Apvienoto Nāciju Organizācijas (ANO) Vispārējā konvencija par klimata pārmaiņām (turpmāk Konvencija) 1. pantā nošķir klimata pārmaiņas, kas saistītas ar cilvēka darbību, kura maina atmosfēras sastāvu, un klimata mainību, kas ir saistīta ar dabiskiem cēloņiem. 

Klimata pārmaiņas ir viens no būtiskākajiem apdraudējumiem cilvēcei un planētai kopumā. Klimata pārmaiņas izraisa fosilā kurināmā dedzināšana, mežu izciršana, transports, lopkopība u. c., kas arvien vairāk ietekmē klimatu un Zemes temperatūru. Tādējādi atmosfērā dabiski sastopamajām siltumnīcefekta gāzēm (turpmāk SEG) pievienojas liels daudzums cilvēku darbības rezultātā radītās SEG, kas palielina siltumnīcas efektu un globālo sasilšanu. Klimata pārmaiņu draudi nosaka nepieciešamību tās mazināt. Klimata pārmaiņu mazināšana ir iespējama, samazinot SEG emisijas, pārejot uz atjaunīgiem energoresursiem, taupot enerģiju, palielinot efektivitāti u. c. Turklāt oglekļa dioksīdu (CO₂) no atmosfēras var izņemt, palielinot mežu platības, atjaunojot mitrzemes un izmantojot citus dabiskus un tehniskus procesus, kas piesaista oglekli.

Kopš 20. gs. 80. gadiem saistībā ar straujām klimata pārmaiņām ir izveidojusies jauna un nozīmīga pētniecības joma. Klimata pētniecībā iesaistīto zinātnieku vidū valda uzskats, ka kopš 20. gs. 50. gadiem novērotā klimata pasiltināšanās lielā mērā ir cilvēka darbības rezultāts. To apstiprina vairāku pētījumu rezultāti. Viens no būtiskākajiem pētījumu rezultātiem ir saistīts ar SEG spēju ietekmēt infrasarkanā starojuma atgriešanu uz Zemes, un katrai no tām ir raksturīga konkrēta starojuma intensitātes vērtība. Tiešās SEG ir CO₂, metāns (CH₄), vienvērtīgā slāpekļa oksīds (N₂O), fluorogļūdeņraži (HFC), perfluorogļūdeņraži (PFC), slāpekļa trifluorīds (NF3) un sēra heksafluorīds (SF6), savukārt netiešās SEG – oglekļa monoksīds (CO), slāpekļa oksīdi (NOx) un nemetāna gaistošie organiskie savienojumi (NMGOS). SEG koncentrācijas izmaiņas mūsdienās, salīdzinot ar modelēto SEG koncentrācijām atmosfērā pirmsindustriālājā laikmetā (1750. gads), izpaužas kopējā radiācijas pieaugumā, kas sniedz iespēju prognozēt klimata mainības raksturu. Tiek uzskatīts, ka SEG koncentrācijas pieaugums atmosfērā kopš 1750. gada līdz mūsdienām ir palielinājis uz Zemes atgrieztās enerģijas daudzumu par 2,43 W/m² (no kuriem CO₂ – 1,46 W/m², CH₄ – 0,48 W/m², N₂O – 0,15 W/m² un halogēnogļūdeņraži – 0,34 W/m²).

Saimnieciskās darbības un to iemesli, kas būtiski palielina SEG emisiju apjomus: 1) ogļu, naftas un gāzes (fosilā kurināmā) sadegšanas procesā rodas CO₂ un N₂O; 2) mežu izciršana, jo mežs palīdz stabilizēt klimatu, absorbējot atmosfērā esošo CO₂. Nociršanas gadījumā šī labvēlīgā ietekme zūd un kokos uzkrātais ogleklis, koksnei sadaloties, izplūst atmosfērā, palielinot siltumnīcas efektu; 3) lopkopība. Liellopi un aitas barības gremošanas procesā rada lielu CH₄ daudzumu; 4) mēslošanas līdzekļi, kuru sastāvā ir slāpeklis, sadaloties rada slāpekļa (I) oksīdu, CH₄; 5) fluorētās gāzes, kuras tiek emitētas no iekārtām un izstrādājumiem to izmantošanas rezultātā. Ir aplēsts, ka šādas emisijas rada ļoti spēcīgu sasilšanas efektu, kas pārsniedz CO₂ iedarbību pat 23 000 reižu.

Vienas no raksturīgākajām klimata pārmaiņu izpausmēm kā atbildes reakcija ir minamas: 1) temperatūras palielināšanās pasaulē saistībā ar SEG koncentrācijas pieaugumu atmosfērā; 2) nokrišņu daudzuma samazināšanās daudzos pasaules reģionos, sausuma norises ilguma un ekstremālu gadījumu skaita palielināšanās; 3) tropisko vētru intensitātes pieaugums saistībā ar okeāna ūdens temperatūras paaugstināšanos; 4) temperatūrai paaugstinoties, kalnos un polārajos apgabalos samazinās sniega sega, kā arī sniega un ledāju kušana norisinās straujāk; 5) temperatūras pieaugums nosaka straujāku jūras ledus kušanu Ziemeļu Ledus okeānā ap Ziemeļpolu; 6) mūžīgā sasaluma kušana saistībā ar CH₄ izdalīšanos atmosfērā, kas ir spēcīga siltumnīcefekta gāze; 7) jūras līmeņa paaugstināšanās, kas piekrastes iedzīvotājiem un upju grīvu ekosistēmai rada apdraudējumu.

Klimata sistēma ir sarežģīta, kompleksa sistēma, ko savstarpējā mijiedarbībā veido atmosfēra, Zemes virsma, sniega un ledus sega, okeāni, jūras un citas ūdenstilpes, kā arī dzīvie organismi. Klimata sistēmas atmosfēras komponente raksturo klimatu visredzamāk. Klimatu raksturo vidējā temperatūra, kā arī temperatūras mainība, nokrišņu daudzums, vēja stiprums un virziens u. c. klimatiskie parametri noteiktā laika periodā – sākot no mēnešiem līdz miljoniem gadu (visbiežāk klimata pētniecībā lieto 30 gadu periodu). Klimata sistēma laika gaitā attīstās gan savas iekšējās dinamikas ietekmē, gan ārējo faktoru izmaiņu dēļ. Pie ārējiem faktoriem pieder dabas parādības, piemēram, vulkānu izvirdumi, atmosfēras un okeānu cirkulācija, Saules starojuma daudzums, Zemes orbitālais riņķojums ap Sauli, kā arī cilvēka izraisītas atmosfēras sastāva izmaiņas. Saules starojums ietekmē klimata sistēmu. Ir trīs galvenie veidi, kā var mainīt Zemes radiācijas bilanci: 1) mainot ienākošās Saules radiācijas daudzumu (piemēram, izmainoties Zemes rotācijas ass novietojumam attiecībā pret kustības plakni ap Sauli vai Saules aktivitātei); 2) mainot Saules radiācijas daļu, kas tiek atstarota (piemēram, albedo – atstarotās enerģijas daudzums pret kopējo); un 3) mainot garo viļņu starojumu no Zemes atpakaļ uz kosmosu (piemēram, mainot siltumnīcas efektu izraisošo gāzu koncentrāciju). Klimats savukārt reaģē uz šādām izmaiņām tieši, kā arī netieši, izmantojot dažādus atgriezeniskās saites mehānismus.

Tajā pašā laikā ir jāatceras, ka iemesls Zemes virsmas vidējai temperatūrai 15° C ir atmosfērā esošo siltumnīcefektu izraisošo gāzu klātbūtne, kas daļēji aiztur no Zemes virsmas nākošo garo viļņu starojumu. Šo pārklājumu sauc par dabisko siltumnīcas efektu, un tam ir ļoti nozīmīga loma dzīvības uzturēšanā uz Zemes. Bez dabiskā siltumnīcas efekta Zemes izdalītais siltums “aizietu” kosmosā un Zemes vidējā temperatūra būtu aptuveni –18° C.

Svarīgākās siltumnīcefekta gāzes ir ūdens tvaiks un CO₂. Divām visizplatītākajām atmosfēras sastāvdaļām – slāpeklim un skābeklim – šādas ietekmes nav. Savukārt mākoņi rada pārklājuma efektu, ko kompensē to atstarošanas spēja, tāpēc kopumā mākoņiem ir tendence klimatu atvēsināt. Cilvēka darbība pastiprina šo pārklājošo efektu ar SEG emisijām.

Ogleklis ir viens no galvenajiem faktoriem, lai izprastu klimata pārmaiņas. Tas tiek patērēts augu elpošanā un dēdēšanas procesos un tiek izvadīts, dzīvniekam izelpojot. Savienojumā ar ūdeņradi ogleklis veido ogļūdeņradi, ko var sadedzināt rūpniecībā un transportlīdzekļos, lai iegūtu gan siltumu, gan enerģiju. Tas ir divu svarīgāko siltumnīcefekta gāzu – CO₂, kas rodas sadegšanas procesā, un CH₄, kas rodas no dažādiem avotiem, tostarp rīsu audzēšanas, dzīvnieku izcelsmes atkritumu, dabasgāzes ieguves un mitrzemēm, – galvenais elements. Kopš 19. gs. beigām CO₂ koncentrācija atmosfērā ir palielinājusies par vairāk nekā 70 % – no 280–290 miljonās daļas tilpuma līdz vairāk nekā 423,9 miljonās daļas tilpuma 2023. gada pavasarī (Scripps Institution of Oceanography).

CH₄ absorbē infrasarkano starojumu daudz efektīvāk nekā CO₂, tādēļ CH₄ nozīme siltumnīcefekta palielināšanā ir ļoti nozīmīga, kaut arī CH₄ koncentrācija atmosfērā ir salīdzinoši zemāka. Kopš 20. gs. 60. gadiem, kad uzsākti CH₄ koncentrāciju mērījumi atmosfērā, tā daudzums kopumā ir pieaudzis aptuveni par 1 % gadā. CH₄ koncentrācija 2022. gadā bija 1911,9 miljardās daļas tilpuma. Aprēķini liecina, ka tas veicina klimata pārmaiņu izraisīto temperatūras sasilšanu par aptuveni 25 %.

Vēl viena nozīmīga SEG, kas ir gan dabā sastopama, gan cēlusies no cilvēka darbības, ir N₂O. N₂O molekulas atmosfērā uzturas vidēji 121 gadu, pirms tās tiek izvadītas no atmosfēras vai iznīcinātas ķīmisko reakciju rezultātā. Visā pasaulē aptuveni 40 % no visām N₂O emisijām rada cilvēku darbība. Šī gāze galvenokārt atbrīvojas augsnē mikroorganismu darbības rezultātā, kad tiek lietoti slāpekli saturoši mēslošanas līdzekļi. Tā izdalās lauksaimnieciskās un rūpnieciskās darbībās, kā arī zemes izmantošanas procesā, kad sadedzina fosilo kurināmo un cietos atkritumus, kā arī attīra notekūdeņus.

Fluorētās siltumnīcefekta gāzes (F-gāzes) ir cilvēka radītas gāzes, ko izmanto rūpniecībā, un tām ir augsts globālās sasilšanas potenciāls, kas bieži vien ir vairākus tūkstošus reižu lielāks nekā CO₂. Tās ir HFC, PFC, SF6 un NF3.

Tā kā siltumnīcefekta gāzēm ir atšķirīgs globālās sasilšanas potenciāls, to ietekmi parasti pārrēķina CO₂ ekvivalentā, lai būtu iespējams veikt salīdzinājumus.

Ideju par to, ka globālā sasilšana pastāv un to var saistīt ar cilvēka rīcību, 1896. gadā pirmo reizi izvirzīja zviedru zinātnieks Svante Arrēniuss (Svante August Arrhenius). Viņš izveidoja pirmo modeli, kurā tika aplūkota CO₂ ietekme atmosfērā. No modeļa izrietēja vispārējs likums: ja ogļskābās gāzes daudzums palielinās vai samazinās ģeometriskā progresijā, temperatūra tam sekos, palielinoties vai samazinoties gandrīz aritmētiskā progresijā. S. Arrēniuss savā fundamentālajā darbā pirmo reizi prognozēja, ka CO₂ līmeņa izmaiņas atmosfērā var būtiski mainīt Zemes virsmas temperatūru, radot siltumnīcas efektu. Šo parādību, kas tiek pielīdzināta siltumnīcas iekšienē iesprostotajam siltumam, pirmo reizi aprakstīja Žozefs Furjē (Jean-Baptiste Joseph Fourier) 1827. gadā, tomēr tā tika nosaukta tikai 20. gs. sākumā. Savos aprēķinos S. Arrēniuss iekļāva ūdens tvaika izmaiņu radīto atgriezenisko saiti, kā arī ģeogrāfiskā platuma grādu ietekmi, bet neņēma vērā mākoņus, kā arī siltuma konvekciju atmosfērā. Pašlaik viņa darbu uzskata ne tik daudz par precīzu globālās sasilšanas kvantitatīvu novērtējumu, cik par pirmo pierādījumu tam, ka atmosfēras CO₂ pieaugums var izraisīt globālo sasilšanu.

Pilnveidojoties tehnoloģijām, zinātnieki turpināja mērīt okeānu temperatūru un reģistrēt SEG līmeņa pieaugumu atmosfērā. 20. gs. 50. gados termina “klimata pārmaiņas” vietā visbiežāk tika lietots termins “globālā sasilšana”, un tas apzīmēja “Zemes vidējās atmosfēras temperatūras pieaugumu ilgtermiņā”.

Termins “globālā sasilšana” kļuva vispārpieņemts 20. gs. 80. gadu beigās, kad Nacionālās aeronautikas un kosmosa administrācijas (NASA) zinātnieks Džeimss Hansens (James Edward Hansen) Amerikas Savienoto Valstu (ASV) Kongresā apliecināja, ka zinātnieku aprindas ar lielu ticamības pakāpi var apgalvot, ka pastāv cēloņsakarība starp SEG un globālo sasilšanu.

Mūsdienās ļoti nozīmīga loma klimata un tā mainības izpētē ir klimata modeļiem, kurus dēvē arī par vispārējās cirkulācijas modeļiem. Tajos izmanto matemātiskus vienādojumus, kas apraksta fizikālos procesus, raksturo enerģijas un vielu mijiedarbību dažādās okeāna, atmosfēras un sauszemes daļās.

Kopš 20. gs. 90. gadiem pasaules valstis ir atzinušas klimata pārmaiņas par nozīmīgu problēmu; debatējot tiek meklēti risinājumi klimata pārmaiņu mazināšanai. Ļoti būtiska bija 1992. gadā parakstītā ANO Vispārējā konvencija par klimata pārmaiņām (United Nations Framework Convention on Climate Change, UNFCCC), kuru ratificēja 197 valstis. Šis bija pirmais globālais līgums, kas aptvēra klimata pārmaiņu politikas pamatnosacījumus. UNFCCC ietvaros tika izveidots ikgadējs forums, kas pazīstams kā Līgumslēdzēju pušu konference (Conference of the Parties, COP). Tās galvenais uzdevums ir vērtēt panākto progresu un izvērtēt nacionālos pārskatus. Šī formāta ietvaros sarunas ir rezultējušās ar vairākiem svarīgiem dokumentiem, tostarp Kioto protokolu (1997. gads) un Parīzes nolīgumu (2015. gads), kas paredz samazināt SEG emisijas. Parīzes nolīgums ir vissvarīgākā vienošanās globālā līmenī klimata jomā. Tā paredz, ka valdībām ik pēc pieciem gadiem ir jāizvirza mērķi jeb nacionāli noteiktie ieguldījumi (NDC) klimata pārmaiņu ierobežošanai. Katram nākamajam NDC ir jābūt ambiciozākam, tādējādi virzoties uz Parīzes nolīgumā noteiktā mērķa sasniegšanu – ierobežot globālo sasilšanu krietni zem 2° C, salīdzinot ar pirmsindustriālo laiku, turpināt darbu, lai ierobežotu to zem 1,5 °C, un virzīties uz klimatneitralitāti. Parīzes nolīgumu 2016. gadā parakstīja 194 valstis un Eiropas Savienība (ES). Kaut arī ES valstis pašas ir līguma parakstītājas, savu nostāju tās saskaņo un izvirza kopīgus SEG izmešu samazināšanas mērķus ES līmenī. 2020. gada nogalē Eiropas Padome iesniedza atjaunotos NDC klimata pārmaiņu ierobežošanai visu ES dalībvalstu vārdā. 2021. gada novembrī Glāzgovā norisinājās COP26, kas bija pirmā pēc COP21 Parīzes nolīguma. Tajā no pusēm tika sagaidīts, ka tās uzņemsies stingrākas saistības klimata pārmaiņu mazināšanas jomā. Tika noslēgts Glāzgovas Klimata pakts, par kuru vienprātīgi vienojās 197 klātesošo pušu pārstāvji un kurā skaidri noteikts, ka jāsamazina ogļu izmantošana. Tajā tika iekļauta redakcija, kas mudina steidzamāk samazināt SEG emisijas un sola piešķirt vairāk finansējuma jaunattīstības valstīm, lai tās varētu pielāgoties klimata pārmaiņu ietekmei.

Diskusijas un strīdi par globālo sasilšanu ir saistīti ar publiskajām debatēm par to, vai globālā sasilšana notiek, kas to ir izraisījis, kādas ir iespējamās sekas, par nepieciešamību rīkoties, lai globālo sasilšanu ierobežotu, un par pašu rīcības veidu. Zinātniskajā literatūrā ir panākta vienprātība par to, ka pēdējās desmitgadēs globālā Zemes virsmas temperatūra ir ievērojami paaugstinājusies un ka šo tendenci ir izraisījušas cilvēka radītās siltumnīcefekta gāzu emisijas. Tajā pašā laikā pastāv atšķirīgi viedokļi par dabas procesu ietekmi uz klimatu.

Politiskās debates par globālās sasilšanas esamību un cēloņiem ietver jautājumus par to, vai sasilšanas tendence pārsniedz dabiskās klimatiskās svārstības un vai to ir būtiski veicinājusi cilvēka darbība. Diskusijas sabiedrībā, ko atspoguļo arī zinātniskās debates, ietver aplēses, cik jutīga varētu būt klimata sistēma pret kādu noteiktu SEG līmeni, kā klimats mainīsies vietējā un reģionālā mērogā un kādas būs globālās sasilšanas sekas. Kopumā šie strīdi ir vairāk politiski nekā zinātniski un vairāk izplatīti plašsaziņas līdzekļos nekā zinātniskajā literatūrā. 

Daudzas Eiropas valstis jau pirms 1990. gada veica pasākumus SEG emisiju samazināšanai. Piemēram, Rietumvācija sāka rīkoties pēc tam, kad Zaļās partijas (Die Grünen) pārstāvji 20. gs. 80. gados tika ievēlēti parlamentā. Visas ES valstis 1997. gadā ratificēja Kioto protokolu. Ievērojamas aktivitātes veica arī nevalstiskās organizācijas.

Klimata pārmaiņas ir viens no būtiskākajiem un straujāk augošiem apdraudējumiem cilvēcei, mūsdienu kultūrai un planētai kopumā. Kopš IPCC izveides 1988. gadā ir publicēti seši novērtējuma ziņojumi, kas sniedz informāciju starptautiskajai politikai un sarunām par klimatu visā pasaulē. Piemēram, IPCC novērtējuma ziņojums apstiprina, ka pie 1° C lielas globālās sasilšanas sagaidāms, ka aptuveni 4 % pasaules sauszemes teritorijas pārveidosies par cita tipa ekosistēmu, bet, ja globālā sasilšana sasniegs 2° C, šāda ietekme skars jau 13 % teritorijas.

Visā pasaulē UNESCO Pasaules mantojuma objekti cieš no klimata pārmaiņu sekām (piemēram, ugunsgrēki, plūdi, sausums, pārtuksnešošanās, okeānu paskābināšanās). Iznīdēšana klimata pārmaiņu dēļ apdraud dzīvesveidu, tostarp praksi un tradīcijas, dzīvā mantojuma nodošanu. Klimata pārmaiņas veicina arī ekonomisko iespēju zudumu kultūras un radošajās nozarēs un kultūras tūrismā.

Tajā pašā laikā kultūra ir spēcīgs resurss, lai risinātu problēmas saistībā ar klimata pārmaiņu ietekmi. Dabas mantojuma objekti kalpo kā būtiski SEG emisiju “uztvērēji”, un tiem ir būtiska nozīme bioloģiskās daudzveidības aizsardzībā. Nemateriālā kultūra mantojuma prakses ir izrādījušās ļoti efektīvi instrumenti, lai palīdzētu kopienām sagatavoties un reaģēt uz klimata pārmaiņām, kā arī atgūties no klimata pārmaiņu ietekmes un ārkārtas situācijām. Tas var ietvert tradicionālo pārtikas nodrošinājuma stratēģiju un zināšanas par mainīgajiem laikapstākļiem, kā arī tradicionālo arhitektūru, kas spēj izturēt dabas katastrofas.

Eiropas Parlaments 2019. gada novembrī izsludināja ārkārtas situāciju klimata jomā un aicināja Eiropas Komisiju (EK) visus priekšlikumus pielāgot 1,5° C mērķim, lai ierobežotu globālo sasilšanu un nodrošinātu to, ka tiek ievērojami samazināta SEG emisija. Tā rezultātā EK nāca klajā ar ES zaļo kursu (Green New Deal) – ceļvedi, kas palīdzēs Eiropai līdz 2050. gadam kļūt par klimatneitrālu kontinentu. Būtībā tā ir investīciju programma par tīru enerģiju darbavietās un infrastruktūrā, lai dekarbonizētu ekonomiku, atsakoties no fosilā kurināmā.