ προσπάθησε να αναβιώσει τη θεωρία του φαινομένου του θερμοκηπίου του Αρρένιους. Ο Κάλλενταρ παρουσίασε στοιχεία ότι τόσο η θερμοκρασία όσο και το επίπεδο του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είχαν αυξηθεί τον τελευταίο μισό αιώνα, και υποστήριξε ότι οι νεότερες φασματοσκοπικές μετρήσεις έδειξαν ότι το αέριο ήταν αποτελεσματικό στην απορρόφηση υπερύθρων στην ατμόσφαιρα. Ωστόσο, οι περισσότερες επιστημονικές απόψεις συνέχισαν να αμφισβητούν ή να αγνοούν τη θεωρία του.

Μέσα του 20ού αιώνα: Αυξανόμενη ανησυχία 

Ακόμα και αν μεμονωμένοι επιστήμονες υπογράμμισαν σε πολύ πρώιμο στάδιο τη σημασία των αυξανόμενων συγκεντρώσεων διοξειδίου του άνθρακα για το κλίμα, το έργο του Κάλλενταρ επικρίθηκε σε μεγάλο βαθμό. Εκείνη την εποχή, δεν υπήρχαν ισχυρές ενδείξεις ότι τα επίπεδα του ατμοσφαιρικού CO2 αυξήθηκαν πραγματικά. Τα διαθέσιμα δεδομένα σχετικά με την ατμοσφαιρική περιεκτικότητα σε CO2 ήταν ανακριβή. Οι μετρήσεις οδηγούσαν σε τιμές που απέκλιναν τόσο έντονα η μία από την άλλη, ανάλογα με τη θέση και το χρόνο μέτρησης, που δεν ήταν γνωστή ούτε η μέση συγκέντρωση ούτε η πιθανή αύξηση. Επειδή οι ωκεανοί περιέχουν 50 φορές περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και δεδομένου ότι το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται καλά στο νερό, ο συντριπτικός αριθμός των επιστημόνων υπέθεσε ότι όλες οι πρόσθετες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα που προκαλούνταν από ανθρωπογενείς αιτίες θα διαλύονταν στο θαλασσινό νερό. Ειδικά επειδή ήταν γνωστό ότι η ποσότητα CO2 που εκπέμπεται από την καύση των ορυκτών καυσίμων είναι μόνο ένα μικρό κλάσμα της ποσότητας του κύκλου του άνθρακα που ανακυκλώνεται στο πλαίσιο των μεταβολικών διεργασιών όπως η φωτοσύνθεση και η αναπνοή.

Τα έργα των Αρρένιους και Κάλλενταρ δεν συζητούνταν πλέον. Τα αναμφισβήτητα ευρήματα των εποχών των παγετώνων περίμεναν ακόμη μια λύση, αλλά οι εποχές των παγετώνων εξηγουνταν από γεωλογικά αίτια που επηρέασαν το κλίμα τοπικά μέσω των ρευμάτων ανέμου και ωκεανών. Εκείνη την εποχή σχεδόν κανείς δεν πίστευε ότι η παγκόσμια κλιματική αλλαγή ήταν δυνατή. Η έρευνα που χρηματοδοτήθηκε από τον αμερικανικό στρατό τη δεκαετία του 1940 οδήγησε σε πρώιμες προβλέψεις για την κλιματική αλλαγή και την τήξη των πολικών πάγων. Δεδομένου ότι αυτά τα ευρήματα κρατήθηκαν μυστικά από τον στρατό, το θέμα συζητούνταν μόνο σποραδικά και όχι δημόσια.

Το 1951, η Αμερικανική Μετεωρολογική Εταιρεία έγραψε στην Περίληψη της Μετεωρολογίας: "Η ιδέα ότι η αύξηση της ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα θα μπορούσε να αλλάξει το κλίμα δεν ήταν ποτέ διαδεδομένη και τελικά απορρίφθηκε όταν διαπιστώθηκε ότι όλη η υπέρυθρη ακτινοβολία που απορροφάται από το διοξείδιο του άνθρακα απορροφάται ήδη από τους υδρατμούς".

Δεκαετία του 1970: Όλο και μεγαλύτερη πρόβλεψη της θέρμανσης 
Στις αρχές της δεκαετίας του 1970, το γεγονός ότι τα αεροζόλ αυξάνονταν παγκοσμίως και η παγκόσμια σειρά θερμοκρασιών έδειχνε ψύξη ενθάρρυνε τον Ρίντ Μπράισον και μερικούς άλλους ερευνητές να προειδοποιήσουν για την πιθανότητα σοβαρής ψύξης. Οι ανησυχίες αυτές ξεκίνησαν ένα νέο κύμα έρευνας για τους παράγοντες αυτής της παγκόσμιας ψύξης. Εν τω μεταξύ, τα νεότερα στοιχεία ότι ο απαρχή των εποχών των παγετώνων καθορίστηκε από προβλέψιμους τροχιακούς κύκλους, υποδήλωναν ότι το κλίμα σταδιακά θα κρυώσει για χιλιάδες χρόνια. Αρκετά επιστημονικά πάνελ από αυτή τη χρονική περίοδο κατέληγαν στο συμπέρασμα ότι χρειάζεται περισσότερη έρευνα για να προσδιοριστεί εάν ήταν πιθανή η θέρμανση ή η ψύξη, υποδεικνύοντας ότι δεν υπήρχε ακόμα συναίνεση. Ωστόσο, σε μια ανασκόπηση της επιστημονικής βιβλιογραφίας από το 1965 έως το 1979 υπήρχαν 7 άρθρα που προέβλεπαν την ψύξη και 44 που προέβλεπαν τη θέρμανση (ενώ πολλά άλλα άρθρα ήταν ουδέτερα). Η έρευνα για τη θέρμανση και τα αέρια του θερμοκηπίου ήταν πολύ περισσότερη, με σχεδόν 6 φορές περισσότερες μελέτες να προβλέπουν τη θέρμανση από την πρόβλεψη της ψύξης, υποδηλώνοντας ότι η ανησυχία μεταξύ των επιστημόνων ήταν σε μεγάλο βαθμό η υπερθέρμανση καθώς έστρεψαν την προσοχή τους στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Ο Τζον Σόγιερ δημοσίευσε τη μελέτη Man-made Carbon Dioxide and the “Greenhouse” Effect το 1972. Αναφερόταν περιληπτικά στη γνώση της επιστήμης εκείνη την εποχή, στην ανθρωπογενή απόδοση των αερίων του θερμοκηπίου, ευρήματα που εξακολουθούν να ισχύουν μέχρι σήμερα. Επιπλέον, προέβλεψε με ακρίβεια το ποσοστό της υπερθέρμανσης του πλανήτη για την περίοδο μεταξύ 1972 και 2000.Η αύξηση κατά 25% του CO2 που αναμένεται μέχρι το τέλος του αιώνα αντιστοιχεί συνεπώς σε αύξηση 0,6 °C στην παγκόσμια θερμοκρασία - ποσό που είναι κάπως μεγαλύτερο από την κλιματική διακύμανση των τελευταίων αιώνων. - John Sawyer, 1972Τα πρώτα δορυφορικά αρχεία που συγκεντρώθηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1970 έδειξαν ότι η κάλυψη χιονιού και πάγου πάνω από το Βόρειο Ημισφαίριο αυξάνεται, προκαλώντας περαιτέρω έλεγχο για την πιθανότητα παγκόσμιας ψύξης. Ο Μάρεϋ Μίτσελ διόρθωσε την πρόβλεψή του για την παγκόσμια θερμοκρασία το 1972, η οποία συνέχισε να δείχνει ψύξη. Ωστόσο, οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι η ψύξη που παρατηρήθηκε από τον Μίτσελ δεν ήταν παγκόσμιο φαινόμενο. Οι παγκόσμιοι μέσοι όροι άλλαζαν, εν μέρει λόγω των ασυνήθιστα βαρειών χειμώνων που βίωσαν η Ασία και ορισμένα μέρη της Βόρειας Αμερικής το 1972 και το 1973, αλλά αυτές οι αλλαγές περιορίστηκαν κυρίως στο Βόρειο Ημισφαίριο. Στο Νότιο Ημισφαίριο, παρατηρήθηκε η αντίθετη τάση. Οι βαρείς χειμώνες, ωστόσο, έθεσαν το ζήτημα της παγκόσμιας ψύξης στο κοινό.

Η επικρατούσα τάση στα ειδησεογραφικά μέσα ενημέρωσης τότε υπερέβαλλε τις προειδοποιήσεις της μειονότητας που περίμενε επικείμενη ψύξη. Ως αποτέλεσμα η τάση αυτή είχε μακροχρόνιες επιπτώσεις στην αντίληψη του κοινού για την επιστήμη του κλίματος. Αυτή η στάση των μέσων ενημέρωσης που προειδοποιούσε για την έλευση μιας νέας εποχής των παγετώνων οδήγησε σε πεποιθήσεις ότι αυτή ήταν η συναίνεση μεταξύ των επιστημόνων, παρόλο που αυτό δεν αντικατοπτριζόταν από την επιστημονική βιβλιογραφία. Καθώς έγινε εμφανές ότι η επιστημονική γνώμη ήταν υπέρ της υπερθέρμανσης του πλανήτη, το κοινό άρχισε να εκφράζει αμφιβολίες για το πόσο αξιόπιστη ήταν η επιστήμη. Το επιχείρημα ήταν ότι οι επιστήμονες έκαναν λάθος για την παγκόσμια ψύξη, οπότε μπορεί να κάνουν λάθος για την υπερθέρμανση.

Ωστόσο, τα στοιχεία για τη θέρμανση άρχισαν να συσσωρεύονται. Μέχρι το 1975, οι Μάναμπι και Γουέδερλαντ είχαν αναπτύξει ένα τρισδιάστατο μοντέλο παγκόσμιου κλίματος που έδωσε μια σχεδόν ακριβή αναπαράσταση του τρέχοντος κλίματος. Ο διπλασιασμός του CO2 στην ατμόσφαιρα του μοντέλου έδωσε περίπου 2 °C αύξηση στην παγκόσμια θερμοκρασία. Αρκετά άλλα είδη υπολογιστικών μοντέλων έδωσαν παρόμοια αποτελέσματα: δεν υπήρχε μοντέλο που να έδινε κάτι που έμοιαζε με το πραγματικό κλίμα και να μην έχει αύξηση της θερμοκρασίας με την αύξηση της συγκέντρωσης CO2.

Η Παγκόσμια Διάσκεψη για το Κλίμα το 1979 (12 έως 23 Φεβρουαρίου) του Παγκόσμιου Μετεωρολογικού Οργανισμού κατέληξε στο συμπέρασμα "φαίνεται εύλογο ότι μια αυξημένη ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα μπορεί να συμβάλει στη σταδιακή θέρμανση της χαμηλότερης ατμόσφαιρας, ειδικά σε υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη .... Είναι πιθανό κάποια αποτελέσματα σε περιφερειακή και παγκόσμια κλίμακα να είναι ανιχνεύσιμα πριν από το τέλος αυτού του αιώνα και να γίνουν σημαντικά πριν από τα μέσα του επόμενου αιώνα".

Τον Ιούλιο του 1979, το Εθνικό Συμβούλιο Έρευνας των Ηνωμένων Πολιτειών δημοσίευσε μια έκθεση καταλήγοντας (εν μέρει):Όταν υποτίθεται ότι το περιεχόμενο του CO2 στην ατμόσφαιρα διπλασιάζεται και επιτυγχάνεται στατιστική θερμική ισορροπία, οι πιο ρεαλιστικές προσπάθειες μοντελοποίησης προβλέπουν μια υπερθέρμανση του πλανήτη μεταξύ 2 °C και 3,5 °C, με μεγαλύτερες αυξήσεις σε υψηλά γεωγραφικά πλάτη. ... έχουμε δοκιμάσει, αλλά δεν μπορέσαμε να βρούμε υποτιμημένες φυσικές επιδράσεις, οι οποίες θα μπορούσαν να μειώσουν την τρέχουσα εκτιμώμενη υπερθέρμανση του πλανήτη, λόγω του διπλασιασμού του ατμοσφαιρικού CO2, σε αμελητέες ποσότητες ή να τις αντιστρέψουν πλήρως.

1980-1988: Η συναίνεση αρχίζει να διαμορφώνεται 
Στις αρχές της δεκαετίας του 1980, η ελαφρά τάση ψύξης από το 1945 έως το 1975 είχε σταματήσει. Η ρύπανση των αερολυμάτων είχε μειωθεί σε πολλές περιοχές λόγω της περιβαλλοντικής νομοθεσίας και των αλλαγών στη χρήση καυσίμων. Επιπλέον, κατέστη σαφές ότι η επίδραση ψύξης από τα αερολύματα δεν πρόκειται να αυξηθεί σημαντικά, ενώ τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα αυξάνονταν προοδευτικά.

Το 1982, οι πυρήνες πάγου της Γροιλανδίας αποκάλυψαν δραματικές ταλαντώσεις θερμοκρασίας στο διάστημα ενός αιώνα. Οι πιο εμφανείς από τις αλλαγές αντιστοιχούσαν στη βίαιη ταλάντωση του κλίματος της νεότερης περιόδου ξηράς που παρατηρήθηκε σε μεταβολές σε τύπους γύρης στον πυθμένα των λιμνών σε όλη την Ευρώπη. Προφανώς οι δραστικές κλιματικές αλλαγές ήταν εφικτές μέσα σε μικρό χρονικό διάστημα.

Το 1973 αναφέρθηκε ότι οι χλωροφθοράνθρακες (CFC) θα μπορούσαν να έχουν επίδραση στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Το 1975 Τζέιμς Λόβλοκ διαπίστωσε ότι ένα μόριο CFC θα μπορούσε να είναι 10.000 φορές πιο αποτελεσματικό στην απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας από ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα, καθιστώντας τους CFC δυνητικά σημαντικούς παρά τις πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις τους στην ατμόσφαιρα. Ενώ οι περισσότερες πρώιμες εργασίες για τους CFC επικεντρώθηκαν στον ρόλο τους στην εξάντληση του όζοντος, το 1985 ο Ραμανθάν απέδειξε ότι οι CFC μαζί με το μεθάνιο και άλλα ιχνοστοιχεία θα μπορούσαν να έχουν σχεδόν εξίσου σημαντική κλιματική επίδραση με τις αυξήσεις του CO2. Με άλλα λόγια, η υπερθέρμανση του πλανήτη θα μπορούσε να φτάσει δύο φορές πιο γρήγορα από ό,τι αναμενόταν.

Το 1985, σε μια κοινή διάσκεψη τριών βασικών οργανισμών (UNEP / WMO / ICSU) προέκυψε ως συμπέρασμα ότι τα αέρια του θερμοκηπίου "αναμένεται" να προκαλέσουν σημαντική θέρμανση τον επόμενο αιώνα και ότι κάποιου είδους θέρμανση είναι αναπόφευκτη.

Εν τω μεταξύ, οι πυρήνες πάγου που τρυπήθηκαν από μια γαλλο-σοβιετική ομάδα στον σταθμό Βοστόκ στην Ανταρκτική έδειξαν ότι το CO2 και η θερμοκρασία είχαν αυξηθεί και μειωθεί ταυτόχρονα με μεγάλες διακυμάνσεις στις προηγούμενες εποχές των παγετώνων. Αυτό επιβεβαίωσε τη σχέση CO2-θερμοκρασίας με τρόπο εντελώς ανεξάρτητο από τα υπολογιστικά μοντέλα κλίματος, ενισχύοντας έντονα την αναδυόμενη επιστημονική συναίνεση. Τα ευρήματα έδειξαν επίσης ισχυρές βιολογικές και γεωχημικές ανατροφοδοτήσεις.

Τον Ιούνιο του 1988, ο Τζέιμς Χάνσεν έκανε μια από τις πρώτες εκτιμήσεις ότι η ανθρώπινη θέρμανση είχε ήδη επηρεάσει μετρίως το παγκόσμιο κλίμα. Λίγο αργότερα, σε ένα παγκόσμιο συνέδριο, το οποίο συγκέντρωσε εκατοντάδες επιστήμονες στο Τορόντο, προέκυψε ως συμπέρασμα ότι οι αλλαγές στην ατμόσφαιρα λόγω της ανθρώπινης ρύπανσης "αντιπροσωπεύουν μια σημαντική απειλή για τη διεθνή ασφάλεια και έχουν ήδη βλαβερές συνέπειες σε πολλά μέρη του πλανήτη", και ότι μέχρι το 2005 ο κόσμος θα ήταν καλό να μειώσει τις εκπομπές κατά περίπου 20% κάτω του επιπέδου του 1988.

Τη δεκαετία του 1980 σημειώθηκαν σημαντικές ανακαλύψεις όσον αφορά στις παγκόσμιες περιβαλλοντικές προκλήσεις. Η μείωση του όζοντος μετριάστηκε από τη Σύμβαση της Βιέννης (1985) και το Πρωτόκολλο του Μόντρεαλ (1987). Η όξινη βροχή ρυθμίστηκε κυρίως σε εθνικό και περιφερειακό επίπεδο.

1988 μέχρι σήμερα: Σύγχρονη εποχή 

Το 1988, ο Παγκόσμιος Μετεωρολογικός Οργανισμός δημιούργησε τη Διακυβερνητική Επιτροπή για την Κλιματική Αλλαγή (IPCC) με την υποστήριξη των Ηνωμένων Εθνών. Η IPCC συνεχίζει το έργο της μέχρι σήμερα, και εκδίδει μια σειρά εκθέσεων αξιολόγησης και συμπληρωματικών εκθέσεων που περιγράφουν την κατάσταση της επιστημονικής κατανόησης τη στιγμή που η κάθε έκθεση προετοιμάζεται. Οι επιστημονικές εξελίξεις κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου συνοψίζονται περίπου μία φορά κάθε πέντε έως έξι χρόνια στις εκθέσεις αξιολόγησης της IPCC που δημοσιεύονται κατά σειρά το 1990 (πρώτη έκθεση αξιολόγησης), 1995 (δεύτερη έκθεση αξιολόγησης), 2001 (τρίτη έκθεση αξιολόγησης), 2007 (τέταρτη έκθεση αξιολόγησης) και 2013/2014 (πέμπτη έκθεση αξιολόγησης).

Από τη δεκαετία του 1990, η έρευνα για την κλιματική αλλαγή έχει επεκταθεί και αναπτυχθεί, συνδέοντας πολλούς τομείς όπως οι ατμοσφαιρικές επιστήμες, η αριθμητική μοντελοποίηση, οι επιστήμες συμπεριφοράς, η γεωλογία και τα οικονομικά, και η ασφάλεια.

Ανακάλυψη άλλων παραγόντων που επιδρούν στο κλίμα 
Μεθάνιο: Το 1859, ο Τζον Τίνταλ διαπίστωσε ότι το αέριο από γαιάνθρακα, ένα μείγμα μεθανίου και άλλων αερίων, απορροφά έντονα την υπέρυθρη ακτινοβολία. Στη συνέχεια, το μεθάνιο ανιχνεύτηκε στην ατμόσφαιρα το 1948 και στη δεκαετία του 1980 οι επιστήμονες συνειδητοποίησαν ότι οι ανθρώπινες εκπομπές του μεθανίου είχαν σημαντική επίδραση στο κλίμα.

Χλωροφθοράνθρακας: Το 1973, ο Βρετανός επιστήμονας Τζέιμς Λόβλοκ είκασε ότι οι χλωροφθοράνθρακες (CFC) θα μπορούσαν να έχουν επίδραση στην υπερθέρμανση του πλανήτη. Το 1975, ο Ραμανθάν διαπίστωσε ότι ένα μόριο CFC θα μπορούσε να είναι 10.000 φορές πιο αποτελεσματικό στην απορρόφηση της υπέρυθρης ακτινοβολίας από ένα μόριο διοξειδίου του άνθρακα, καθιστώντας τους CFC δυνητικά σημαντικούς παρά τις πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις τους στην ατμόσφαιρα. Ενώ οι περισσότερες πρώιμες εργασίες για τους CFC επικεντρώθηκαν στον ρόλο τους στην εξάντληση του όζοντος, το 1985 οι επιστήμονες κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι οι CFC μαζί με το μεθάνιο και άλλα ιχνοστοιχεία θα μπορούσαν να έχουν σχεδόν εξίσου σημαντική επίδραση στο κλίμα με τις αυξήσεις του CO2.

Παραπομπές 

Κλιματική αλλαγή
Ιστορία της επιστήμης