Araştırma Makalesi/Research Article http://dergipark.org.tr/ssrj http://socialsciencesresearchjournal.com
Tüzer, M., Doğan, S. (2021). İklim Değişikliğinin Bilimsel Temelleri. Social Sciences Research Journal, 10 (3), 639-656.
İklim Değişikliğinin Bilimsel Temelleri Mutlu Tüzer
İstanbul Üniversitesi Sosyal Bilimler Enstitüsü İktisat A.B.D. Doktora Programı
mutlutuzer@gmail.com Orcid: 0000-0001-9125-2542
Prof. Dr. Seyhun Doğan İstanbul Üniversitesi İktisat Fakültesi, İktisat Bölümü
sdogan@istanbul.edu.tr Orcid: 0000-0003-3450-0612
Öz
Yirminci yüzyılın son çeyreğinde en önemli çevre sorunlarından biri olarak uluslararası politik gündemde yer alan insan kaynaklı iklim değişikliği, sağlam bilimsel temellere sahiptir. İklimi etkileyen temel faktörler ve özellikle atmosferin Dünya’nın enerji dengesini belirlemedeki rolü üzerine yapılan bilimsel çalışmaların tarihi ondokuzuncu yüzyıl başlarına kadar uzanmaktadır. İklim değişikliğinin bilimsel temellerini inceleyen bu çalışma kapsamında;insan kaynaklı sera gazı emisyonlarından iklim değişikliğine uzanan neden sonuç ilişkisi temel alınmıştır. Bu amaçla insan kaynaklı iklim değişikliği teorisinin bileşenlerini açıklayan önemli bilimsel çalışmalar incelenmiştir. Çalışmanın sonucunda; bilim insanlarının karbondioksit emisyonlarındaki artışın iklim sistemi üzerinde etkileri olacağını öngördükleri ortaya konulmuştur. Ancak, geçmişin bugünün bilgisine dayalı olarak yorumlanması konusunda ihtiyatlı olunması ve dolayısıyla söz konusu bilimsel çalışmaların, kendi dönemlerinin realitelerine ve koşullarınauygun olacak şekilde değerlendirilmesinin gereği açıktır.
Anahtar Kelimeler: Küresel Isınma, İklim Değişikliği, İklim Değişikliği Bilimi.
The Scientific Foundations of Climate Change Abstract
Human-induced climate change, which has been on the international political agenda as one of the most important environmental problems in the last quarter of the twentieth century, has solid scientific foundations. History of the scientific studies on the main factors affecting the climate and especially the role of the atmosphere in determining the Earth's energy balance goes back to the beginning of the nineteenth century. The scope of this study, which examines the scientific foundations of climate change, is based upon the cause-effect relation from anthropogenic greenhouse gas emissions to climate change. To this end, important scientific studies explaining the components of human-induced climate change theory were examined. As a result of the study, it is revealed that scientists predicted that the increase in carbon dioxide emissions would have effects on the climate system. However, it is necessary to be cautious about
interpreting the past based on today's knowledge and, therefore, to evaluate the scientific studies in question in a way appropriate to the realities and conditions of their own time.
Keywords: Global Warming, Climate Change, Climate Change Science.
Giriş
Merkezinde enerji, madde ve hareket gibi birincil fiziksel yasalar bulunması sebebiyle atmosferin yeryüzü enerji dengesini sağlamadaki rolü, doğal sera etkisi, buz çağları, iklim koşullarını etkileyen temel faktörler gibi konular üzerindeki bilimsel tartışma ve çalışmaların temellerini, modern bilimsel yöntemin doğduğu Aydınlanma Çağı’na kadar götürmek mümkündür. Hava ve iklim ile bağlantılı bilimsel çalışmaların tarihi dikkate alındığında, insan kaynaklı iklim değişikliği probleminin bir anda ortaya çıkmış ya da belirli bir politik amacı bulunan bilim insanları tarafından tasarlanarak kamuoyunun gündemine sunulmuş bir bilimsel aldatmaca olduğu iddiasının bu noktada inandırıcı olmadığı kabul edilmelidir (Inhofe, 2015).!Problemin ölçeği ve karmaşıklığına bağlı olarak iklim değişikliği konusunda en çok tekrar edilen bilimsel anlatının da ideal bilimsel ilerleme algısı ile uyumlu olması bu açıdan sürpriz değildir. Söz konusu anlatıya göre, farklı yer ve zamanlarda yaşamış ve farklı bilimsel sorulara cevap arayanların bireysel çabaları, ancak yirminci yüzyılın ikinci yarısında parçaların bir araya getirilerek resmin bütününün görülmesini sağlayacak seviyeye ulaşmıştır.
Bu çalışmada, ondokuzuncu yüzyıldan başlayarak konuya ilişkin önde gelen bilimsel çalışma ve görüşlerin incelenmesi amaçlanmıştır. İnsan kaynaklı iklim değişikliği teorisi, beşerî faaliyetler sonucu atmosfere salınan sera gazlarının bir gezegen olarak yeryüzü ve atmosferin ışınımsal (ışığı yansıtma ve soğurma gibi) özelliklerini değiştirmesi ve gezegenin enerji dengesinin bozulması üzerine kuruludur. Dolayısıyla çalışmanın kapsamında, insan kaynaklı sera gazı emisyonlarından iklim değişikliğine uzanan neden sonuç ilişkisi temel alınmış; teorinin bileşenlerini açıklamaya yönelik önde gelen bilimsel çalışmalara yer verilmiştir.
İklim Sistemi ve İklim Değişikliği
İnsan kaynaklı iklim değişikliğini kısa bir cümle ile ifade etmek, genellikle büyük resmi görmek adına problemi oluşturan pek çok önemli detaydan vazgeçmek anlamına gelmektedir. Bununla birlikte, yeryüzü iklimini etkileyen faktörler, iklim sistemi bileşenlerinin iklim zorlayıcıları karşısındaki tepkileri, doğal karbon döngüsü, yeryüzü enerji dengesi ve atmosferin yeryüzünün ısıl dengesini sağlamadaki rolü gibi yeryüzü ikliminin yapısına ve işleyişine ilişkin genel bilimsel tablonun günümüzde artık büyük ölçüde tamamlandığını söylemek mümkündür. İklim değişikliği biliminde yeryüzü iklimi, birbirleriyle etkileşim içinde bulunan bileşenlerden oluşmuş fiziksel bir sistem şeklinde ele alınmaktadır. En temel düzeyde hava ve su gibi akışkanların hareketi neticesinde oluşan hava ve iklim olaylarına ilişkin analiz ve açıklamalar, büyük ölçüde fiziksel ilke ve kavramlar üzerine kuruludur. Bu fiziksel temel, karşılaşılan hava ve iklim olaylarını öncelikle enerjinin korunumu ve hareket yasalarına dayalı olarak açıklamaya çalışmaktadır (IPCC, 2007: 96). Atmosferdeki sera gazı yoğunluğundaki artış ve ortalama yüzey sıcaklıklarındaki yükselme arasındaki ilişki ise, insan kaynaklı iklim değişikliği tartışmalarının temelini teşkil etmektedir. Yeryüzü sisteminin ortalama sıcaklığı, sisteme giren ve sistemden çıkan ısı enerjisi miktarı arasındaki denge tarafından belirlenmektedir. İklim sistemine Güneş’ten yeryüzüne ulaşan kısa dalga boyuna sahip olan enerji girerken yeryüzünden yansıtılan uzun dalga boyuna sahip enerji, sistemi terk etmektedir. İnsan kaynaklı iklim değişikliği teorisi, beşerî faaliyetler sonucu atmosfere salınan sera gazlarının yeryüzü ve atmosferin ışınımsal (ışığı yansıtma ve soğurma gibi) özelliklerini değiştirmesi ve yeryüzünün enerji dengesinin bozulması üzerine kuruludur. İki asra yaklaşan bilimsel çalışmalar, yeryüzü ikliminin insan kaynaklı etki karşısındaki tepkisi açısından bazı belirsizlikleri barındırıyor olsa da atmosferde artan sera gazı yoğunluğu ile yeryüzündeki ortalama sıcaklıklar arasında bir bağlantı bulunduğunu göstermektedir. Fosil yakıtların kullanımı ve ormanlık alanların yok edilmesi başta olmak üzere, beşerî faaliyetler neticesinde atmosfere bırakılan sera gazı miktarı, sera gazlarını atmosferden çekebilecek doğal mekanizmalardan fazla olduğu için sera gazları atmosferde kalarak birikmektedir. Sera gazlarının atmosfer yoğunluklarındaki artış, Güneş kaynaklı enerji ile ısınan yeryüzünden yayılan uzun dalga boylu ışınımın daha büyük bir kısmının uzaya kaçışının engellenmesi anlamına gelmektedir. Enerji dengesinde bir ısıtma etkisi oluşmasına yol açan güçlendirilmiş sera etkisi sebebiyle ısı enerjisi kazanan yeryüzünde ortalama sıcaklıklarda artış beklenmektedir (Houghton, 2009: 19-21).
İklim değişikliği biliminde, küresel ısınma ve iklim değişikliğinin farklı süreçleri temsil eden kavramlar olduğu göz önünde bulundurulmalıdır. Küresel ısınma süreci, yeryüzünün toplam enerji dengesiyle bağlantılı olarak açıklanmaktadır. Başka bir ifadeyle gezegene giren enerji miktarı ile gezegenden çıkan enerji miktarı arasındaki pozitif yönde bir dengesizlik bulunduğuna işaret etmektedir. Küresel ısınma ile karşılaştırıldığında iklim değişikliği ifadesi,
enerji dengesindeki bozulma nedeniyle yeryüzünde ortaya çıkması beklenen sıcaklık artışı, buz tabakalarının erimesi, deniz seviyesinin yükselmesi, yağış rejimi ve miktarının değişmesi gibi uzun dönemli ve daha geniş etkili değişimlere işaret etmektedir (Farmer ve Cook, 2013: 8). Sıcaklık dışındaki diğer iklim göstergeleri de dikkate alındığında, iklim değişikliği sürecinin atmosferdeki sıcaklık artışının dışındaki gelişmeleri de içermesi gerekmektedir. Dolayısıyla iklim değişikliğinin küresel ısınmayı da kapsadığı düşünülebilir. Aralarındaki ilişki bu şekilde ele alındığında; küresel ısınmayı sebep, iklim değişikliğini ise sonuç olarak değerlendirmek mümkündür (Incropera, 2016: 19).
İklim değişikliği ifadesi, ortaya çıkan etkiler açısından olduğu gibi bazı durumlarda sorunu ortaya çıkartan nedenler itibarıyla da farklı tanımlanabilmektedir. Örneğin; Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (HİDP) ve 1992 yılında imzalanan Birleşmiş Milletler İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi (İDÇS), iklim değişikliği kavramına farklı açılardan yaklaşmaktadır. HİDP, iklim değişikliği kavramı ile iklim göstergelerinin (sıcaklık, yağış, vb.) ortalama değerleri ve değişkenliklerinde istatistiksel testlerle tespit edilmiş uzun bir zaman süresince (on yıl ya da daha fazla) devam eden tüm değişimleri ifade etmektedir. Göreli olarak daha teknik ve bilimsel bir yaklaşıma sahip olan HİDP’nin yapmış olduğu tanıma göre, iklim değişikliği, yeryüzü iklimindeki içsel doğal süreçler ya da Güneş’teki çevrimler (güneş lekeleri gibi), volkanik faaliyetler ve atmosferin bileşimini ve yüzey kullanımını değiştiren kalıcı insan kaynaklı etkiler gibi dışsal zorlamalar etkisiyle ortaya çıkabilir. İDÇS’nin 1. maddesinin 2. fıkrasında yer alan tanıma göre ise;
iklim değişikliği kavramı, doğal iklim değişkenliği yanında doğrudan ya da dolaylı olarak atmosferin bileşimini değiştiren insan aktivitelerine dayandırılabilecek kıyaslanabilir bir zaman süresi içindeki değişimleri ifade etmektedir.
İklim değişikliği ile mücadele amacıyla imzalanmış olan İDÇS’nin, atmosferin bileşimini değiştiren insan aktivitelerine bağlı olarak meydana gelen iklim değişikliği ile yeryüzü iklimindeki doğal nedenlerle ortaya çıkan iklim değişkenliği arasında bir ayrım yaptığı görülmektedir (IPCC, 2013: 1450; UNFCCC, 1992: 2). Bu ayrıma göre, politik boyutu daha ağır basan bir belge olan İDÇS’deki iklim değişikliği ifadesiyle özellikle insan kaynaklı iklim değişikliğine işaret edilirken bilimsel boyutu ağırlıklı olan HİDP raporlarında iklim değişikliği ifadesi doğal faktörleri de içine alacak genişlikte kullanılmaktadır.
Şekil 1. İklim Sistemi
Kaynak: (USGCRP, 2017: 76’dan yararlanılarak düzenlenmiştir.)
Şekil 1’de iklim sisteminin basit bir modeli yer almaktadır.Enerji ve hareketin bir paranın iki yüzünü temsil ettiği bu fiziksel sistem, büyük oranda Güneş kaynaklı olan enerji ile hareket eden bir makine gibi işlemektedir. Bu makine,
üzerine düşen enerjinin bir bölümünü yansıtırken bir bölümünü de soğurmakta ve tekrar etrafa yaymaktadır. Enerjinin korunumu yasalarına uygun olarak farklı formlardaki enerjinin sistem içindeki dönüşümü yoluyla süren bu enerji çevrimi yeryüzünde hava ve iklim olaylarına neden olan hava, su ve madde hareketlerinin de kaynağını oluşturmaktadır (Gramelsberger ve Feichter, 2011: 11,12). Şekil 1’deki model, insan kaynaklı sera gazı emisyonlarından iklim değişikliği ve etkilerine arasında kurulan nedensellik zincirinin oldukça uzun ve karmaşık olduğunu da göstermektedir.
Bu uzun nedensellik zinciri içinde bulunan çok sayıda farklı parametre ve değişken, insan kaynaklı sera gazı emisyonları ile iklim değişikliği arasındaki bağlantının dikkatli bir şekilde değerlendirilmesini gerekli kılmaktadır.
Ayrıca iklim sistemini oluşturan bileşenler arasındaki ilişkiler, doğrusal bir neden-sonuç zincirinden çok, karşılıklı ve döngüsel bir nitelik arz etmektedir (IPCC, 2013: 664). Şeklin sol üst tarafındaki kutucukta, modern iklim değişikliğinin ortaya çıktığı zaman ölçeğine uygun biçimde Sanayi Devrimi sonrası iklim zorlayıcıları yer almaktadır. Çok uzun zaman ölçeğinde etkili olabilen astronomik (Güneş’in toplam enerji çıktısı, Milankoviç çevrimleri vb.) ve jeolojik (yerkabuğu hareketleri gibi) iklim zorlayıcıları dışarıda bırakıldığında dahi insan kaynaklı sera gazı emisyonları yanında günümüzde yeryüzü iklimini etkileme potansiyeli bulunan pek çok farklı iklim zorlayıcısı bulunmaktadır.
Modern dönem iklim zorlayıcıları arasında güneş ışınımı ve yanardağ patlamaları doğal iklim zorlayıcıları; insan kaynaklı sera gazları, aerosoller ve arazi kullanımındaki değişimler ise, insan kaynaklı iklim zorlayıcıları olarak kabul edilmektedir (IPCC, 2013: 53,54). Doğal iklim zorlayıcıları, yeryüzü iklimine insan kaynaklı dışsal zorlamanın ötesinde var olan içsel bir değişkenlik kazandırmaktadır. İklim değişikliği ve değişkenliği arasındaki fark açısından bakıldığında, insan kaynaklı zorlamanın doğal iklim değişkenliği içindeki payının ne olduğu önemli bir teknik sorun olarak ortaya çıkmaktadır(IPCC, 1990: 245).
Modelin sağ üst bölümündeki kutucukta, yeryüzü iklimindeki önemli geri besleme mekanizmaları yer almaktadır.
Farklı zaman ölçeklerine sahip fiziksel ve biyolojik süreçlerin rol oynadığı geri besleme döngüleri, iklim zorlayıcılarının neden olduğu ilk etkiyi güçlendirici ya da zayıflatıcı yönde rol oynayabilmektedir. Örneğin; iklim değişikliği biliminde, güçlendirilmiş sera etkisini açıklamak için kullanılan önemli bir kavram da iklim duyarlılığı’dır.
İklim duyarlılığı, atmosferdeki karbondioksit yoğunluğunun Sanayi Devrimi öncesi döneme göre iki katına ulaşması durumunda yeryüzünün ortalama sıcaklığında beklenen yükselme miktarı olarak tanımlanmaktadır. İklim sistemindeki diğer değişimler ve geri besleme döngüleri dışarıda bırakılırsa, iklim duyarlılığının 1,2 oC olduğu hesaplanmaktadır.
Yeryüzü ısı kazanırken iklim sistemindeki diğer bileşenlerin değişmeden kalacağını varsaymak oldukça basit bir varsayımdır. Bu sebeple iklim duyarlılığının hesaplanmasında, iklim sisteminin diğer bileşenlerdeki değişimlerin ve geri besleme döngülerinin de hesaba katılması gerekmektedir. İklim duyarlılığı için kabul edilen ortalama değer 3 oC’dir (Houghton, 2009: 30). Geri besleme döngüleri birbirlerine zıt yönde işleyebildikleri için, iklim sistemindeki nihai sonuçların öngörülmesi bazı zorluklar içermektedir. Örneğin; ışınım yasalarına göre, ısıl dengesinde bir bozulma ortaya çıktığında, yeryüzü, değişen sıcaklığı ile bağlantılı olacak şekilde uzaya daha fazla termal ışınım yayarak tekrar ısıl ve sıcaklık dengesini sağlamalıdır. Ancak, ısı enerjisi kazanan iklim sisteminde hızlanan su döngüsü, atmosferde su buharı ve bulut miktarını arttırmalıdır. Uzun dalga boylu ışınımı soğuran su buharının atmosferde artan miktarı, bir pozitif geri besleme döngüsüne yol açmaktadır. Bununla birlikte, bulut tipine bağlı olarak ortaya çıkan geri bildirim mekanizmaları, bir yandan iklim sistemine giren güneş ışınımının daha büyük bir kısmını uzaya yansıtarak soğumaya (alçak ve kalın bulutlar), diğer yandan yeryüzünden salınan termal ışınımın daha büyük bir kısmını soğurarak (yüksek ve ince bulutlar) ısınmaya katkı yapmaktadır. Ormanlar yerine albedosu yüksek tarım alanlarının; buz tabakaları yerine ise, albedosu düşük okyanus yüzeyinin açığa çıkması, ışınım dengesi bozulan iklim sisteminde farklı yönlerde etkili olan diğer geri besleme mekanizmaları arasında yer almaktadır (IPCC, 2013: 127,128).
Tablo 1’de, yeryüzü iklimindeki değişimleri açıklamak için son ikiyüz yıl içinde farklı bilim insanları tarafından ileri sürülmüş iklim teorilerinin bir listesi yer almaktadır. Buna göre; insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının atmosferin bileşimini değiştirmesi üzerine kurulu olan insan kaynaklı iklim değişikliği teorisi, ileri sürülen teorilerden yalnızca bir tanesidir. Şekil 1’de modellenen iklim sisteminin kompleks yapısı dikkate alındığında, bu kadar çok sayıda teorinin varlığı şaşrtıcı değildir. Bu durum, tüm teorilerin bilimsel açıdan aynı derecede doğru olduğu ya da insan kaynaklı iklim değişikliği teorisinin yanlış olduğu şeklinde yorumlanmamalıdır. İklim değişikliği biliminde, genellikle jeolog Thomas Chrowder Chamberlin’in (1843-1928) formüle ettiği çok sayıda geçerli hipotez yaklaşımı kabul edilmektedir.
Bu yaklaşıma göre; bütün olası hipotezler, eldeki gözlem verilerini açıklayabilme potansiyeline sahip olabilir (Chamberlin, 1965: 754; Farmer ve Cook, 2013: 39). Tablo 1’de yer alan yeryüzü iklimini etkileme potansiyeli bulunan farklı jeolojik, astronomik ve biyokimyasal süreçleri kapsayan teoriler, günümüzde iklim zorlayıcısı kavramı ile ifade edilmekte ve sistem yaklaşımına uygun şekilde bütüncül bir bakış açısı içinde ele alınmaktadır. İklim değişikliği biliminde iklim zorlayıcısı kavramı, doğal değişkenlik seyri içinde bulunan yeryüzü iklimi üzerinde etkide bulunarak iklim sisteminin içsel ve doğal değişkenliğinden daha hızlı ve büyük boyutta değişmesine yol açan faktörleri işaret etmektedir. Modern iklim değişikliği bağlamında ele alındığında iklim zorlayıcıları, doğal (Güneş’ten gelen enerji,
volkanik faaliyetler vb.) ve insan kaynaklı (sera gazı salınımları, ormansızlaştırma, arazi kullanımı vb.) olmak üzere iki ana grup içinde değerlendirilmektedir (IPCC, 2001: 413).
Tablo 1. İklim Değişikliği Teorileri
İklim Değişikliği Teorileri Bilim İnsanları Yeryüzünün yörünge dinamik
parametrelerindeki değişim
Adhémar (1842), Croll (1864, 1875), Drayson (1873), Ekholm (1901), Spitaler (1907), Milankovic (1920, 1930, 1941)
Güneş ışınımındaki değişimler Dubois (1895), Simpson (1930, 1934, 1939-40), Himpel (1937), Hoyle ve Lyttleton (1939)
Ay ve Güneş’in çekim etkileri Petterson (1914) Yerkabuğundaki yükselme ve dağ
oluşum süreçleri
Lyell (1830-1933), Wright (1890), Ramsay (1909-1910, 1924), Brooks (1926, 1949)
Atmosferik dolaşımdaki değişimler Harmer (1901, 1925), Gregory (1908), Hobbs (1926), Flint ve Dorsey (1945)
Okyanus dolanımındaki değişimler Croll (1875), Hull (1897), Chamberlin (1899), Brooks (1925), Lasareff (1929)
Kıta ve okyanusların konumlarındaki değişimler
Czerney (1881), Harmer (1901, 1925), Gregory (1908), Brooks (1926), Willis (1932)
Atmosfer bileşimindeki değişimler Arrhenius (1896), Chamberlin (1897, 1899), Ekholm (1901), Callendar (1938, 1939)
Volkanik patlamalar sonucu açığa çıkan kül ve toz
Humphreys (1913, 1920), Abbot ve Fowle (1913) Kozmik toz teorisi Hoyle ve Lyttleton (1939), Himpel (1947)
Güneş lekeleri teorisi Czerny (1881), Huntington (1915), Huntington ve Visher (1929) Kutup hareketi ve kıta sürüklenme teorisi Kreichgauer (1902), Wegener (1920), Köppen ve Wegener (1924) Kaynak: (Fleming, 1998: 109’dan yararlanılarak düzenlenmiştir.)
Çoklu geçerli hipotez ve sistem yaklaşımına uygun olarak herhangi bir iklim zorlayıcısının yeryüzü iklimi üzerindeki etkisi, katı bir determinizm temelinde ele alınmamalıdır. Yeryüzü iklimi, iklim zorlayıcılarındaki değişimlerin pasif birer alıcısı değil, iklim zorlayıcıları nedeniyle ortaya çıkan ilk etkileri güçlendiren, zayıflatan ya da geciktiren aktif birer aktörü olarak görülmelidir. Başka bir şekilde ifade etmek gerekirse, iklim zorlayıcıları, yeryüzü iklimi üzerinde kolektif bir biçimde etkide bulunarak belirli bir sonucun ortaya çıkmasına katkı yapmaktadır (Rind, 2002: 673). Bu açıdan Tablo 1’de yer alan iklim teorileri tek başlarına ele alındıklarında, tamamının görülmesi mümkün olmayan büyük bir resmin sınırlı bir parçasını temsil etmektedir. Bu noktada insan kaynaklı iklim değişikliği teorisine en uygun tarihi örneklerin seçilerek iklim değişikliği biliminin yalnızca bu yönde ilerleyerek olgunlaştığı iddiasının ihtiyatlı bir şekilde ele alınması gerekmektedir.
Yeryüzü Enerji Dengesi
İklim değişikliği bilimi yazınında Fransız fizikçi Edme Mariotte (1620-1684), ışık ile ısı arasındaki farka ilk dikkat çeken kişi olarak gösterilmektedir. Mariotte, 1681 yılında güneş ışığının cam ve diğer şeffaf materyallerden kolaylıkla geçebildiğini; ancak, ateşten kaynaklanan ısının geçemediğini ifade etmiştir (Fleming, 1998: 64). Mariotte’in işaret etmeye çalıştığı ışık ve ısı arasındaki fark, günümüzde termodinamik ilkelere ve kuantum fiziğine dayalı olarak açıklanmaktadır. Termodinamik açıdan belirli bir sıcaklığa sahip olan her nesne, etrafına farklı dalga boylarında elektromanyetik ışınım ya da ışık yaymaktadır. Işık, tıpkı ısı enerjisi gibi evrende farklı formlarda bulunan enerjinin farklı bir formudur. Gerçek doğası konusunda fizik biliminde var olan tartışmalar (parçacık-dalga ikilemi gibi) bir kenara bırakılırsa; ışık, elektromanyetik dalgalar tarafından iletilmektedir. Bir nesnenin sıcaklığı yükseldikçe, etrafına yaymış olduğu ışınımın dalga boyu kısalmakta; ancak, frekansı yükselmektedir. Buna göre, sıcaklığı yüksek olan Güneş’in yaymış olduğu ışınımın büyük bölümü, frekansı yüksek kısa dalga boyunda (görünür ışık dalga boyunda);
Güneş’e göre sıcaklığı çok daha düşük olan yeryüzünün yaymış olduğu ışınım ise, frekansı düşük uzun dalga boyunda (görünmeyen termal ya da kızıl ötesi dalga boyunda) olmalıdır (Born, 1995: 91-98).
Atmosferin yeryüzünün enerji dengesindeki rolü konusunda örnek gösterilen diğer bir isim, İsviçreli bir jeolog, dağcı ve fizikçi olan Horace-Bénédictde Saussure (1740-1799)’dir. Saussure, 1760’larda yapmış olduğu güneş termometresini kullanarak bazı deneyler gerçekleştirmiştir. Saussure’nin güneş termometresini yapmaktaki amacı, dış çevre koşullarından bağımsız ölçümler gerçekleştirmek ve sıcaklığın yüksekliğe bağlı olarak nasıl değiştiğini anlamak olmuştur. Tasarladığı cihaz dikkate alındığında Saussure’nin, Mariotte’nin ışık ve ısı arasında teorik olarak dikkat
çekmeye çalıştığı ayrımın farkında olduğu kabul edilebilir. Bir güneş termometresi, içi siyaha boyalı mantarla kaplanmış ahşap bir kutudur. Kutunun üst bölümü aralarında boşluk bırakılan iki cam panel ile kapatılmaktadır. İç yüzeyi siyaha boyalı kutuya bir de termometre yerleştirilmektedir. Güneş’e bırakılan ve sıcak kutu olarak da isimlendirilen güneş termometresinin içi, cam panelden geçen güneş ışınları tarafından ısıtılmaktadır. Isınmış hava dışarıya kaçamadığı için, kutu içindeki sıcaklık hızlı bir şekilde yükselmektedir. Saussure’nin tasarlamış olduğu basit düzenek, etkili olan fiziksel süreçler açısından içerisinde yetiştirilen sebze ve meyveleri dışarıdaki hava koşullarından korumak için günümüzde inşa edilen seraları andırmaktadır. Modern bir sera, güneş ışınlarının geçmesine izin verecek şekilde plastik ve cam gibi şeffaf malzemelerden inşa edilirken içindeki ılık havanın dışarıdaki soğuk hava ile karışmaması için sıkı bir şekilde yalıtılmaktadır. Bir tarım serasındaki ile bütünüyle aynı fiziksel süreçler sonucunda oluşmasa da atmosferdeki doğal sera etkisi ile seradaki cam panelin ısı geçişini engellemesi arasında, kavramsal ve fonksiyonel bir benzerlik kurulmaktadır (Archer ve Pierrehumbert, 2011: 5; IPCC, 2007: 103).
İklim bilimciler, atmosferin yeryüzü enerji dengesini sağlamadaki rolüne ilişkin ilk teorik açıklamanın 1824’lerde yapıldığı konusunda birleşmektedir. Genel uzlaşıya göre; Fransız Jean Baptiste Joseph Fourier (1768-1830), bir gezegenin sıcaklığını belirleyen temel faktörlere ve günümüzde sera etkisi olarak nitelenen atmosferik etkiye ilk işaret eden kişidir (Bolin, 2007: 3; Weart, 2008: 205; Houghton, 2009: 23; Archer ve Pierrehumbert, 2011: 3; Farmer ve Cook, 2013: 67). Bununla birlikte, bazı iklim tarihçileri Fourier’in açıklamalarının, ardından gelen yazarlar tarafından bağlamından çıkarılarak kullanıldığı görüşündedirler (Fleming, 1999: 72). Fourier’in sera gazı teorisinin ilk örneği olarak üzerinde en çok durulan çalışmaları, 1824 yılındaki Karasal Küre ve Gezegenler Arası Sıcaklıklar Üzerine Genel Yorumlar (Remarques Générales sur les Températures du Globe Terreste et des Espaces Planétaires) ve bunun büyük ölçüde yeniden basımı olan 1827 yılındaki Karasal Küre ve Gezegenler Arası Uzayın Sıcaklıkları Üzerine (Mémoire sur les Températures du Globe Terrestre et des Espaces Planétaires) isimli makaleleridir. Makalelerin başlıklarında yer alan karasal küre ve gezegenler arası uzay ifadeleri ile gezegenler ve uzay kastedilmektedir. Bir gezegenin yüzeyindeki ısı yoğunluğu ve dağılımının, gezegenin Güneş’ten olan uzaklığına, dönme eksenine, yeryüzü özelliklerine bağlı olduğunu ileri süren Fourier, gezegen yüzeyindeki sıcaklığın ise ölçüm yapılan yer, gezegenin yapısı, büyüklüğü, yüzey özelliklerine ve atmosferin varlığına bağlı olarak değişebileceğini belirtmiştir. Fourier, gezegene ulaşan ve gezegeni terk eden enerji açısından atmosferin oynadığı rolü açıklamak için günümüzde yapıldığı gibi sera benzetmesine başvurmamış; ancak, Güneş’ten yayılan ışık ile güneş ışığı tarafından ısıtılmış bir cisimden yayılan ısı arasında fark olduğunu belirterek Saussure tarafından yapılan güneş termometresine atıfta bulunmuştur (Fourier, 1827 [2011]: 2-12). Yıldızlararası uzay dışarıda bırakılırsa, Fourier’in temas ettiği yeryüzüne ulaşan Güneş enerjisi miktarı, Güneş’in üretmiş olduğu enerji ve Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığı, eksen eğikliği ve atmosferin bileşimi gibi faktörler, günümüzde de yeryüzündeki iklim koşullarını belirleyen temel etmenler olarak kabul edilmekte ve iklim değişikliği literatüründe iklim zorlayıcıları olarak isimlendirilmektedir (IPCC, 2007: 96,97).
Atmosferin doğal sera etkisi, atmosferde bulunan bazı gazların Güneş’ten gelen ışığa karşı daha geçirgen; ancak, Güneş ışığı ile ısınan yeryüzünden salınan ısıya karşı daha az geçirgen olması nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Atmosferin kimyasal bileşiminin doğal bir sonucu olarak ortaya çıkan bu süreç, bir gezegen olarak yeryüzünün enerji ya da ısıl dengesini sağlayarak yeryüzündeki ortalama sıcaklıkları belirlemektedir. Fourier’in zamanında gerekli veri ve denklemlerin yokluğu nedeniyle niceliksel olarak hesaplanması mümkün olmayan doğal sera etkisi, yeryüzünün ortalama sıcaklıklığının bu etkinin bulunmadığı bir duruma kıyasla 30 oC daha yüksek olmasını sağlamaktadır (Farmer ve Cook, 2013: 67). Fourier’in gezegenlerin sıcaklıklarına ilişkin ortaya koyduğu ilkelerin sonuçlarını, yeryüzünün iki yakın komşusu olan Venüs ve Mars’ta da gözlemlemek mümkündür. Venüs ve Mars, yüzeylerinde hâkim olan şartlar itibarıyla Dünya’dan iki uç noktada yer almaktadır. Atmosferinin neredeyse tamamı karbondioksitten oluşan Venüs, kontrolden çıkmış sera gazı etkisi nedeniyle 500 oC’ye yaklaşan ortalama yüzey sıcaklığı ile adeta kaynayan bir gezegendir. Atmosferinin neredeyse tümünü kaybetmiş Mars’taki ortalama yüzey sıcaklığı ise, doğal sera etkisinin zayıflığı sebebiyle eksi 53 oC dolaylarındadır (Houghton, 2009: 27).
Fransız bilim adamı Claude Servais Mathias Pouillet (1790-1868), Fourier’in düşüncelerini bir adım ileriye götüren isim olarak gösterilmektedir (IPCC, 2007: 103). Pouillet, 1838 yılında yayımlanan ve 1846 yılında İngilizce’ye çevrilen Güneş Isısı, Atmosferik Havanın Işınım ve Soğurma Gücü ve Uzayın Sıcaklığı Üzerine Bir Anlatı (Memoir on the Solar Heat, on the Radiating and Absorbing Powers of the Atmospheric Air, and on the Temperature of Space) isimli çalışmasında, atmosfere benzer bir ısı geçirici örtü ile kaplanmış bir cismin sıcaklık dengesini belirleyen koşulları açıklamaya çalışmıştır. Güneş’in toplam ışınımını ölçmek için deneyler yapan Pouillet, yeryüzü atmosferinin, güneş ışığı, uzaydan gelen ısı, yeryüzeyi ve denizlerden yansıyan ısı karşısındaki soğurma ve emilim davranışlarının birbirlerinden farklı olduğunu ileri sürmüştür (Pouillet, 1846: 44,45,68). Pouillet’in ifadelerinden de anlaşılacağı gibi, ondokuzuncu yüzyılda atmosferin enerjinin değişik formları olan ısı ve ışık karşısındaki geçirgenliğindeki farklılık
nedeniyle yeryüzü sıcaklıkları üzerindeki etkisi tahmin edilebiliyor olsa da atmosferde yeryüzünden yansıyan ısının soğurulmasına neden olan faktörün tam olarak ne olduğu hâlâ bilinmemektedir.
Doğal Sera Etkisi ve Sera Gazları
Yeryüzünün ortalama sıcaklığını belirleyen atmosferin doğal sera etkisi ve yeryüzü sisteminin albedosu, Pouillet’in dikkat çektiği gibi, farklı özelliklere sahip yüzeylerin ışık ve ısı karşısındaki farklı davranışları ile bağlantılıdır. Bir cismin, üzerine düşen elektromanyetik ışınımın ne kadarını yansıtacağı, cismin yansıtma oranı yani albedosu olarak tanımlanmaktadır. Yeryüzünün ortalama albedo oranı, yaklaşık %30 olarak hesaplanmaktadır. Kalın bulut oluşumları ve yeni yağmış karın albedosu %80’lere kadar çıkarken, deniz ve okyanusların albedosu %7 ve %14 arasında değişmektedir (Smil, 2003: 103). Modern enerji denge modelleri ve ölçümler, atmosferin üst tabakasından yeryüzü sistemine giren güneş ışınım miktarının ortalama olarak 342 W/m2 olduğunu göstermektedir. Bu ışık akımının yaklaşık 107 W/m2 kadarı atmosfer ve yer yüzeyinde bulunan albedosu yüksek olan açık renkli yüzeyler tarafından uzaya geri yansıtılırken geri kalan 235 W/m2 büyüklüğündeki enerji, yüzey tarafından soğurulmaktadır (Kiehl ve Trenberth, 1997:
206).
İklim değişikliği bilimi yazınında, atmosferdeki doğal sera etkisine neyin sebep olduğu sorusunun cevabının İrlandalı bilim adamı John Tyndall (1820-1893) tarafından verildiği kabul edilmektedir (Fleming, 1998: 66; Bolin; 2007: 3;
Houghton, 2009: 23; Archer ve Pierrehumbert, 2011: 21). Tyndall, gazların enerji soğurma ve yansıtma özelliklerini araştırmak için 1859 yılında deneyler yapmaya başlamış ve deneylerinde kullanmak için spektrometer adı verilen özel bir düzenek hazırlamıştır (Fleming, 1998: 66,67). Tyndall, deneylerinde su buharı, karbondioksit, ozon ve hidrokarbon gibi moleküler özellikleri farklı olan gazların üzerlerine düşen enerjiyi soğurma ve kendisinin ışınımsal ısı adını verdiği uzun dalga boyuna sahip enerjiyi yayma özelliklerini ölçmeye çalışmıştır. Tydall’ın araştırmaları, günümüzde sera gazı etkisini açıklamak için kullanılan sürece oldukça uygundur. İlk önce soğuk gazın kırmızı ötesi ışınımı soğurma kabiliyetini ölçen Tyndall, aynı ölçümü gazı ısıttıktan sonra da tekrarlamıştır (Archer ve Pierrehumbert, 2011: 21).
Atmosferdeki su buharı ve karbondioksitin yeryüzünden yayılan ışınım üzerindeki etkisine dikkat çeken Tyndall, bu gazların atmosferik miktarlarındaki değişimlerin, jeologlarının çözmeye çalıştıkları geçmiş iklim değişikliklerinin nedeni olabileceğini ileri sürmüştür. Son olarak Tyndall, yaşadığı dönemde atom teorisi tam olarak geliştirilmemiş olmasına rağmen, oksijen (O2) azot (N2)ve hidrojen (H2)gibi iki atomdan oluşan basit gazların kardondioksit (CO2) ve su buharı (H2O) gibi ikiden fazla atomdan oluşan bileşik gazlara göre ısıyı soğurma kapasitesinin çok daha düşük olduğunu ifade etmiştir (Tyndall, 1861: 276-283).
Modern kuantum fiziği ve spektroskopik (ışınım tayfı) ölçümler, Tyndall’ın temas etmeye çalıştığı noktaların günümüzde büyük ölçüde doğru olduğunu göstermektedir. Örneğin; atmosferde sera etkisinin ortaya çıkmasına yol açan fiziksel süreç, gaz moleküllerinin uzun dalga boylu ışınımı soğurmalarıdır. Gaz moleküllerinin üzerlerine gelen ışınım ile etkileşime girmelerinin temel sebebi, gaz moleküllerinin titreşim frekansı (ya da dalga boyu) ile ışınımın sahip olduğu frekans (ya da dalga boyu) arasındaki uyumdur. Argon, (Ar), Oksijen (O2) ve azot (N2) gibi yalnızca tek ya da iki atomdan oluşan simetrik moleküllerin titreşimi esnasında oluşan elektrik alanı birbirlerini iptal ettiği için, molekülün atomları diğerinden daha güçlü bir şekilde elektronu kendine çekemez. Bu yüzden tek atomlu ya da aynı tip atomdan oluşan iki atomlu gaz moleküllerinin sera gazı etkisi bulunmamaktadır. Buna karşın, karbondioksit (CO2) su buharı (H2O), metan (CH4) ve diazotoksit (N2O), ozon (O3) ve halokarbonlar (CFC ve HCFC) gibi ikiden fazla atomdan meydana gelen kompleks yapıdaki gaz molekülleri, termal ışınım ile etkileşime girdikleri zaman bir yay gibi farklı biçimlerde titreşerek, kendi etraflarında dönerek ya da diğer gaz molekülleriyle çarpışarak soğurdukları ısıyı her yöne doğru yaymaktadır (Archer, 2012: 31-34).
Buzul Çağları ve Geçmiş İklim Değişimleri
Atmosferin yeryüzü enerji dengesi ve iklim üzerinde oynayabileceği role ilişkin çalışmaların yanında iklim bilmecesinin başka bir parçası için İsviçre Alpler’i işaret edilmektedir. İsviçre’de Val de Bagnes buzulunda 1818 yılında yaşanan doğal bir felâket ile başlayan olaylar zinciri, 1837 yılında İsviçreli doğa bilimcisi Louis Agassiz’nin (1807-1873), buzul çağları teorisini ileri sürmesi ile neticelenmiştir. Jean Pierre Perraudin (1867-1858), Jean de Charpentier (1786-1855), Ignatz Venetz (1788-1859) ve Karl Schimper (1803-1867), Agassiz’nin teorisine katkı yapan diğer önemli isimlerdir. Agassiz ve arkadaşlarının iddialarının kanıtı, temel olarak buzulların yeryüzünde bıraktığı izler üzerine kuruludur. Teknik olarak belirli bir kalınlığa ulaşan buzul, kendi ağırlığı sebebiyle bir nehir gibi aşağı doğru hareket etmekte ve altındaki kayaları yerinden sökerek önündeki materyalleri sürüklemektedir. Bu sebeple buzulların ağırlığı ile oluşmuş derin ve geniş vadiler, bölgeye başka bir yerden getirildiği fikri uyandıran çevresindeki kayalardan oldukça farklı, tuhaf ve köşeli dev kayalar, yer yüzeyi üzerinde oluşmuş çizik ya da yarıklar, buzulların hareketi nedeniyle biriken artıkların meydana getirdiği tepecikler ve sert yüzeyler tarafından sürüklenmeleri dolayısıyla üzerleri
çizilmiş ya da cilalanmış kaya parçaları, jeologların dikkatini çekmiştir. Aynı jeolojik belirtilere Kıta Avrupası, İskoçya ve Kuzey Amerika gibi buzulların artık bulunmadığı yerlerde de rastlanmıştır. Teorisini oluştururken yalnız yer yüzeyinde görülen işaretlerden değil, toplamış olduğu fosil örneklerinden de yararlanan Agassiz, her jeolojik zamanda görülen istikrarlı iklim koşullarının, ardından gelen çok soğuk bir dönem tarafından kesildiğini iddia etmiştir. Agassiz, Sibirya’daki mamutları canlı olarak gömen, İsviçre Alpleri’ni de aşarak Akdeniz ve Atlantik Okyanus’una kadar uzanan, Kuzey Amerika’nın tümünü kaplayan buz tabakalarından bahsetmektedir (MacDougall, 2006: 61-77).
Grafik 1. İklim Arşivleri Kullanılarak Hesaplanan 65 Milyon Yıllık Sıcaklıklar
Not: Plio: Pliosen
Kaynak: (Zachos vd., 2008’den yararlanılarak düzenlenmiştir.)
Agassiz ile aynı dönemde yaşamış olan ünlü İngiliz jeolog Charles Lyell (1791-1875), savunmuş olduğu bir örneklilik ilkesiyle de uyumlu olacak şekilde, coğrafi ve jeolojik koşullar tarafından belirlenen iklim düşüncesini ileri sürmüştür.
Jeolojideki bir örneklilik ilkesine göre, jeolojik devirler boyunca yeryüzünü şekillendiren kuvvet ve olaylar aynı olmalıdır. Lyell’e göre; tarih nasıl insan ürünü olan masal ve mitlerden ayrıldıysa, jeoloji de evren ya da yeryüzünün kökeni konusunda getirilen gözlem ya da bilimsel yasalar ile desteklenmeyen kozmolojik açıklamalardan ayrılmalıdır.
Yeryüzünün jeolojik geçmişi, yeryüzünde günümüzde de gözlemlenen kıta tektoniği, dağ oluşumu, yanardağlar, gel- git, erozyon, aşınma ve çökelti gibi kuvvet ve süreçlere başvurarak açıklanmalıdır. Lyell, 1830 yılında ilk basımı yayımlanan Jeolojinin İlkeleri (Principles of Geology) isimli kitabında, yeryüzünün yaratıldığı zamandaki durumu üzerine şüpheli ve belirsiz varsayımlar yerine, okyanus ve karaların yeryüzündeki dağılımı, okyanus akıntıları, rüzgârlar ve fiziksel coğrafyadaki değişimlerin iklim üzerindeki belirleyici etkilerine yoğunlaşılması gerektiğini savunmuştur (Lyell, 1830: 2,4,104,105).
Grafik 1’de okyanus tabanındaki birikimlerden yola çıkılarak hesaplanmış son 65 milyon yıla ait okyanus suyu sıcaklıkları yer almaktadır. Grafikteki veriler, Agassiz’in buzul çağı teorisi ve Lyell’in jeolojik açıklamalarına benzer şekilde yeryüzü ikliminin soğuk ve sıcak periyotlar arasında bir dalgalanma geçirdiğine işaret etmektedir. Bunun yanı sıra, günümüzden yaklaşık 55 milyon yıl önceki Paleosen-Eosen Termal Maksimumu iklim olayında, 1000 ppm (parts per million- milyonda bir partikül)’e ulaştığı tahmin edilen atmosferik karbondioksit yoğunluğu ile 6 cC ila 7 cC’lik sıcaklık artışı arasındaki ilişki, günümüzde yaşanan küresel ısınma ve iklim değişikliği süreci ile bazı benzerlikler sunmaktadır (IPCC, 2013: 399). Grafiğin üst bölümünde yer alan ve paleoiklim verilerine dayalı olarak oluşturulan buz tabakalarının genişliklerine dair yapılan tahminler, Agassiz’in iddia ettiği gibi yeryüzünün bir zamanlar dev buz tabakaları ile kaplı olduğu tezini desteklemektedir. Bununla birlikte, Agassiz’in buzul çağı teorisi, düzenli aralıklarla
ortaya çıkan buzullaşma ve buzul arası dönemlerden çok, geçmişte meydana gelen tek bir buzul çağı fikri üzerine kuruludur.
Milankoviç Çevrimleri ve Yeryüzü İklimi
Fransız matematikçi Joseph Alphonse Adhémar (1797-1862), yeryüzünün dönme eksenindeki yalpalamaya bağlı olarak iklimin değişebileceğini ileri sürmüştür. Agassiz ve Charpentier’in buzul teorileri, ünlü astronom William Herschell’in (1738-1822) astronomi yazıları ve Lyell’in jeolojik düşüncelerinden de haberdar olan Adhémar, yeryüzünün dönme ekseninin doğrultusu dolayısıyla güney yarımkürenin kuzey yarımküreye göre, güneş aldığı günlerin daha az olduğunu iddia etmiştir. Bu dengesiz dağılım nedeniyle güney yarımkürenin giderek daha çok soğuması gerektiğini iddia eden Adhémar, düşüncesinin kanıtı olarak da Antarktika’yı göstermiştir. Adhémar, dönme eksenindeki dalgalanma nedeniyle aynı durumun geçmişte kuzey yarımkürede de yaşanmış olması gerektiğini iddia etmiştir (Krüger, 2013: 399-404).
Şekil 2. Milankoviç Çevrimleri
Kaynak: (Ackerman ve Knox, 2015: 466’dan yararlanılarak düzenlenmiştir.)
İskoçyalı bilim adamı James Croll (1821-1890), 1864 yılındaki Jeolojik Devirlerdeki İklim Değişikliğinin Fiziksel Nedenleri Üzerine (On the Physical Cause of the Change of Climate during Geological Epochs) isimli makalesinde yeryüzünün iç ısısı, kara ve denizlerin dağılımındaki değişmeler, Dünya’nın uzayın soğuk ve sıcak bölgelerinden geçmesi gibi açıklamalara katılmayarak geçmiş dönemde yaşanmış iklim değişikliklerinin başlıca nedeninin Dünya’nın Güneş karşısındaki pozisyonundaki değişme olduğunu ileri sürmektedir. Bir jeolog olan Lyell’in iklimi, jeolojik ve coğrafi faktörler ile açıklama girişiminin aksine, Croll’un iklim teorisi astronomi kökenlidir. Croll’a göre;
geçmiş dönemde yaşanmış iklim değişikliklerinin başlıca nedeni, Dünya’nın Güneş karşısındaki pozisyonundaki değişmedir. Croll’un astronomik iklim teorisi, Adhemar’ın dönme eksenindeki yalpalamaya ek olarak, Dünya’nın Güneş’e olan uzaklığını değiştiren dönüş yörüngesindeki dış merkezliliği de içermektedir. Öncelikle Dünya’nın dönüş yörüngesinin daire ve elips arasında gidip gelmesine odaklanan Croll, Dünya ve Güneş arasındaki uzaklığı belirleyen bu sürecin, güneşten yeryüzüne yıl boyunca ulaşan ortalama enerji miktarı ve yaz ile kış sıcaklıkları arasındaki farkı arttıracağını ileri sürmüştür (Croll, 1864: 121-130).
Sırp astronom ve mühendis Milutin Milankovitch (1879-1958), Croll’u takip ederek geçmiş iklim değişikliklerine ilişkin gizemin, yeryüzüne ulaşan güneş enerjisi miktarını ve dağılımını belirleyen yörünge parametrelerinde yattığını ileri sürmüştür. Buzul çağlarına yol açan genel ilkelerin bulunması gerektiğine inanan Milankovitch, 1912 yılından başlayarak konu üzerine bir dizi makale yayımlamıştır (MacDougall, 2006: 182). Yaptığı çalışmaları bir araya toplayan, 1941 yılında Almanca olarak yayımlanan ve sonrasında İngilizceye’ye çevrilen Milankovitch’in kitabının adı Güneşlenme Yasası ve Buzul Çağı Problemi (Canon of Insolation ve Ice Age Problem)’dir. Şekil 2’de, Milankovitch Çevrimleri olarak bilinen bu yörünge parametreleri [(a) dış merkezlilik, (b) eğiklik ve (c) yalpalama]
görülmektedir. İklim sistemine giren toplam enerji miktarı ve sistemdeki enerjinin uzaysal ve zamansal dağılımını
etkileyen bu astronomik parametreler, yeryüzü ikliminde meydana gelen doğal değişimlerin arkasında yatan en önemli faktörler arasında sayılmaktadır (Vallis, 2012: 1,2).
Grafik 2. Yeryüzünde Sekizyüzbin Yıl Geçmişe Uzanan Ortalama Sıcaklık ve Karbondioksit Yoğunluğu Verileri
Kaynak: (Jouzel vd., 2007; Luthi vd., 2008’den yararlanılarak düzenlenmiştir.)
Günümüzden sekizyüzbin yıl geçmişe uzanan sıcaklık ve karbondioksit yoğunluğunun yer aldığı Grafik 2, Milankoviç Çevrimleri’nin yeryüzü iklimi üzerindeki etkilerini gözler önüne sermektedir. Buna göre, yeryüzünün son ikimilyon yılını kapsayan Pleistosen zaman bölümünde sıcaklık dalgalanmaları daha belirgin ve düzenli hale gelmiştir.
Pleistosen’in özellikle son beş yüz bin yılında düzenli periyotlarla yaşanan bu periyodik dalgalanmaları tetikleyen temel mekanizmanın Milankovitch Çevrimleri ile bağlantılı olduğu kabul edilmektedir (MacDougall, 2006: 61-77,182;
Croll, 1864: 121-130; Imbrie ve Imbrie, 1980: 943). Diğer yandan atmosferdeki karbondioksit yoğunluğu ile sıcaklıkların birbirleri ile aynı yönde hareket etmesi, Pleistosen iklim değişimlerinde karbondioksitin önemli bir rol oynadığına da işaret etmektedir. Grafik 2’de görüldüğü gibi sekizyüzbin yıl içinde atmosferdeki karbondioksit yoğunluğu 180 ppm ila 300 ppm arasında dalgalanmaktadır. Bu değerler, günümüzde ölçülen karbondioksit yoğunluğu değerlerinin (Mart 2020 itibarıyla 414 ppm) oldukça altındadır. Bununla birlikte, yaklaşık yüzbin yıllık periyotlarla tekrarlanan Pleistosen iklim değişimleri sırasında, atmosferdeki karbondioksit yoğunluğundaki maksimum dalgalanma 120 ppm dolaylarındadır. Sanayi Devrimi öncesi dönemde 280 ppm düzeylerinde olan karbondioksit yoğunluğu değerinde, ikiyüz yıl gibi kısa bir süre içinde 120 ppm’den daha fazla bir yükselme ortaya çıkmıştır.Pleistosen zaman bölümünde meydana gelen sıcaklık dalgalanmaları ile karşılaştırıldığında yirminci yüzyılda ölçülen sıcaklık artışı değerleri, yaklaşık on kat daha hızlı bir değişimin yaşandığını göstermektedir.
Atmosferik karbondioksit miktarındaki değişimi, sıcaklık dalgalanmalarının tek nedeni olarak ileri sürmek doğru olmasa da aradaki bağlantıyı başka bir açıdan değerlendirmek mümkündür. Buna göre, Pleistosen zaman bölümü boyunca atmosferdeki karbondioksit yoğunluğunun yüksek olduğu hiçbir dönemde sıcaklıklar düşük; karbondioksit yoğunluğunun düşük olduğu hiçbir dönemde ise, sıcaklıklar yüksek olmamıştır.Grafiğin en sağ bölümünde görüldüğü gibi; jeolojik zaman sınıflandırmasına göre içinde bulunulan Holosen zaman bölümü, yeryüzü iklim geçmişinde oldukça kısa sayılabilecek bir dönemi temsil etmektedir. Holosen öncesi dönemde Pleistosen zaman bölümünde, 8 oC ila 10 oC’ye kadar yükselebilen sıcaklık dalgalanmaları, son onikibin yıl içinde azalarak Holosen zaman bölümünde 2
oC’nin altına inmiştir.
150 170 190 210 230 250 270 290 310
0 100000
200000 300000
400000 500000
600000 700000
800000
-12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8
Yıl Önce
CO2Yoğunluğu (ppm) Sıcaklık oC
Sıcaklık CO2 Yoğunluğu Minimum CO2 Maksimum CO2
Maksimum CO2Yoğunluğu 298,6 ppm
Minimum CO2Yoğunluğu 177,6 ppm
Holosen İklim Kararlılığı
Grafik 3. Son Buzul Çağı ve Holosen İklim Kararlılığı
Kaynak: (Petit vd., 2000; Alley, 2004’ten yararlanılarak düzenlenmiştir.)
Holosen, ilginç bir şekilde medeniyet tarihinde Neolitik Tarım Devrimi’ne denk gelmektedir. Grafik 3’te Grönland ve Antarktika’dan alınan buz örneklerine dayalı olarak oluşturulmuş Holosen dönemi sıcaklıkları daha yakından görülmektedir. Neredeyse yirmibin yıl boyunca hüküm süren son buzul çağına göre sıcaklıkların göreli olarak yüksek ve istikrarlı seyretmesi dolayısıyla Holosen, bazı iklim tarihçileri tarafından uzun yaz olarak nitelendirilmektedir (Fagan, 2004: 23). Avcı ve toplayıcı yaşam biçiminden yerleşik hayata geçen toplulukların görülmeye başlandığı bu dönemde, yabani bitki ve hayvanların ehlileştirilmesi ile tarımsal üretim sürekli hale gelmiş; yerleşik yaşam ve sürekli tarımın ortaya çıkışı daha çok kişinin beslenmesini mümkün kılan besin fazlası elde edilmesine olanak sağlamıştır (Gupta, 2004: 54). Paleoiklim verileri, yeryüzü ikliminin bir durumdan başka bir duruma jeolojik zaman ölçeğinde oldukça ani sayılabilecek bir hızda geçiş yapabildiğini göstermektedir. Bununla birlikte ortaya çıkan sıcaklık değişimleri, modern iklim değişikliği süreci ile karşılaştırıldığında oldukça yavaş bir şekilde (yüzyılda 0,1 oC) gerçekleşmiştir. Örneğin; son buzullaşma döneminden çıkışta, ortalama sıcaklık artışı bin yılda 0,3 oC ila 0,8 oC dolaylarındadır (IPCC, 2013: 385). Günümüzde yeryüzü ortalama sıcaklıklarındaki artış ise, 2017 yılında Sanayi Devrimi öncesi döneme göre 1 oC’ye (0,8 oC ila 1,2 oC) ulaşmıştır. Sıcaklık artışının onyılda 0,2 oC (0,1 oC ila 0,3 oC) olduğu tahmin edilmektedir (IPCC, 2018: 51).
Karbondioksit ve Güçlendirilmiş Sera Etkisi
Buzul çağlarının gizemini çözmek için yola çıkan İsveçli bilim adamı Svante Arrhenius (1859-1927), Fourier’in sera etkisine ilişkin teorik açıklamaları ve Tyndall’ın laboratuvar ortamında kanıtladığı güçlendirilmiş sera etkisinin sonuçlarını, kurmuş olduğu basit iklim modeli ve yapmış olduğu hesaplamalar yoluyla öngörmeye çalışmıştır.
Atmosfer bileşiminin yeryüzü iklimindeki belirleyici rolünü öne çıkarması ve özellikle karbondioksit üzerine yoğunlaşması sebebiyle Arrhenius’un 1896 yılında yayımlanan Havadaki Karbonik Asitin Yeryüzündeki Sıcaklıklar Üzerindeki Etkisi (On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground) isimli çalışması, modern küresel ısınma teorisinin temeli olarak değerlendirilmektedir (Archer ve Pierrehumbert, 2011: 45).
Arrhenius, atmosferdeki karbondioksit oranındaki değişimlerin buz tabakalarının genişlemesi ve çekilmesine yol açan iklim değişikliklerinde kilit rolü oynayabileceğini ileri sürmüştür. Arrhenius’un atmosferdeki karbondioksit miktarındaki değişimlerin yeryüzündeki sıcaklıklar üzerindeki etkisini bulmak için yapmış olduğu hesaplamalar, modern iklim duyarlılığı kavramının da temelini oluşturmaktadır. Arrhenius, çalışmaları sonucunda, atmosferdeki karbondioksit yoğunluğunun iki katına çıkması halinde yeryüzünde 6 oC’lik bir sıcaklık artışının meydana
-60 -50 -40 -30 -20 -10 0
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6
0 5000
10000 15000
20000
Grönland Sıcaklık oC Antarktika Sıcaklık DeğişimioC
Antarktika Sıcaklık Değişimi Grönland Sıcaklık
Pleistosen Holosen
Son Buzul Maksimumu
Holosen İklim Kararlılığı
gelebileceğini ifade etmiştir (Arrhenius, 1896: 266). İklim değişikliği biliminde kullanılan modern iklim duyarlılığı kavramı Arrhenius’tan biraz farklı olsa da HİDP’nin 2013 yılında yayımlamış olduğu değerlendirme raporuna göre, iklim duyarlılığı %66 olasılıkla 1,5 oC ila 4,5 oC arasındadır. İklim duyarlılığı, %0 ila %5 olasılıkla 1 oC’den küçük,
%0 ila %10 olasılıkla 6 oC’den daha yüksek olarak hesaplanmaktadır (IPCC, 2013: 16).
1938 yılında İngiliz mühendis Guy Stewart Callendar (188-1964), Arrhenius’a benzer şekilde insan kaynaklı karbondioksit nedeniyle ortaya çıkabilecek sıcaklık artışını tespit etmeye çalışmıştır. Callendar’ın 1938 yılında yayımladığı çalışmasının ismi dahi günümüzde insan kaynaklı iklim değişikliği sorununun tümüyle yeni bir teori gibi algılanmasının ne derece yanlış olduğunu kanıtlayan tarihi bir belge niteliğindedir: Yapay Olarak Karbodioksit Üretimi ve Bunun Sıcaklık Üzerindeki Etkisi (The Artificial Production of Carbondioxide ve Its Influence on Temperature).
Sıcaklıklar ile ilgili analizlerinde büyük ölçüde Smithsonian Enstitüsü tarafından yayımlanan Dünya Hava Kayıtları isimli eserden yararlanan Callendar, inceleyebildiği toplam sıcaklık kaydı sayısının ikiyüze yakın olduğunu ifade etmektedir. 1930 yılı öncesindeki yarım yüzyıl içinde 150 milyar ton karbondioksitin atmosfere salındığını belirten Callendar, bunun yaklaşık olarak dörtte üçünün atmosferde kaldığını ifade etmiştir. Oldukça sınırlı sayıda gözlem istasyonundan elde etmiş olduğu altmışbeş yıllık tarihi sıcaklık verilerini inceleyen Callendar, yaşadığı dönemde yeryüzündeki sıcaklıkların yılda ortalama 0,005 oC yükseldiği sonucuna varmıştır (Callendar, 1938: 223).
Grafik 4. Atmosferdeki Karbondioksit Yoğunluğu ve Yüzey Sıcaklıkları Arasındaki İlişki
Kaynak: (Rubino vd., 2018; GISTEMP Team, 2020; Keeling vd., 2001; Tans ve Keeling, 2019’dan yararlanılarak düzenlenmiştir.)
Callendar’ın açıklamaya çalıştığı etki, günümüzde güçlendirilmiş sera etkisi olarak tanımlanmaktadır. Daha önce de belirtildiği gibi, güçlendirilmiş sera etkisine yol açan gazlar karbondioksit ile sınırlı değildir. Su buharı (H2O), karbondioksit (CO2), ozon (O3), metan (CH4) ve diazotoksit (N2O) atmosferde sera etkisinin oluşmasına yol açan doğal sera gazları iken halokarbon sınıfı gazlar endüstriyel faaliyetler sonucu üretilerek atmosfere bırakılmaktadır. 1750 yılından sonraki dönem referans alındığında, en önemli sera gazları olan karbondioksit, metan ve diazotoksitin atmosfer yoğunlukları sırasıyla %40 (280 ppm’den 400 ppm’in üzerine), %150 (800 ppb’den 1850 ppb’nin üzerine) ve %20 (270 ppb’den 330 ppb’nin üzerine) oranında yükselmiştir. Güçlendirilmiş sera etkisi açısından en önemli sera gazının karbondioksit olduğunu söylemek mümkündür. İnsan kaynaklı sera gazı salımlarının yaklaşık olarak %70’i enerji sisteminin temelini teşkil eden fosil yakıtlar nedeniyle ortaya çıkmaktadır. Enerji sistemi kaynaklı emisyonların ise, %90’nını karbondioksit oluşturmaktadır. Güçlendirilmiş sera etkisi sebebiyle 1750-2011 yılları arasında metrekare başına ortalama olarak 2,29 Watt’lık bir ısıtma etkisinin ortaya çıktığı tahmin edilmektedir. Bu miktarın 1,68 W’lık bölümünün karbondioksit sebebiyle oluştuğu hesaplanmaktadır (IPCC, 2013: 1408,1409).
1880 1890
1900
1910 1920
1930 1940
1950
1960 1970
1980
1990 2000
2010 2011201220132014
2015 2016
20172018
-0,6 -0,4 -0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
280 300 320 340 360 380 400 420
Sıcaklık Anomali (oC)
Karbondioksit Yoğunluğu (ppm)
İklim değişikliği biliminde yapılan gözlem, ölçüm ve modellerin, Callendar’ın dikkat çekmeye çalıştığı güçlendirilmiş sera etkisi ile sıcaklıklar arasında ilişkiyi büyük ölçüde teyit ettiği kabul edilmektedir. Grafik 4’te atmosferdeki karbondioksit yoğunluğu ile küresel sıcaklık anomalileri arasındaki korelasyon görülmektedir. İklim sisteminin karmaşıklığı dikkate alındığında, çok net ve doğrusal neden sonuç ilişkileri kurulması doğru olmasa da Grafik 4, Callendar’ın savını doğrular veriler içermektedir. Grafiğin yatay ekseninde paleoiklim verileri ve doğrudan ölçümlere dayalı olarak oluşturulmuş atmosferdeki karbondioksit yoğunluğu bulunmaktadır. Dikey eksende ise, 1951-1980 yılları arasındaki ortalama sıcaklıklara göre hesaplanmış küresel sıcaklık anomalileri yer almaktadır. Görüldüğü gibi, atmosferik karbondioksitteki yükselişe paralel olarak, en sıcakları 2010 yılından sonrakiler olmak üzere, yeryüzündeki ortalama sıcaklıklar yirminci yüzyılın ikinci yarısında istikrarlı bir artış göstermiştir. Sıcaklık ölçümlerinin yapıldığı ondokuzuncu yüzyılın ikinci yarısından sonraki dönem baz alındığında 2015, 2016, 2017 ve 2018 yılları en sıcak yıllar olarak öne çıkmaktadır. 2016 yılı, Sanayi Devrimi öncesi döneme (1850-1900 yılları arası) göre 1,2 oC ile en yüksek sıcaklık artışının hesaplandığı yıl olurken sıcaklık artışının 2015 ve 2017 yıllarında 1,1 oC; 2018 yılında ise, 1 oC olduğu tespit edilmiştir (WMO, 2020).
Karbondioksitin yeryüzü iklimi açısından oynadığı temel rol üzerinde duran Arrhenius ve Callendar, geleceğe dönük öngörülerde de bulunmuşlardır. Örneğin; Arrhenius, dünyadaki yıllık kömür üretiminin yaklaşık olarak 500 milyon ton olduğundan yola çıkarak endüstriyel faaliyetler sonucu atmosfere bırakılan karbondioksitin doğal karbon döngüsü (özellikle kireçtaşı oluşum ve silikat döngüsünü içeren aşınma ve ayrışma yoluyla) yoluyla atmosferden çekilerek dengelendiğini belirtmiştir (Arrhenius, 1896: 270). Arrhenius’un verilerinden yola çıkılırsa, insan kaynaklı karbondioksit emisyonlarının yeryüzü iklimini etkileyebilecek düzeye ulaşması için çok uzun bir zaman gerekmektedir. Benzer şekilde Callendar, atmosferdeki karbondioksit yoğunluğunun ancak yirmiikinci yüzyılda 360 ppm’e yükseleceği öngörüsünde bulunmuş; sonuçta ortaya çıkacak toplam sıcaklık artışının ise, 0,57 oC dolaylarında olacağını hesaplamıştır (Callendar, 1938: 232). Ayrıca, Arrhenius ve Callendar, ısınma sürecinin ölümcül buzulların geri dönüşünü engelleyeceğini ve tarımsal üretimi arttıran daha uygun iklim koşullarına yol açacağını düşünmüşlerdir (Arrhenius, 1908: 63; Callendar, 1938: 236). Beşyüz milyon ton kömürün yakılması, yaklaşık olarak 1,4 milyar karbondioksit emisyonu açığa çıkarmaktadır. 2018 yılı sonunda yalnızca fosil yakıt kaynaklı yıllık karbondioksit emisyon miktarı 34 milyar tona ulaşmıştır (BP, 2020: 57). Atmosferdeki karbondioksit yoğunluğunun 2018 yılı sonunda 410 ppm’e, sanayi öncesi döneme göre sıcaklık artışının ise 1,2 oC’ye ulaştığı göz önünde bulundurulduğunda, insan kaynaklı iklim değişikliğinin iki bilim adamının tahminlerini aşan bir hızda ilerlediği görülmektedir (Tans ve Keeling, 2019; IPCC, 2018: 51).
İkinci Dünya Savaşı’nın ardından başlayan bilgisayar çağının ilk iklim bilimcileri arasında yer alan Gilbert Norman Plass (1920-2004) tarafından 1956 yılından itibaren yayımlanmış olan çalışmalar, yaklaşık bir asırdır süren iklim değişiklikleri gizemindeki ibrenin karbondioksite doğru dönmesini sağlamıştır. Plass, 1956 yılında yayımlanan İklim Değişikliğinin Karbondioksit Teorisi (The Carbondioxide Theory of Climate Change)! isimli! çalışmasında, buz tabakalarının ilerleyerek geri çekilmesi, buzulların oluşumu esnasında yağışta görülen artış ve sıcaklık düşüşü, dağ oluşum süreçleri ve buzulların oluşumu, karbonifer zamandaki kömür rezervlerinin oluşumu ve 1890 yılından sonra kuzey ve güney yarımkürelerde görülen ısınma gibi yeryüzü ikliminde ortaya çıkan pek çok farklı nitelikteki değişimin, basit bir şekilde atmosferdeki karbondioksit miktarına dayalı olarak açıklanabileceğini iddia etmiştir. Plass, yapmış olduğu hesaplamalara dayanarak atmosferdeki karbondioksit yoğunluğunun iki katına çıkması durumunda, yeryüzündeki ortalama sıcaklıkların 3,6 oC yükseleceğini ileri sürmüştür. Bununla birlikte Plass, su buharının sera etkisini gözden kaçırırken karbondioksitin ısıtma etkisini gerçekte olduğundan daha büyük, fosil yakıt rezervlerinin miktarını ise olduğundan daha düşük tahmin etmiştir (Plass, 1956: 149,152).
1958 yılından başlayarak Pasifik Okyanusu’nda Hawaii’de Mauna Loa gözlem istasyonunda atmosferdeki karbondioksit yoğunluğuna ilişkin ölçümler yapan Charles Keeling (1928-2005), atmosferde karbondioksit yoğunluğundaki artış eğilimini açık bir şekilde ortaya koymuştur. Havadaki karbondioksit yoğunluğu ölçümleri, günümüzde artık birden fazla bölgede yapılmaktadır. Doğrudan ölçümlere dayalı olması sebebiyle Keeling’in hazırlamış olduğu zaman serisinin, iklim değişikliği literatüründeki en önemli ampirik veri seti olduğunu iddia etmek mümkündür. Mauna Loa gözlem istasyonu, kuzey yarımkürede Hawaii’de 3600 m. yükseklikte, büyük yerleşim merkezlerinden, dolayısıyla önemli emisyon kaynaklarından uzakta bulunmaktadır. Charles Keeling, Mauna Loa’daki ölçümlerine başlamadan önce Amerika, Antarktika ve Hawaii’de yapılan ölçüm çalışmalarında ana emisyon kaynaklarının bulunduğu yerleşim bölgelerine yakın yerlerden alınan örneklerdeki karbondioksit yoğunluğunun, büyük dalgalanmalar sergilediğini fark etmiştir. Güney yarımkürede 6000 m. yükseklikten uçaklar aracılığıyla toplanan ve güney kutbundan alınan hava örneklerindeki karbondioksit miktarındaki dalgalanmalar ise daha azdır.
Keeling, kuzey yarımküre ve tüm dünyayı temsil eden karbondioksit yoğunluğu değerine ulaşılmak isteniyorsa, yerel emisyon kaynaklarından uzakta ölçüm yapılması gerektiği sonucuna vararak Mauna Loa’yı seçmiştir. Mauna Loa’daki
karbondioksit yoğunluğundaki diğer bölgelere göre daha az olan dalgalanmanın temel kaynakları ise, yakınında bulunan yanardağ ile adadaki tarımsal ve endüstriyel faaliyetlerdir (Keeling, 1960: 201,202).
Grafik 5. Atmosferdeki Karbondioksit Yoğunluğu ve İnsan Etkisi
Kaynak: (Keeling vd., 2001; Tans ve Keeling, 2019’dan yararlanılarak düzenlenmiştir.)
Grafik 5’te Keeling Eğrisi zaman serisinin, yalnızca 2016 ve 2018 yılları arasındaki günlük ölçüm değerleri, aylık ortalamalar ve uzun dönemli değişim eğrisi birlikte yer almaktadır. Grafikte günlük yoğunluk değerlerinde görülen değişimin arkasında yatan en önemli faktör, kuzey yarımküredeki mevsim döngüleridir. Kuzey yarımkürede bahar ve yaz mevsimlerinin yaşandığı aylarda genişleyen bitki örtüsünün etkisiyle atmosferden karbondioksit çekilirken;
yapraklarını döken ağaçlar ve azalan yeşil bitki örtüsü nedeniyle atmosferden çekilen karbondioksit, sonbahar ve kış aylarında tekrar atmosfere geri dönmektedir. Grafikte görüldüğü gibi, atmosferdeki karbondioksit yoğunluğu değeri Haziran ve Temmuz aylarında minimuma düşerken Şubat ve Mart aylarında tekrar yükselmektedir. Bu doğal döngüye ek olarak karbondioksit yoğunluğundaki yükselme eğilimi, dikkat çeken diğer bir noktadır. Doğal yaşamın (fotosentez ve solunum nedeniyle) gereği olarak yıllık ve mevsimsel ölçekte yaşanan doğal dalgalanma (yıllık dalgalanma yaklaşık olarak 10 ppm kadar) ile insan kaynaklı karbondioksit emisyonları nedeniyle uzun dönemde ortaya çıkan yükseliş eğilimi (grafiğin kapsadığı dönem itibarıyla yılda 4 ppm kadar) arasındaki fark, atmosferde artan karbondioksit yoğunluğunun en önemli gözlemsel kanıtlarından birini oluşturmaktadır (Houghton, 2009: 46).
Keeling’in ölçümleri, karbondioksit yoğunluğundaki artışı oldukça net bir biçimde ortaya koymuş olsa da bu artışın sebebinin insan kaynaklı emisyonlar olup olmadığı sorusu akla gelmektedir. Sonuçta, yıllık 7 Gt (gigaton-milyar ton) ila 8 Gt dolaylarında olan insan kaynaklı karbon emisyonları, iklim sisteminde bulunan doğal karbon döngüsünün yalnızca küçük bir parçasını oluşturmaktadır. Atmosfer ve okyanus arasındaki yıllık karbon alışveriş miktarı 240 Gt;
atmosfer ve karasal biyosfer arasındaki yıllık alışverişi miktarı ise, 160 Gt dolaylarındadır (Dessler, 2017: 73-75).!
Keeling ile aynı dönemde karbon elementinin farklı izotopları (Karbon 12, Karbon 13 ve Karbon 14) üzerine yapılan çalışmalar, atmosferde artan karbondioksitin kaynağının petrol, kömür ve doğal gaz gibi fosil yakıtlar olduğunu göstermiştir. Organik dokularda zamanla değişen karbon izotopları oranları arasındaki ilişki Suess Etkisi olarak nitelendirilmektedir. Suess Etkisi, fotosentez yapan yeşil bitkilerin fotosentez için hafif karbon izotopu olan Karbon 12’yi, daha ağır olan Karbon 13’e tercih etmesi üzerine kuruludur. Suess Etkisi, bitki dokularında bulunan Karbon 13 ve Karbon 14’ün, Karbon 12’ye oranının atmosfere göre daha düşük olması gerektiğine işaret etmektedir.! Bunun yanında Karbon 12’ye göre daha kararsız olması sebebiyle ağır karbon izotopları, zamanla radyoaktif ışıma yaparak Karbon 12 ve Nitrojen’e dönüşmektedir. Normal koşullar altında canlı yaşamını sürdürdüğü müddetçe karbon
400,0 402,0 404,0 406,0 408,0 410,0 412,0 414,0
Ocak 16 Temmuz 16 Şubat 17 Ağustos 17 Mart 18 Eylül 18
Karbondioksit Yoğunluğu (ppm)
Günlük Değerler Aylık Ortalama Linear (Günlük Değerler)
izotopları arasındaki oranın aşağı yukarı aynı kalması beklenmektedir. Ancak bitkinin ölümüyle birlikte bitki dokusu, atmosferden alınan yeni karbon 12 tarafından tazelenmediği ve ağır karbon izotopları Karbon 12’ye dönüştüğü için, zaman içinde ölmüş bitki dokusundaki Karbon 13 ve Karbon 14 miktarı azalacaktır. Suess Etkisi’ne göre; fosil yakıtlar geçmiş dönemde yaşamış bitki kalıntlarının yer altında yüksek basınç ve sıcaklık koşullarında çok uzun süre kalması neticesinde oluştuğu için, bugün kullanılan petrol ve kömürün içindeki Karbon 13 ve Karbon 14 miktarının günümüzde yaşayan bitkilere göre çok daha az olması gerekir. Eğer atmosferdeki karbondioksitin kaynağı fosil yakıtlar ise, atmosferdeki karbondioksit yoğunluğu yükselirken atmosferdeki Karbon 13 ve Karbon 14 izotoplarının oranı düşecektir (Suess, 1955: 415,416).
Grafik 6. Atmosferdeki Karbondioksit Yoğunluğu ve Suess Etkisi
Kaynak: (Keeling vd., 2001; Tans ve Keeling, 2019’dan yararlanılarak düzenlenmiştir.)
Grafik 6’da Keeling Eğrisi, doğrudan ölçümlerin başladığı 1958 yılından itibaren atmosferdeki Karbon 13 izotopu oranıyla birlikte görülmektedir. Karbondioksit yoğunluğu ve izotopotik veriler, atmosferde tespit edilen fazla karbondioksitin kaynağının fosil yakıtlar olabileceğini destekler niteliktedir. Bununla birlikte, Suess Etkisi’nin büyüklüğü, yalnızca fosil kaynaklı emisyonlar tarafından değil, atmosfer, okyanuslar ve karasal biyosfer arasındaki karbon alışverişi gibi doğal karbon döngüsünün tüm bileşenleri tarafından etkilenebilmektedir. Örneğin; 1950-1960 yılları arasında atmosfere yüksek miktarda Karbon 14 salınmasına yol açan nükleer denemeler, atmosferdeki Karbon 14 oranı değişiminde etkili olan diğer bir faktör olarak dikkate alınmalıdır (Graven vd., 2012: 10,11, Graven, 2015:
9342).
Sonuç
Jeolojiden astronomiye neredeyse bütün pozitif bilimleri içine alan örnekler ve tarihsel arka plan, iklim değişikliği konusunun bilim insanları için yeni bir araştırma konusu olmadığını göstermektedir. Temel teori dikkate alındığında;
insan kaynaklı sera gazı emisyonlarındaki artış, atmosferdeki sera gazı yoğunluğundaki yükselme ve gezegenin enerji dengesinde bozulma üzerine kurulu olan güçlendirilmiş sera etkisinin teorik ve ampirik açıdan sağlam temellere sahip olduğunu ifade etmek mümkündür. Bununla birlikte, bilim tarihinin doğrusal bir ilerleme anlayışı ile okunması ve günümüzdeki tablodan hareketle bilim insanlarının geçmiş çalışmalarının modern teorilere uygun şekilde
300 320 340 360 380 400 420
-8,8 -8,6 -8,4 -8,2 -8 -7,8 -7,6
O 58 E 71 M 85 O 99 E 12
Atmosferik Karbondioksit Yoğunluğu (ppm)
Atmosferik δ13CO2 (per mil)
Atmosferik δ13CO2 Atmosferik Karbondioksit Yoğunluğu (ppm)
