O estudo da Terra como um sistema integrado.

Imagem extrema do telescópio da imagem ultravioleta (EIT) do sol com um prominence enorme, do punho-dado forma, tomado em 1999. A radiação solar é um excitador preliminar do clima.

A ciência do sistema terrestre é o estudo de como os dados científicos provenientes de vários campos de pesquisa, como a atmosfera, os oceanos, o gelo terrestre e outros, se encaixam para formar a imagem atual de nosso planeta como um todo, incluindo seu clima em mudança.

Os cientistas do clima separam fatores que afetam a mudança climática em três categorias: forçamentos, feedbacks e pontos de inflexão. 

Forças: Os primeiros impulsionadores do clima.

1. Irradiação Solar. A radiação solar é a fonte de calor para o planeta Terra. Os cientistas também usam provas de medições proxy, como contagem de manchas solares que remontam séculos e anéis de árvores antigas, para medir a quantidade de sol que atinge a superfície da Terra. O sol tem um ciclo solar de 11 anos, o que causa cerca de 0,1% da variação na produção solar. 1 O ciclo solar é incorporado nos modelos climáticos.
2. Emissão de gases de efeito estufa. Desde a revolução industrial, as concentrações de gases de efeito estufa, como dióxido de carbono (CO 2 ), metano (CH 4 ) e óxido nitroso (N 2O) aumentaram na atmosfera. A queima de combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás, aumentou a concentração de dióxido de carbono atmosférico (CO 2 ) de 280 partes por milhão para 393 partes por milhão. 2 Esses gases de efeito estufa absorvem e re-irradiam calor na atmosfera da Terra, o que causa um aquecimento maior.
3. Aerossóis, poeira, fumaça e fuligem. As partículas aerotransportadas muito pequenas vêm de fontes humanas e naturais e têm vários efeitos sobre o clima. Sulfato aerossóis, que resultam da queima de carvão, biomassa e erupções vulcânicas, tendem a esfriar a Terra. Outros tipos de partículas como o carbono preto têm um efeito de aquecimento. 3 A distribuição global de aerossóis está sendo rastreada a partir do solo e de satélites.

Retroalimentação climática: processos que podem amplificar ou diminuir os efeitos das forçantes climáticas. Um feedback que aumenta o aquecimento inicial é chamado de "feedback positivo". Um feedback que reduz um aquecimento inicial é um "feedback negativo".

1. Nuvens. As nuvens têm um impacto enorme no clima da Terra, refletindo cerca de um terço da quantidade total de luz solar que atinge a atmosfera da Terra de volta ao espaço. Mesmo pequenas mudanças na quantidade, localização e tipo da nuvem podem ter grandes conseqüências. Um clima mais quente poderia causar mais água para ser realizada na atmosfera levando a um aumento da nebulosidade e alterar a quantidade de luz solar que atinge a superfície da Terra. Menos calor seria absorvido, o que poderia retardar o aumento do aquecimento.
2. Precipitação.   Modelos climáticos globais mostram que a precipitação aumentará geralmente devido ao aumento da quantidade de água mantida em uma atmosfera mais quente, mas não em todas as regiões. Algumas regiões vão secar em vez disso. Alterações nos padrões de precipitação, como o aumento da disponibilidade de água, podem causar um aumento no crescimento da planta, o que por sua vez poderia potencialmente remover mais dióxido de carbono da atmosfera.
3. Greening das florestas. Processos naturais, como o crescimento das árvores, eliminam cerca de metade das emissões de dióxido de carbono humano da atmosfera todos os anos. Os cientistas estão estudando atualmente onde este dióxido de carbono vai. O delicado equilíbrio entre a absorção e liberação de dióxido de carbono pelos oceanos e as grandes regiões florestadas do mundo é objeto de pesquisas por muitos cientistas. Há alguma evidência de que a capacidade dos oceanos ou florestas de continuar a absorver dióxido de carbono pode diminuir à medida que o mundo aquece, levando a uma acumulação mais rápida na atmosfera.
4. Albedo de gelo. O gelo é branco e muito reflexivo, em contraste com a superfície do oceano, que é escuro e absorve o calor mais rápido. À medida que a atmosfera se aquece e o gelo do mar derrete, o oceano mais escuro absorve mais calor, faz com que mais gelo se derreta e torne a Terra mais quente em geral. O feedback do albedo do gelo é um feedback positivo muito forte. 

Pontos climáticos : Quando o clima da Terra se move abruptamente entre estados relativamente estáveis.

1. Circulação oceânica. À medida que o gelo marinho do Ártico e a camada de gelo da Groenlândia derretem, a circulação oceânica no Atlântico pode desviar a Corrente do Golfo. Esta e / ou outras alterações mudariam significativamente os padrões climáticos regionais. Uma mudança na Corrente do Golfo poderia levar a um resfriamento significativo na Europa Ocidental. Isso destaca a importância da circulação oceânica na manutenção dos climas regionais.
2. Perda de gelo. Devido ao forte feedback positivo do albedo de gelo, se o gelo derrete o suficiente, fazendo com que a superfície da Terra absorva mais e mais calor, podemos atingir um ponto sem retorno. Os lençóis de gelo que se encolhem contribuem para a elevação do nível do mar. Muitas centenas de milhões de pessoas vivem perto de uma costa, por isso a nossa capacidade de prever a elevação do nível do mar durante o próximo século tem substanciais ramificações humanas e económicas.
3. Liberação rápida de metano. Os depósitos de metano congelado, um potente gás com efeito de estufa e dióxido de carbono estão por baixo do permafrost nas regiões árticas. Cerca de um quarto do hemisfério Norte é coberto por permafrost. À medida que o ambiente se aquece eo permafrost derrete, estes depósitos podem ser libertados para a atmosfera e apresentam um risco de aquecimento descontrolado. 

FONTE: NASA

1. Claus Frohlich e Judith Lean, "Saída radiativa solar e sua variabilidade: evidências e mecanismos", The Astronomy and Astrophysics Review, 2004, doi: 10.1007 / s00159-004-0024-1.
2. Tendências em Dióxido de Carbono Atmosférico, Administração Nacional Oceânica e Atmosférica, 2013. http://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/
3. Observatório da Terra da NASA, " Aerosols: Tiny Particles, Big Impact ", 1999.
4. A. Vaks et al., "Speleotherms Reveal 500000-Year History of Siberian Permafrost"  , Ciência,  12 de abril de 2013: Vol. 340 n. 6129 pp. 183-186, doi: 10.1126 / ciência.1228729