Климатски систем

Земјиниот климатски систем е сложен систем со пет компоненти кои содејствуваат: атмосфера (воздух), хидросфера (вода),криосфера (мраз и вечен мраз), литосфера (горниот карпест слој на Земјата) и биосфера (живи суштества). ''Климата'' е статистичка карактеризација на климатскиот систем. Го претставува просечното време, обично во период од 30 години, и се одредува со комбинација на процеси, како што се океанските струи и шемите на ветерот. Циркулацијата во атмосферата и океаните ја транспортира топлината од тропските региони до регионите кои добиваат помалку енергија од Сонцето. Сончевото зрачење е главната движечка сила за оваа циркулација. Циклусот на водата исто така ја движи енергијата низ климатскиот систем. Покрај тоа, одредени хемиски елементи постојано се движат помеѓу компонентите на климатскиот систем. Два примери за овие биохемиски циклуси се циклусите на јаглерод и азот.
Климатскиот систем може да се промени поради внатрешната променливост и надворешните принудувања. Овие надворешни принудувања можат да бидат природни, како што се варијации во сончевиот интензитет и вулкански ерупции, или предизвикани од луѓе. Акумулацијата на стакленички гасови во атмосферата, главно емитирани од луѓе кои согоруваат фосилни горива, предизвикува климатски промени. Човечката активност исто така ослободува аеросоли, но нивниот ефект е далеку помал од оној на стакленички гасови. Промените може да се засилат со процесите на повратни информации во различните компоненти на климатскиот систем.
1 Компоненти
''Атмосферата'' ја обвива земјата и се протега на стотици километри од површината. Најмногу се состои од инертен азот (78%), кислород (21%) и аргон (0,9%). Некои гасови во трагови во атмосферата, како што се водена пареа и јаглерод диоксид, се гасовите најважни за функционирањето на климатскиот систем, бидејќи тие се стакленички гасови кои дозволуваат видливата светлина од Сонцето да навлезе до површината, но блокираат некои од инфрацрвеното зрачење кое Земјината површина го емитува за да го балансира зрачењето на Сонцето. Ова предизвикува зголемување на температурата на површината.
Хидролошкиот циклус е движење на водата низ климатскиот систем. Не само што хидролошкиот циклус ги одредува моделите на врнежи, туку има и влијание врз движењето на енергијата низ климатскиот систем.
''Хидросферата'' ја содржи целата течна вода на Земјата, а најголемиот дел од неа се наоѓа во светските океани. Океанот покрива 71% од површината на Земјата до просечна длабочина од речиси 4 км, и содржината на топлина во океаните е многу поголема од топлината што ја задржува атмосферата. Содржи морска вода со содржина на сол од околу 3,5% во просек, но тоа варира просторно. Соленкава вода се наоѓа во утоките и некои езера, а повеќето слатки води, 2,5% од целата вода, се чуваат во мраз и снег.
''Криосферата'' ги содржи сите делови од климатскиот систем каде што водата е цврста. Ова ги вклучува морскиот мраз, ледените плочи, вечниот мраз и снежната покривка. Бидејќи има повеќе копно на северната полутопка во споредба со јужната полутопка, поголем дел од таа полутопка е покриен со снег. И двете полутопки имаат приближно исто количество морски мраз. Повеќето замрзната вода се содржи во ледените плочи на Гренланд и Антарктик, кои во просек се околу 2 километри во височина. Овие ледени плочи полека течат кон нивните рабови.
''Земјината кора,'' особено планините и долините, ги обликува глобалните шеми на ветровите: огромните планински венци формираат бариера за ветровите и влијаат врз тоа каде и колку врне. Земјиштето поблиску до отворен океан има поумерена клима отколку копното подалеку од океанот. За целите на моделирање на климата, земјиштето често се смета за статично, бидејќи се менува многу бавно во споредба со другите елементи што го сочинуваат климатскиот систем. Позицијата на континентите ја одредува геометријата на океаните и затоа влијае врз обрасците на океанската циркулација. Локациите на морињата се важни за контролирање на преносот на топлина и влага низ земјината топка, а со тоа и за одредување на глобалната клима.
И на крај, ''биосферата'' исто така е во контакт со остатокот од климатскиот систем. Вегетацијата е често потемна или посветла од почвата под него, така што повеќе или помалку од сончевата топлина се заглавува во области со вегетација. Вегетацијата е добра во заробувањето на водата, која потоа ја примаат корените. Без вегетација, оваа вода би истекла до најблиските реки или други водни тела. Водата која ја земаат растенијата потоа испарува, придонесувајќи за хидролошкиот циклус. Врнежите и температурата влијаат врз дистрибуцијата на различни вегетациски зони. Асимилацијата на јаглеродот од морската вода со растот на малите фитопланктони е речиси исто колку и копнените растенија од атмосферата. Додека луѓето се технички дел од биосферата, тие често се третираат како посебна компонента на климатскиот систем на Земјата, ''антропосфера ,'' поради големото влијание на човекот врз планетата.
2 Биохемиски циклуси
Хемиските елементи, витални за животот, постојано кружат низ различните компоненти на климатскиот систем. Циклусот на јаглерод е директно важен за климата, бидејќи ги одредува концентрациите на два важни стакленички гасови во атмосферата: CO<sub>2</sub> и метан. Во брзиот дел од јаглеродниот циклус, растенијата земаат јаглерод диоксид од атмосферата користејќи фотосинтеза; ова подоцна повторно се емитува со дишењето на живите суштества. Како дел од бавниот јаглероден циклус, вулканите ослободуваат CO<sub>2</sub> со дегасирање, ослободувајќи јаглерод диоксид од Земјината кора и обвивка. Бидејќи CO<sub>2</sub> во атмосферата го прави дождот малку кисел, овој дожд може полека да раствори некои карпи, процес познат како ''атмосферско влијание''. Минералите што се ослободуваат на овој начин, транспортирани до морето, ги користат живите суштества чии остатоци можат да формираат седиментни карпи, враќајќи го јаглеродот во литосферата.
Циклусот на азот го опишува протокот на активниот азот. Бидејќи атмосферскиот азот е инертен, микроорганизмите прво треба да го претворат во активно азотно соединение, во процес наречен ''врзување на азотот'', пред да може да се користи како градежен материјал во биосферата. Човечките активности играат важна улога и во циклусот на јаглерод и на азот: согорувањето на фосилните горива го поместува јаглеродот од литосферата во атмосферата, а употребата на ѓубрива значително го зголемува количеството на расположлив фиксен азот.
3 Стакленички гасови
Стакленичките гасови ја задржуваат топлината во долниот дел од атмосферата со апсорпција на зрачењето со долги бранови. Во минатото на Земјата, многу процеси придонеле за варијации во концентрациите на стакленички гасови. Во моментов, емисиите од луѓето се причина за зголемување на концентрациите на некои стакленички гасови, како што се CO<sub>2</sub>, метан и Доминантен придонесувач за ефектот на стаклена градина е водената пареа (~50%), при што облаците (~25%) и CO<sub>2</sub> (~20%) исто така играат важна улога. Кога се зголемуваат концентрациите на долготрајните стакленички гасови, како што е CO<sub>2</sub> и температурата се зголемува, количеството на водена пареа исто така се зголемува, така што водената пареа и облаците не се гледаат како надворешни принудни, туку како повратни информации. Влијанието на карбонатите и силикатите го отстранува јаглеродот од атмосферата.