Las causas de las alteraciones se conocen como forzantes climáticos, algunos de los cuales se consideran influencias externas al sistema terrestre y otros internos. Factores como la fluctuación en la radiación Solar y la órbita de la Tierra, la forma de las masas terrestres y la composición de la atmósfera determinan los vectores de la variabilidad a largo plazo de los patrones del tiempo.
El Sol es la fuente principal de energía del planeta, irradiando el exterior de la atmósfera terrestre con una media de 1366 vatios por metro cuadrado. A esto se le llama el forzamiento radiactivo de la tierra. La intensidad de energía que llega del Sol, sin embargo, no es estable, y varía en su espectro, lo que se conoce como variación Solar. Además de sus alteraciones cíclicas, en especial el ciclo Solar de 11 años, las fluctuaciones no periódicas del astro rey también afectan el clima de la Tierra. Se cree que las variación Solar pueden haber sido determinante en la 'Pequeña Edad de Hielo' y el ascenso de temperaturas en la primera mitad del siglo XX. Una investigación de la NASA reveló que la intensidad de la radiación Solar se aumenta en casi 0,5% cada década durante ciertas fases del ciclo Solar. El informe concluye que de continuar esta tendencia, podría causar un severo cambio climático.
Las variaciones en la excentricidad, oblicuidad y precesión de la órbita terrestre tienen un efecto significativo sobre los patrones climáticos. Estos ciclos, llamados de Milankovitch en honor al matemático serbio que teorizó sobre ellos, tienen poca influencia sobre el total de energía que recibe el planeta del Sol. Sin embargo, su distribución a nivel regional y estacional puede variar considerablemente. Hallazgos científicos demuestran que estos ciclos se corresponden con los períodos glaciares e interglaciares y con el avance y retroceso de los desiertos.
Otra influencia externa con efectos significativos para el clima terrestre son los impactos de meteoritos, como el que causó la extinción masiva del Cretácico - Terciario, hace 65 millones de años. La colisión de bólidos de gran tamaño con la superficie terrestre puede alterar la configuración de la atmósfera y la actividad volcánica. Las conflagraciones en las extensiones boscosas bajo el calor del impacto liberan grandes cantidades de CO2, polvo y cenizas a la atmósfera. La fuerza del impacto puede alterar también el flujo de magma en la superficie, incluso en las antípodas del impacto, así como modificar las variables orbitales.
En cuanto a las influencias internas del clima, pueden citarse algunos factores cuyo impacto es mayor sobre el sistema. Aún así, el clima es un proceso tan complejo que no puede establecerse con seguridad un número determinado de elementos que asistan su variabilidad. La posición y movimientos de las masas terrestres, la actividad volcánica, la composición química y los flujos físicos de la atmósfera y los océanos, el campo magnético de la tierra y una serie de retroalimentadores son los elementos principales que influyen en el comportamiento del clima.
A lo largo de millones de años, el movimiento de las placas tectónicas reconfiguran la posición y tamaño de las masas continentales. Debido a que la deriva continental ocurre en plazos de millones de años, este proceso tiene influencia sobre el sistema climático durante un período largo. La latitud de los continentes, su fragmentación y su topografía, así como la forma resultante de las cuencas oceánicas son condicionantes que afectan la evolución de los patrones del tiempo atmosférico. Si los continentes se encuentran más concentrados alrededor del ecuador, las capas de hielo serán menos extensas, los glaciares menos comunes y habrá, entonces, menos diferencias entre las temperaturas mínimas y las temperaturas mínimas medias. Debido a la influencia moderadora de los océanos sobre las temperaturas, un supercontinente da lugar a un clima con más estacionalidad que una masa continental más fragmentada.
La forma de las cuencas oceánicas y la topografía del relieve submarino determinan la mecánica de las corrientes marinas. La circulación termohalina, es decir, la parte de la circulación oceánica que se rige por los gradientes de densidad del agua, se ve directamente afectada por los cambios en las temperaturas medias, y a su vez es un factor retroalimentador. Las corrientes frías, más pesadas y saladas, circulan a mayores profundidades que las de agua caliente. Cambios significativos en la composición o temperatura del agua, como consecuencia del derretimiento de las capas polares, por ejemplo, pueden causar graves alteraciones en la circulación oceánica y dar pie a un período glacial como el de Younger Dryas.
La composición química de la atmósfera, así como su estratificación, está sujeta a constante variación y determina la evolución del clima. Variables como las erupciones volcánicas, cambios en la biosfera o la liberación de grandes cantidades de gases atrapados en la litosfera pueden cambiar la composición atmosférica. A pesar de que cada siglo hay varias erupciones volcánicas que afectan el clima a nivel global, se calcula que la acción humana genera 130 veces más CO2 que los volcanes.
Varias investigaciones revelan que el campo magnético del planeta podría tener efectos sobre el clima. Actualmente los polos magnéticos de la Tierra se encuentran cerca de los polos geográficos, pero existe evidencia paleomagnética de que en otras épocas estuvieron más cerca del ecuador. Por otra parte también se conoce que hubo cambios en la polaridad y en la intensidad del campo magnético terrestre. Estas variaciones magnéticas influyen en la forma en la que la radiación solar penetra en la atmósfera. A distintas escalas de tiempo, desde décadas a milenios, se encuentran correlaciones entre las alteraciones del campo magnético y ciertas anomalías en los patrones climatológicos.
Los forzantes climáticos ponen en marcha procesos de retroalimentación, algunos positivos, que aumentan sus efectos, y otros negativos, que los moderan. Algunas de estas retroalimentaciones tienen relaciones directas con factores climáticos, mientras que otros actúan en relativo aislamiento. La combinación de elementos forzantes y retroalimentadores determina el ritmo y vectores del cambio climático.
El vapor de agua es el mayor contribuyente al efecto invernadero, y aporta entre el 36% y el 66%, con un cielo despejado, y un 66% - 85% tomando en cuenta las nubes. El aire caliente es capaz de contener más partículas de vapor de agua por volumen en cuanto se calienta. A más temperatura, más evaporación, y por tanto más vapor de agua para aumentar el efecto invernadero. Otra consecuencia en el aumento de los niveles de vapor de agua en la atmósfera es su efecto en la formación de las nubes. Desde la superficie, las nubes forman una cubierta que atrapa el calor, mientras que desde el espacio exterior forman una barrera que refleja la radiación solar, y contribuye al enfriamiento. Del tipo, altitud y distribución de las nubes depende el que estas se conviertan en un retroalimentador positivo o negativo.
En el caso de un calentamiento global como el que se está padeciendo, el incremento de las temperaturas derrite los hielos del permafrost. Las capas polares, los glaciares, los mares congelados y la tierra nevada reflejan la luz del sol de vuelta al espacio. Esta relación entre la radiación que recibe un cuerpo y el porcentaje de la misma que refleja se conoce como albedo. La nieve tiene un albedo de 86%, mientras que el suelo terrestre sin vegetación media el 18%. Al reducirse la superficie reflectora de los hielos, el albedo de la Tierra, que actualmente ronda el 30%, podría verse reducido y así absorbería más radiación solar.
Sin embargo, el retroceso de los hielos no sólo es un factor retroalimentador debido al albedo, sino que además el proceso libera metano y otros gases a la atmósfera. Al retroceder la cubierta helada, quedan descubiertas turberas o masas de material orgánico atrapadas bajo el hielo. Tanto la presencia de las primeras como la descomposición de las segundas liberan grandes cantidades de metano a la atmósfera. Se calcula que durante los períodos glaciales, los niveles de metano se reducen a menos de la mitad de lo observado en los períodos más cálidos.
De la misma forma, al calentarse las aguas de los océanos, puede producirse una repentina liberación de clatratos del fondo marino, como se cree que ocurrió durante la extinción del Pérmico - Triásico. Por otra parte, el agua fría es capaz de absorber más CO2 que el agua caliente. Los océanos contienen unas 50 veces más CO2 que la atmósfera, pero si el agua pierde parte de su capacidad para retenerlo, se liberará a la atmósfera, sumando al efecto invernadero y a su propia temperatura. Además, los ecosistemas marinos también secuestran carbono, y el aumento en las temperaturas podrías mermar su capacidad de hacerlo.
Asimismo, los ecosistemas de bosque tropicales, particularmente sensibles a los cambios climáticos, podrían colapsarse. Esto no sólo eliminaría una importante fuente de oxígeno, sino que además la putrefacción de la masa forestal liberaría grandes cantidades de metano. En otros ecosistemas, el avance de los desiertos debido al aumento de temperatura, provoca una progresiva desertificación, y su consecuente efecto sobre el calentamiento global.
El principio de Le Châtelier establece que "Si un sistema químico en equilibrio experimenta un cambio en la concentración, temperatura, volumen o la presión parcial, entonces el equilibrio se desplaza para contrarrestar el cambio impuesto". Según este principio, a nivel global, y en respuesta a una mayor emisión de GEI de origen antropogénico, el ciclo de carbono cambia para hacer frente a ella. La mayoría de este CO2 es absorbido por la superficie del océano y llevado al interior. En la actualidad, sólo la tercera parte de la emisiones antropogénicas se absorben de esta manera, pero en un plazo de unos cuantos siglos la aguas pueden filtrar hasta el 75% de estas emisiones. El otro 25% se disuelve permanentemente en la atmósfera. Esto representaría una proceso de retroalimentación negativo, ya que cuantas más emisiones, mayores serán los ajustes del ciclo. Sin embargo, la capacidad del océano para seguir recibiendo CO2 puede verse condicionada por cambios en su estratificación inducidos por las temperatura más elevadas.
Se llama cuerpo negro a un objeto teórico que es capaz de absorber toda la luz y la radiación que inciden sobre él. Cuanto más se calienta un cuerpo, más radiación emite. Esto representa el principal proceso de retroalimentación negativa del calentamiento global. Los modelos climáticos citados por el IPCC, incluyen el impacto de este retroalimentador.
Otras retroalimentaciones incluyen el secuestro de carbono en procesos geológicos y biológicos. La meteorización química, o desintegración y descomposición de la roca, actúa en el largo plazo para reducir el CO2 y otros gases de la atmósfera. Con el tiempo, el oxígeno, el dióxido de carbono y el vapor de agua, además de otros gases en menor medida, reaccionarán químicamente con el sustrato, y así quedan atrapados en el suelo. Los organismos vivos también capturan y almacenan CO2 a través de sus procesos biológicos. Incluso la creación de caparazones y conchas elimina a largo plazo el CO2 oceánico.
En la troposfera, la temperatura atmosférica se reduce con la altitud, en un fenómeno conocido como el gradiente adiabático. Dado que las emisiones de radiación infrarroja varían con la temperatura, la radiación de onda larga que se escapa al espacio desde la alta atmósfera es menor que la que se emite desde la baja atmósfera hacia la superficie. De esta manera, la fuerza del efecto invernadero depende del gradiente con el que la temperatura decrezca con la altura. Los modelos climáticos señalan que el calentamiento global reducirá el índice de enfriamiento por altura, lo que produce un proceso de retroalimentación negativa que debilita el efecto de los GEI.
EBIDENTZIAK: azken 3 hamarkadatan tokiko esparruan (arroa ezberdinetan) egindako euri-emari likido eta solidoari dagokionez jazotako aldaketa kopurua, hozberoan izandako aldaketak eta lurzoruaren erabileran izandako aldaketen azterketa historikoa.
Eratorritako INPAKTUAK: emari likido eta solidoan izandako aldaketen ondorioz uholde eta agorte arriskua areagotzea; Lurrean jazotako aldaketaren ondorioz hiri-ingurunean bero-boladen arriskua areagotzea.
Sistemen ZAURGARRITASUNA, zuzkidura, hiri-ingurunea eta azpiegiturak barne.
Ondorioak: ezinbestekoa da Lurralde-antolakuntza, Hiri-plangintza eta Hidrologia-plangintza egokitzea eta, era berean, ezinbestekoa da neurri zuzentzaileak ere egokitzea. Halaber, beharrezkotzat jotzen da metodologiak eta neurrien katalogo bat diseinatzea, hala egiturazkoak nola prospekziozkoak.
EBIDENTZIAK: azken 50 urtetan tokiko esparruan (euskal itsasertza) izandako itsas mailaren batez besteko igoera kalkulatzea, eta igoera horren eta olatuetan izandako aldaketen eraginez euskal itsasbazterretako habitatetan izandako aldaketak zenbatzea.
INPAKTUAK: zonalde pilotuen barnean (Gipuzkoa eta Urdaibai) uholde-kotaren igoerak erruz eragindako zonaldeen arrisku-mapak taxutzea, hondartza, itsaslabar, biodibertsitate eta hiri-sektorean izandako inpaktuak ebaluatzeko.
Aurreikusten diren aldaketekiko sektoreek ageri duten ZAURGARRITASUNA.
Ondorioak: ezinbestekoa da egokitzapen bat gauzatzea eta itsasbazterreko elementuak, espezie zaurgarrien mantenua eta hiri-plangintza kudeatzeko egokitze-estrategien proposamenak egitea.
EBIDENTZIAK: azken 30 urtetan tokiko esparruan erregimen hidrikoari dagokionez izandako aldaketak zenbatzea (defizita hautematea) eta lurzoruaren erabileran izandako aldaketa historikoak zenbatzea.
INPAKTUAK: laborantza-sisteman oso adierazgarriak dira, besteak beste, loraldiarekin edota umotzearekin lotutako aldaketak. Horrenbestez, azken urteotan lurraldearen erabileran hainbat aldaketa izan dira, hala, tradizionalki hotzak ziren zonaldeak kolonizatu dira nekazaritzako ekoizpenerako erabiltzeko. Horrek, zonalde horietan berezkoak diren flora eta fauna aldatzea dakar. Aldaketak eragindako inpaktua aztertzea planteatzen da arlo hauetan: ingurumen-baldintzak, espezie zehatzak (animaliak, landareak, onddoak eta mikroorganismoak), alderdi fisiologikoak, biodibertsitatea eta paisaia.
ZAURGARRITASUNA: aurreikus daitezkeen aldaketekiko sektore zaurgarrienak identifikatzea: nekazaritza-ekosistemak eta nekazaritza-sistemak, espezie ibaitar eta edafikoak, landare-komunitateak (zuhaitzak, belarra eta onddoak).
EGOKITZAPENA: egokitze-estrategia proposamena: habitat eta espezie zaurgarrienen egokitzapenerako neurrien katalogoa, nekazaritza-ekosistemen egokitzapenerako neurrien katalogoa, nekazaritza-jarduerak, aldaketara egokitzeko gai diren laborantza-ereduen identifikazioa eta baso-ereduen definizioa. Horrek guztiorrek, aldi berean, kudeaketarako sistema berriak eskatzen ditu, ekonomia eta landa-zonaldetako garapena ez kaltetzeko.
EBIDENTZIAK: azken 25 urtetan itsas sistema biologikoetan izan diren aldaketak zenbatu dira.
INPAKTUAK: aldaketen ondorio fisiko eta kimikoak nahiz klimatikoak aztertzea planteatzen da. Laborategiko ikerketak eta ingurune naturaleko ikerketak egitea proposatzen da, klima-segidak ikertzeaz gain.
ZAURGARRITASUNA: ingurune bakoitzean erabakigarriak nahiz toxikoak diren sistema nagusien (fitobentoak, zoobentoak, fitoplanktona, zooplanktona, ingurune pelagikoa, organismo zelatarietan gertatzen diren zelula edo giharretako aldaketak), habitaten eta espezien zaurgarritasunari buruzko lehen sakontzea.
EGOKITZAPENA: Ezinbestekoa da, epe laburrean, ertainean eta epe luzean, zaurgarritasun gehien ageri duten espezieak, komunitateak eta habitatak zaintzea azpian aipatzen diren faktoreek etorkizunean izango duten goraldiari begira: uraren hozberoa, irradiantzia, plubiositatea, olatualdiak, korronteak, azaleratzeak, haizeak. Ezinbestekoa da kostaldea sektoretan banatzea: estuarioak, kosta irekia.
Orokorrean eta EAEri dagokionez, diziplinartekotasun handiagoa behar dela ikusi da, ondorioak arintzeko eta haietara egokitzeko erronkari berme gehiagoz heltzeko eta, horretarako, ezinbestekoa da beste arlo batzuk garatzea (natura-zientziaz gain), esate baterako, ekonomia- edo gizarte-zientziak.