اقلیم و آب و هوا

به روشنی توجه فزاینده‌ای به مسئله‌ی گرم شدن زمین می‌شود. به راستی چرا آب و هوای زمین این‌‌گونه دست‌خوش تغییر و تحول شده است؟ قبل از آن که به این پرسش بپردازیم باید با موضوع اقلیم آشنا شویم.
ساده‌ترین تعریف اقلیم، متوسط آب و هوای یک ناحیه است. برخی نواحی در تمام طول سال دمای تقریباً یک‌سانی دارند حال آن‌که نواحی دیگر دارای تابستان‌های گرم و زمستان‌های سرد هستند. بعضی از مناطق در همه‌ی ماه‌های سال باران دارند در حالی که در بعضی دیگر فصل‌های مرطوب مشخص و معلومند.
انرژی موجد همه‌ی این الگوهای آب و هوایی از خورشید حاصل می‌شود و عمدتاً در مناطق گرمسیری، در نزدیکی خط استوا، جذب زمین می‌شود. مقداری از این انرژی، با چرخشی که در جو و اقیانوس‌ها به وجود می‌آورد، به مناطق دور از استوا کشیده می‌شود. این الگوهای چرخشی، شدیداً تحت تأثیر توزیع جغرافیایی خشکی و دریا، نوسان کره‌ی زمین و گردش آن به دور محور خود قرار دارند.
اثر گردش زمین به دور خودش و به دور خورشید
زمین سیاره‌ای تقریباً گوی مانند است که بر مداری تقریباً بیضی شکل سالی یک بار در فاصله‌ای 150 میلیون کیلومتری به دور خورشید می‌چرخد. با آن‌که به علت تقریباً بیضی شکل بودن مدار زمین، ما در بعضی از ماه‌ها به خورشید نزدیک‌تریم اما این امر موجب تنوع فصلی آب و هوا نیست. اگر چنین بود همه‌ی نقاط زمین زمستان را هم‌زمان تجربه می‌کرد. درواقع نزدیک‌ترین فاصله تا خورشید که 147 میلیون کیلومتر است در سیزدهم دی ماه در زمستان نیم‌کره‌ی شمالی اتفاق می‌افتد، و دورترین غاصله از خورشید در دوازدهم تیر ماه در تابستان نیم‌کره‌ی شمالی اتفاق می‌افتد.
اگر سیاره‌ی ما کره‌ای یکنواخت و یکسان بود که حول محوری عمود بر صفحه‌ی مداریش به گرد خود می‌چرخید الگوی بسیار ساده‌ای از تحولات جوی را تجربه می‌کرد. مبنای چنین الگویی تفاوت حرارت خورشید بین نقاط گرمسیری و قطب‌ها می‌بود.
از آنجا که محور گردش زمین به دور خودش عمود بر صفحه‌ی مداریش نیست و کج می‌باشد، موقعیت خورشید در زمان نیم‌روز نسبت به یک نقطه‌ی معین روی زمین ثابت نخواهد بود و به موقعیت زمانی سال یا به عبارتی به موقعیت مکانی کره‌ی زمین در مدار گردشش به دور خورشید بستگی دارد. اگر این نقطه‌ی معین در حوالی نزدیک خط استوا باشد تقریباً در هر زمانی از سال، خورشید نیم‌روز تقریباً درست بالای آن نقطه واقع می‌شود و این نقطه در تمام طول سال، تقریباً تابستان را تجربه می‌کند. اما اگر این نقطه در یکی از دو نیم‌کره‌ی شمالی یا جنوبی کره‌ی زمین در فاصله‌ای به اندازه‌ی کافی دور از خط استوا واقع باشد خورشید نیم‌روز تنها در یک نیمه‌ی سال (در فصل‌های گرم) به موقعیت بالای آن نقطه‌ی معین نزدیک‌تر (و نه بر آن منطبق) می‌باشد و در نیمه‌ی دیگر سال (در فصل‌های سرد) تقریباً خیلی از آن موقعیت دور است. همه‌ی این‌ها و هم‌چنین طولانی شدن روزها در فصل‌های گرم (و نیز فصل‌های همیشه تاریک یا همیشه روشن مناطق قطبی) به دلیل کج بودن محور چرخش زمین به دور خودش در مقایسه با محور چرخشش به دور خورشید حادث می‌شود.
انرژی خورشیدی‌ای که پس از عبور از جو به سطح زمین می‌رسد عمدتاً در دامنه‌ی طول موج‌های قابل رؤیت قرار دارد. این طول موج‌ها در جو زمین جذب نمی‌شوند. در واقع چشم موجودات زنده‌ی روی زمین در طی فرایند تکامل به گونه‌ای تکامل یافته‌ است که نسبت به این انرژی رسیده به سطح زمین حساس باشد و طول موج‌های این انرژی برایش مرئی باشند.
هنگامی که این تابش، زمین را گرم می‌کند سطح زمین نیز به نوبه‌ی خود انرژی، اما با طول موج‌هایی بلندتر که عمدتاً در ناحیه‌ی فروسرخ قرار دارند، می‌تاباند. بیشتر این انرژی بازتابیده شده در قسمت‌های پایین‌تر جو جذب می‌گردد (که در نتیجه، اثر گلخانه‌ای را به وجود می‌آورد). این امر، جریان هوا یا پدیده‌ی هم‌رفتی (convection) را به وجود می‌آورد.
هوای گرم به جای سرما
یاخته‌ی هَدلی
بالونی را تصور کنید که در ارتفاع نسبتاً زیادی بالای یک نقطه‌ی معین روی زمین به طور ثابت قرار گرفته است به گونه‌ای که موقعیت آن نسبت به سطح زمین تغییر نمی‌کند. در چنین وضعی روشن است که سرعت زاویه‌ای چرخش این بالون به دور محور زمین با سرعت زاویه‌ای چرخش (آن نقطه‌ی) زمین برابر است. اما چون بالون در ارتفاع زیادی قرار دارد، یا به عیارتی چون شعاع چرخش آن به دور محور زمین بیش از شعاع چرخش آن نقطه به دور محور زمین است، سرعت خطی آن بیش از سرعت خطی آن نقطه است. چون هر دوی بالون و نقطه‌ی مزبور از غرب به شرق (به دلیل چرخش زمین) حرکت می‌کنند منتهی سرعت (خطی) غرب به شرق بالون بیشتر است، اگر وزنه‌ای از بالون رها شود چون این سرعتِ بیشترِ غرب به شرق بر روی آن مؤثر است وزنه نه روی نقطه‌ی مزبورِ روی زمین که در شرق آن فرود می‌آید. نیرویی که از دید ناظر زمینی وزنه را به شرق می‌کشد، و در اینجا مکانیسم عمل آن به زبان ساده بیان شد، در مبحث مکانیک به نیروی کوریولیس معروف است.
در قسمت‌های میانی دو نیم‌کره‌ی شمالی و جنوبی کره‌ی زمین که دارای بیشترین بلندی‌های روی زمین است و زمین، هوا را تقریباً به طور کامل همراه خود می‌کشد سرعت زاویه‌ای چرخش به دور زمینِ هوای بالا تقریباً برابر با سرعت زاویه‌ای چرخش زمین به دور محور خودش است. حال اگر قرار باشد این هوای بالا به دلیلی به سطح زمین سقوط کند (جریان یابد) نیروی کوریولیس فوق‌الذکر آن را به سمت شرق می‌کشد که همان بادهای غرب به شرق در این نواحی می‌باشد. اما در نواحی مجاور خط استوا (بین دو مدار رأس‌السرطان و رأس‌الجدی) و نیز در نواحی حول قطب شمال و قطب جنوب به دلیل عمدتاً مسطح بودن زمین، هوا همراه زمین کشیده نمی‌شود و به اصطلاح در چرخش زمین به دور خودش هوا در این مناطق تا حدودی جا می‌ماند و لذا در این مناطق عمدتاً با بادهای شرق به غرب در سطح زمین مواجه هستیم. هوای روی خط استوا به دلیل گرم‌تر بودن سبک‌تر است و بالا می‌رود و در اوج خود، به طرف قطب کشیده می‌شود اما در نزدیکی مدار رأس به پایین کشیده می‌شود تا جای هوای خنک‌تری که قبلاً از این ناحیه، به دلیل صعود هوای گرم مزبور به بالا، به سمت خط استوا کشیده شده است را بگیرد. چنین جریان حلقوی هوا در دو طرف و نزدیکی خط استوا که در عین حال سوقِ شرق به غرب دارد یاخته‌ی هَدلی نامیده می‌شود. (هَدلی از پیشگامان انگلیسی علم هواشناسی در قرن هجدهم میلادی بود.) چنین جریان حلقوی با دلایل مشابه در نواحی پیرامون قطب شمال و جنوب زمین وجود دارد.
در ناحیه‌ی بین این دو ناحیه در هر نیم‌کره، مجاورت جریان حلقوی هوای استوایی و جریان حلقوی (هم‌سوی) ناحیه‌ی قطبی، هوا را (به دلیل وجود اصطکاک) به جریانی حلقوی منتهی با جهت چرخشی مخالف وامی‌دارد (به حرکت سه چرخ دنده که تنها چرخ دنده‌های بالایی و پایینی با وسطی درگیرند فکر کنید). درست همین جریان زوری حلقوی است که هوای بالا را در این ناحیه‌ی میانی به پایین می‌کشد و نیروی کوریولیس گفته شده بر این هوای به پایین کشیده شده مؤثر می‌افتد و سوق این جریان حلقوی از غرب به شرق خواهد بود.
در مجموع، هوای گرم به سوی قطب جریان پیدا می‌کند و جای خود را به هوای سردی می‌دهد که به طرف استوا حرکت می‌کند. هوایی که بالا می‌رود با فشار پایین سطح همراه است و به هنگام سرد شدن هوای بالا رونده تولید باران می‌کند. هوایی که فرود می‌آید با فشار بالای سطح همراه، و خشک است. حتی چنین تصویر ساده‌ای از چرخش جوی هم می‌تواند گویای خصوصیات اقلیمی، از قبیل مناطق گرمسیری مرطوب و گرم و نواحی صحرایی چسبیده به مناطق گرمسیری باشد.
بخشی از استوا که بادهای رو به غرب در آن می‌وزند استوای هواشناختی نام دارد که جایی است که هنگام ظهر خورشید مستقیماً از بالای سر می‌تابد. عرض جغرافیایی محل وقوع این امر در طی سال تغییر می‌کند و موجب تنوع فصلی اقلیم می‌شود. ناحیه‌ای که بین دو کرانه‌ی شمالی و جنوبی قرار دارد نوار همگرای میان‌گرمسیری نام دارد. دلیل پیدایش این ناحیه این است که زمین در چرخش خود به دور خورشید در عرض جغرافیلیی 5/23 درجه، نسبت به خط عمودی انحراف پیدا می‌کند. نیم‌کره‌ای که به سوی خورشید منحرف شده است شدیدتر گرم می‌شود زیرا هم خورشید در آسمان آن بالاتر می‌آید و هم این‌که هر روز بیش از 12 ساعت بالای افق قرار دارد. در نیم‌کره‌ی دیگر، خورشید ظهر در عرض جغرافیایی پایین‌تری قرار دارد و شب بیش از 12 ساعت طول می‌کشد. چون زمین در گردشش به گرد خورشید، جهت خود را در فضا تعیین می‌کند، هر یک از دو نیم‌کره‌ی شمالی و جنوبی به نوبت زمستان و تابستان را تجربه می‌کنند.
خورشید بین عرض جغرافیایی 5/23 درجه‌ی شمالی (مدار رأس‌السرطان) و 5/23 درجه‌ی جنوبی (مدار رأس‌الجدی) حداقل یک روز در سال به هنگام ظهر مستقیماً بالای سر قرار می‌گیرد. خارج از این دو مدار هرگز چنین اتفاقی نمی‌افتد. هر سال در اول و دوم خرداد، خورشید در مدار رأس‌السرطان، و در اول و دوم دی، در مدار رآس الجدی بالای سر قرار می‌گیرد. بین این دو تاریخ، خورشید ظهر در استوا بالای سر قرار می‌گیرد و در بین این دو مدار تقریباً در کل سال 12 ساعت روز و 12 ساعت شب تجربه می‌‌شود.
الگوی چرخش جوی می‌بایست دائماً با تغییراتی که در توزیع انرژی در کل سیاره به وجود می‌آید تطبیق پیدا کند. به علت وجود کوه‌هایی که بادهای کم ارتفاع را منحرف می‌کنند الگوی ساده‌ی چرخش هوا دست‌خوش ژیچیدگی‌های بیشتری می‌شود. واکنش اقیانوس‌ها، خشکی، و کلاهک‌های یخی نسبت به اثر گرمایی خورشید نیز گوناگون است و باید در نظر گرفته شود. اما آن‌چه بر اقلیم تأثیر عمده‌ای می‌گذارد دَوَران اقیانوس‌هاست.
جریان‌های دَوَرانی در دریاها
جریان‌های بزرگی که در سطح اقیانوس پدید می‌آیند از بادهایی ناشی می‌شوند که اغلب به طور مداوم از این سو به آن سوی دریا می‌وزند. جریان‌های آبی نیز همانند چرخش جوی تحت تأثیر گردش زمین قرار دارند. اما بر خلاف بادها از درنوردیدن توده‌های خاک کاملاً عاجزند. بنابراین الگوی بارز جریان‌های آبی سطح اقیانوس در درون هر حوزه‌ی عظیم اقیانوس تقریباً دورانی است. در نیم‌کره‌ی شمالی چرخش این جریان‌ها ساعت‌گرد، و در نیم‌کره‌ی جنوبی پادساعت‌گرد است. جریان آبی اطراف قطب که در اطراف قطب جنوب از غرب به شرق است از این الگو مستثناست. در نیم‌کره‌ی شمالی به علت وجود خشکی‌های حائل، هیچ جریانی مشابه جنوب وجود ندارد.
آب در درون حلقه‌های حاصل از دوران روی هم انباشته می‌شود و شکل گنبد به خود می‌گیرد، به طوری که مثلاً در دریای سارگاسو (منطقه‌ی وسیع آب آرام شمال اقیانوس اطلس)، سطح دریا حدوداً یک متر بالاتر از سطح نزدیک‌ترین ساحل قرار دارد. اثر چرخش زمین به گونه‌ای است که گویا نیرویی محتویات حوضه‌ی اقیانوس را به سوی غرب می‌کشاند و این امر موجب انباشته شدن آب اقیانوس در کرانه‌ی غربی می‌شود طوری که سطح دریا مثلاً در دریای کارائیب کمی بالاتر از کرانه‌ی پاسیفیک در کانال پاناما قرار دارد. در واقع این امر ناشی از جا ماندن آب سیال، نسبت به قسمت جامد زمین (از جمله در کف دریا) در چرخش به دور محور زمین است همان‌گونه که قبلاً دیدیم هوای سیال نیز به علت همین جا ماندن باعث ایجاد بادهای رو به غرب در ناحیه‌ی استوایی و قطبی در سطح زمین می‌شود. به عبارت دیگر همان‌طور که سطح آب در درون سطل چرخان به حالت شیب‌دار قرار می‌گیرد با چرخش زمین از غرب به شرق آب در پشت جبهه‌ی اقیانوس انباشته می‌شود. این امر، حلقه‌های ناشی از دوران را به کرانه‌های غربی حوضه‌ی اقیانوس می‌فشرد و جریان‌های باریک و پرسرعتی از قبیل گلف استریم را به وجود می‌آورد. برعکس، جریان برگشتی کرانه‌های شرقی حوضه‌ها، کندتر و پخش‌تر است.
گلف استریم، به ویژه گرما را به شکل مؤثری به سمت شمال و سپس به سوی شرق اقیانوس اطلس شمالی انتقال می‌دهد. به این دلیل است که بریتانیای کبیر و ایرلند نسبت به بیشتر مناطقی که عرض مشابه دارند، از قبیل آرژانتین جنوبی، دارای زمستان‌های ملایم‌تری هستند. جریان‌های دیگر اقیانوس در انتقال گرما کم‌تر از گلف استریم مورد اطمینانند. به نظر می‌رسد حوزه‌ی اقیانوس آرام می‌تواند حاوی هر دو حالت تجمع آب در ساحل‌های شرقی و غربی باشد، یکی با آب سطحی گرم در غرب و آب سطحی سرد در شرق و دیگری با الگویی عکس آن. در هر دو حالت، ناحیه‌ی گرم سطح اقیانوس یک الگوی جابه‌جایی به وجود می‌آورد با بادهایی که از سوی دیگر اقیانوس به ناحیه‌ی گرم می‌وزند. این بادها آب‌های عمیق را که سردترند پشت آب‌های گرم سطح می‌رانند و آب‌های سطحی را به ناحیه‌ی گرم هدایت می‌کنند و الگوی جابه‌جایی را به وجود می‌آورند. اما به دلایلی که هنوز مشخص نشده است این الگو بالاخره برعکس می‌شود. این امر، تغییرات آب و هوایی عمده‌ای را تا مسافت‌های دوری مانند استرالیا و آمریکای جنوبی به وجود می‌آورد.
این پدیده‌ی گرم شدن سطح اقیانوس در نزدیکی امریکای جنوبی را اِل نینو می‌نامند که به الگوی کلی تغییرات بستگی دارد که تقریباً هر دو سال یک بار اتفاق می‌افتد و نوسان جنوبی نامیده می‌شود. مشاهداتی وجود دارد دال بر این که اثر نوسان جنوبی بر آب و هوا مقیاس جهانی دارد از جمله اثری که بر شدت باد و باران‌های موسمی افریقا می‌گذارد.
کمربند انتقالی اقیانوسی
اقیانوس، علاوه بر تأثیر جریان‌های سطحی‌اش، با الگوی جابه‌جایی یا همرفتی خود بر اقلیم اثر می‌گذارد. اقیانوس نیز همانند جو سطحش گرم می‌شود. در جو دیدیم گه گرمی زمین باعث گرم شدنِ هوای در تماس با زمین می‌شود و هوای گرم که سبک‌تر از هوای سرد فوقانی است بالا می‌رود. اما سطح اقیانوس که مجاور سطح زمین قرار دارد و بر اثر تابش خورشید گرم می‌شود نسبت به آب‌های سردتر عمقی سبک‌تر است و هم‌چنان بالاتر از آن آب‌های عمقی باقی می‌ماتد و مانند جو گردشی در آب، که احیاناً موجب مد شود، تحت تأثیر این گرما صورت نمی‌گیرد. در عوض، جابه‌جایی اقیانوسی از مناطق قطبی نشأت می‌گیرد که در آن آب‌های سرد و شور به عمق می‌روند و به سوی استوا جاری می‌شوند.
چگال‌ترین آب در ناحیه‌ای نزدیک قطب جنوب تشکیل می‌شود. در آن منطقه آب دریا در دمایی در حدود 9/1- درجه‌ی سانتیگراد منجمد می‌شود. آن‌چه منجمد می‌شود آب شیرین است و باقی‌مانده، آب شورتر دریاست و چگال‌تر است. این آب از نقاط کم عمق‌تر قاره جاری می‌شود و جریان عظیمی به نام آب‌های عمیق قطب جنوب را تشکیل می‌دهد. این آب سرد و چگال در عمق چهار کیلومتری اقیانوس جنوبی جای دارد و انشعاباتی از آن به حوضه‌های عمیق اقیانوس‌های اطلس، آرام، و هند کشیده می‌شود. بنابراین این جریان‌های عمیق و سرد، تشکیل دهنده‌ی شبکه‌ای از جریان‌ها هستند که آب را به سراسر دنیا منتقل می‌کند. این سیستم را می‌توان به یک کمربند انتقالی اقیانوسی (نقاله) تشبیه کرد که در حال حاضر به سود اطلس شمالی کار می‌کند. می‌توان جریان‌های سطحی که آب گرم را به اطلس شمالی می‌آورند ردگیری کرد و منشأ آنها را در اقیانوس‌های آرام و هند یافت. آب، گرمای خود را به بادهای سردی که از کانادا به اطلس شمالی می‌وزند می‌سپارد، به عمق می‌رود، و موجب جابه‌جایی معکوس سیستم‌های جریان عمق اقیانوس می‌شود. مقدار گرمایی که هر سال از دست می‌دهد تقریباً یک سوم مقدار گرمایی است که این ناحیه از خورشید کسب می‌کند. این امر عمدتاً به سود اروپاست که در معرض باد قرار دارد. جریان‌های سرد و عمیق، این چرخش را به اقیانوس‌های هند و آرام می‌برند و در آن‌جا آب یک‌بار دیگر بالا می‌آید (که به وسیله‌ی جریان پشت به طرف بالا رانده می‌شود) و گرم می‌شود و سپس راه سفر طولانی خود را به سوی اطلس شمالی در پیش می‌گیرد.
کمربند انتقالی (نقاله‌ی) اقیانوسی با فرورفتنِ آب‌های سرد قطب در یک سیستم جابه‌جایی معکوس، و راندن آب‌های عمیق اقیانوسی به سوی دریاهای گرم‌تر و از آن‌جا به مناطق سردتر به وجود می‌آید. تغییرات دما و غلظت آب‌های شور، این حرکت را تقویت می‌کند. این الگو را نمک به وجود می‌آورد. با عملکرد این کمربند بدین صورت، اطلس شمالی گرم‌تر از آرام شمالی است و بنابراین در آن‌جا تبخیر بیشتری صورت می‌گیرد. آبی که پس از تبخیر باقی می‌ماند شورتر و چگال‌تر است، در نتیجه سنگین می‌شود و فرو می‌رود. جریان حاصل که سرد و عمیق است به صورت جریان آب عمیق اطلس شمالی راه خود را در پیش می‌گیرد. این جریان که یک رودخانه‌ی اقیانوسی و بیست برابرِ مجموع همه‌ی رودخانه‌های جهان است نمک را به اقیانوس آرام می‌برد، آن را رقیق می‌کند، و موجب کاهش غلظت آب می‌شود.
کل ین الگو خودکفاست. حتی اگر نقاله، چرخشی برعکس می‌داشت، یعنی آب‌های اقیانوس آرام شمالی به جای اطلس شمالی گرم می‌شدند باز الگو خودکفا می‌بود. اما اگر این نقاله از حرکت بازمی‌ایستاد زمین‌های اطراف اطلس شمالی تا شش درجه‌ی سانتیگراد سرد می‌شدند.
اقلیم شناسان شواهدی حاکی از تغییرات اقلیم در طی آخرین مراحلِ آخرین دوره‌ی یخبندان، که در حدود پانزده هزار سال پیش به پایان رسید، یافته‌اند. در آن زمان نوسان‌های چندی در دمای اطراف اطلس شمالی پدید آمد و آخرین سرمای عصر حاضر که یانگردریز نام داشت 10740 سال قبل پایان یافت. پس از آن گرینلند شمالی هفت درجه‌ی سانتیگراد افزایش دما پیدا کرد. این منطقه اما به تنهایی طی دهه‌ی 1920 چهار درجه گرم شد.
در حال حاضر فقط می‌توان حدس زد که شاید چنین تغییر ناگهانی اقلیم از حالتی پایدار به حالتی دیگر، مثلاً به حالتی مشابه نوسان جنوبی، با معکوس شدن نقاله‌ی اقیانوسی همراه بوده است. این خطر جدی است که انسان با افزایش بارِ گازهای گلخانه‌ایِ موجود در جو در مقیاسی بسیار عظیم‌تر باعث به هم خوردن سیستم‌های اقلیم طبیعی خواهد شد و موجب می‌شود تا بار دیگر تغییر ناگهانی اقلیم اتفاق بیافتد.
سرد شدن: عصرهای یخبندان
اثر رانش قاره‌ای
پس از چرخش هوا و دریا، سومین عامل فیزیکی تعیین اقلیم کنونی، جغرافی کره‌ی زمین است. جابه‌جا شدن نقطه‌ای از زمین، یا به همان زبانی که در مورد هوا و دریا گفته شد، چرخش خشکی، که ناشی از رانش قاره‌ها تحت تأثیر ساختار دینامیکی پوسته‌ی زمین است، جفرافی زمین را تغییر می‌دهد. این چرخش خشکی بر اقلیم امروز جهان این‌گونه مؤثر است که باعث جلوگیری از جریان آب به طرف قطب‌ها می‌شود.
در بیشترِ طول تاریخ زمین، آب همواره توانسته است از مناطق گرمسیری به نواحی قطبی نفوذ کند و حتی مانع یخبندان آن نواحی شود. اما پوشش یخی اقلیم عصر حاضر نقش زیادی در بازتاب انرژی خورشیدی تابیده شده به آن دارد. آلبدو، که معیار قدرت بازتاب سطح است، در حالی که در کل زمین به طور متوسط چهل درصد است در کلاهک‌های یخی قطب به هشتاد درصد می‌رسد. هم به این دلیل و هم به دلیل این که پوشش یخی همانند سرپو.شی عایق برای حفظ گرمای آب عمل می‌کند در صورتی که کلاهک‌های یخی قطب شمال از بین بروند اثر مهمی بر اقلیم بر جای گذاشته خواهد شد..
گروهی از اقلیم شناسان بر این عقیده‌اند که برای ذوب یخ‌های قطب شمال لازم است دمای دنیا چهار درجه‌ی سانتیگراد افزایش یابد. این افزایش دما در لبه‌های کلاهک‌های یخی موجب ذوب شدن آنها می‌شود که درنتیجه‌ی آن، آب‌های تیره در معرض خورشید قرار می‌گیرند و انرژی خورشیدی بیشتری را جذب می‌کنند و نهایتاً سرعت ذوب را افزایش می‌دهند تا این‌که همه‌ی یخ‌ها آب شوند. در حال حاضر میانگین دمای هوای قطب شمال در حدود 34- درجه‌ی سانتیگراد است، اما احتمالاً از بین رفتن پوشش یخی که تنها به 4 درجه افزایش دمای زمین نیاز دارد دمای هوای قطب شمال را حتی به چهار درجه‌ی سانتیگراد خواهد رساند یعنی 38 درجه گرم‌تر از دمای امروز آن‌جا.
در تاریخ چهار و نیم میلیارد ساله‌ی زمین، عصرهای یخبندان به ندرت اتفاق افتاده‌اند. فقط در قطب‌ها خشکی به سوی دریا رانده شده است به طوری که جریان آب گرمی که از نواحی گرمسیری می‌آمده است قطع شده و پایگاهی برای تشکیل صفحات یخی فراهم شده است. قطب شمال کنونی مثالی از این رخداد نادر جغرافیایی است. حدود چهل میلیون سال پیش سردی و یخبندان قطب شمال همراه با تغییرات جریان‌های اقیانوسی آغاز شد و یک کلاهک یخی در حدود پانزده میلیون سال پیش شکل گرفت. اما وجود چنین کلاهک یخی مسأله‌ای بسیار کوچک‌تر از یخبندان اقیانوس است و درواقع تا همین سه تا پنج میلیون سال پیش شمالگان (اقیانوس منجمد شمالی) هنوز یخ نزده بود. در همین زمان کلاهک عظیم یخی دائمی قطب شمال که ظاهراً بسیار طبیعی به نظر می‌رسد با قرار گرفتن قاره‌های شمالی در اطراف دریای شمال و قطع جریان آب گرمی که به سوی شمال می‌رفت به وجود آمد.
این الگوی اقلیمی، با یخ‌های موجود در دو قطب، که در چند میلیون سال اخیر وجود داشته است شاید قبلاً هرگز به این صورت رخ نداده باشد. پس می‌توان گفت زمین در حدود سه میلیون سال در حال یخ زدن بوده است. طی این مدت، یخ‌ها مکرراً پیش‌روی داشته‌اند تا عصرهای یخبندان کامل به وجود آمده است، و در فواصل گرم‌تری به نام دوره‌های بین یخچالی کمی عقب نشینی کرده‌اند. این تغییرات دوره‌ای اقلیم به تغییرات منظم هندسه‌ی مداری زمین، که توازن گرمایی خورشید را در بین فصل‌ها دست‌خوش تغییر می‌سازد، بستگی دارد. می‌توان گفت هر عصر یخبندان حدوداً صد هزار سال به طول می‌انجامد و هر دوره‌ی میان‌یخچالی حدوداً پانزده هزار سال ادامه دارد، و ما اکنون در دوره‌ای میان‌یخچالی به سر می‌بریم.