EWOLUCJA KLIMATU ZIEMI

   Klimat Ziemi podlegał różnorodnym przekształceniom w czasie dotychczasowego rozwoju naszej planety. Przekształcenia te mogą być określane jako zmiany lub wahania. Zmiana klimatu polega na jego gruntownym przekształceniu, jedne jego cechy są zastępowane zupełnie innymi. Wahania natomiast to niewielkie zmiany, które nie naruszają typowych cech klimatu jednakże stanowią ważną strukturę rytmiczną. O gruntownych zmianach klimatu w przeszłości geologicznej świadczą dane paleontologiczne. Należy jednak pamiętać, że o zmianach klimatu można mówić albo w skali lokalnej (regionalnej) albo planetarnej. Nie można zatem jednoznacznie stwierdzić jaki był klimat (paleoklimat) naszej planety w przeszłości geologicznej. W każdym bowiem okresie geologicznym istniała swoista strefowość klimatyczna (związana z kulistym kształtem, który nie zmienił się od momentu powstania planety), czasem bardzo wyraźna, czasem bardziej wyrównana. Nasuwa się również wątpliwość, czy dowolny typ paleoklimatu (np. klimat równikowy w dewonie) miał takie same cechy, jak odpowiadający mu typ klimatu współcześnie.
   Zmiany klimatu planetarnego zależą od zmian tych czynników, które ten klimat kształtują. Przy analizowaniu tych zmian można jednak pewne czynniki pominąć. Należą do nich głównie rzeźba i pokrycie terenu oraz oddalenie od oceanów i prądy morskie. Wpływają one na wymianę ciepła i wilgoci w skali lokalnej (regionalnej). Decydującą rolę natomiast odgrywa proces wymiany ciepła (głównie na drodze promieniowania), który jest zależny od czynników astronomicznych oraz składu atmosfery.
   Pierwotna atmosfera składała się głównie z wodoru i helu. Były to gazy, które najłatwiej mogły opuścić strefę przyciągania ziemskiego. Gdy Ziemia zaczęła stygnąć, wydobywające się ze skał gazy zaczęły tworzyć nową atmosferę, tzw. wtórną. Był to głównie dwutlenek węgla z niewielkimi domieszkami metanu i azotu. Wydostawała się też para wodna. To ona, gdy jej ilość wzrosła do stanu nasycenia, zaczęła się skraplać i stała się źródłem wody na naszej planecie. Warstwa ochronna atmosfery stwarzała efekt cieplarniany. Przepuszczane było krótkofalowe promieniowanie słoneczne, zatrzymywane zaś długofalowe promieniowanie ziemskie. W efekcie tego temperatura planetarna była dużo wyższa niż w przypadku braku atmosfery. Szacuje się, że w tamtym okresie w przypadku wtórnej atmosfery efekt ten wynosił około 60K.
    Następna wielka zmiana zaszła w atmosferze wtedy, gdy dwutlenek węgla rozpuścił się w wodach wszechoceanu. Ponad miliard lat temu udział CO₂ znacznie zmalał, dochodząc prawie do obecnej zwartości. W tym czasie większość wodoru ponownie ulotniła się z atmosfery. W wyniku ubytku tych gazów stale wzrastała zawartość azotu. W środkowym proterozoiku temperatura planetarna wynosiła już tylko 288K i była o 35K wyższy, niż gdyby nie było atmosfery. Zmalał więc efekt cieplarniany z powodu znacznego ubytku dwutlenku węgla. Można zatem stwierdzić, że od ery proterozoicznej temperatura planetarna naszej planety w miarę ustabilizowała się.
    W czasach współczesnych zmiany temperatury powierzchni Ziemi należy bardziej wiązać z działalnością gospodarczą człowieka. Spalanie paliw kopalnych prowadzi do zwiększonej emisji gazów cieplarnianych (szklarniowych), które to powodują wzrastanie efektu cieplarnianego atmosfery. Szacuje się, że w niedalekiej przyszłości dwukrotny wzrost ilości dwutlenku węgla w atmosferze może spowodować wzrost temperatury planetarnej o 2-5K.

Zmiany składu atmosfery w dziejach Ziemi

składnik		wiek od początku powstania planety
		0	200 mln	2 mld	3.5 mld	4.5 mld
O2	%	0	0	0,2	4	21
N2	%	3	10	40	95	78
CO2	%	90	50	4	0,5	0,032
CH4	%	5	40	55	0,0001	0,00013
O3	%	0	0	3*10-8	3*10-6	0,00005
H2O	g/m3	2	8	7	1,5	1,4

Efekt cieplarniany atmosfery

Trad	K	235	216	225	253	255
Tpow	K	296	318	316	288	288
	K	61	102	91	35	33

Objaśnienia:
T_rad - temperatura radiacyjna (bez obecności atmosfery)
T_pow - faktyczna temperatura powierzchni Ziemi
- wielkość efektu cieplarnianego (T_pow - T_rad)