Tipppunkter i klimatsystemet - Tipping points in the climate system
En tipppunkt i klimatsystemet är en tröskel som, när den överskrids, leder till stora och ofta irreversibla förändringar i systemets tillstånd. Tipppunkter har identifierats i det fysiska klimatsystemet och i ekosystemen, vilket kommer att ha allvarliga effekter på människor när de korsas.
Tipppunkterna kan korsas även vid en måttlig ökning av den globala temperaturen på 1,5–2 ° C (2,7–3,6 ° F) under förindustriell tid, på grund av den nuvarande globala uppvärmningen . Klimatforskare har identifierat över ett dussin möjliga tipppunkter. Om tipppunkten i ett system korsas kan detta leda till en kaskad av andra tipppunkter. En av dessa kaskader skulle kunna ta världen in i ett växthus Jordtillstånd 4 eller 5 grader Celsius över förindustriella nivåer.
Storskaliga komponenter i jordsystemet som kan passera en tipppunkt har kallats tippelement. Tippelement finns i Grönlands och Antarktis isark , vilket möjligen kan orsaka tiotals meters havsnivåhöjning . Dessa tipppunkter är inte alltid abrupta. Till exempel, vid en viss temperaturstegring kommer smältan av en stor del av Grönlands inlandsis och/eller västra Antarktis isark att bli oundviklig; men inlandsisen i sig kan bestå i många århundraden. Vissa tippelement, som kollaps av ekosystem, är oåterkalleliga.
Definition
Många positiva och negativa återkopplingar till klimatförändringar till globala temperaturer och koldioxidcykeln har identifierats. I tusentals år har dessa feedbackprocesser mestadels interagerat för att återställa systemet till sitt tidigare steady state. Om en komponent i systemet börjar ta betydligt längre tid att återgå till sitt "normala tillstånd" kan detta vara ett varningstecken på att systemet närmar sig sin tipppunkt. Gemensamt för dessa olika komponenter i systemet är att när en tipppunkt har passerat och kollapsen har börjat blir det praktiskt taget omöjligt.
Den särskilda rapporten om havet och kryosfären i ett förändrat klimat som släpptes av klimatpanelen (IPCC) 2019 definierar en tipppunkt som:
En nivå av förändring i systemegenskaper utöver vilka ett system omorganiseras, ofta på ett icke-linjärt sätt, och inte återgår till utgångsläget även om förändringens drivkrafter avtar. För klimatsystemet hänvisar termen till en kritisk tröskel vid vilken globalt eller regionalt klimat förändras från en stabil stat till en annan stabil stat. Tipppunkter används också när det hänvisar till påverkan: termen kan innebära att en tipppunkt för slagkraft (nås) nås i ett naturligt eller mänskligt system.
Tipppunkter leder till förändringar i klimatsystemet som är oåterkalleliga på mänsklig tid. För en viss klimatkomponent kan övergången från en till synes stabil stat till en mindre stabil stat ta många decennier eller århundraden - även om paleoklimatdata och globala klimatmodeller tyder på att "klimatsystemet plötsligt kan" tippa "från en regim till en annan i en relativt kort tid. "
Observerbara tidiga varningssignaler
Ett tecken på att ett komplext system som klimatet närmar sig en vändpunkt är när aspekter av systemet börjar flimra eller visar ökande volatilitet. Miljöpartisten och vårdnadshavaren George Monbiot säger att det extrema vädret 2021 - värmekupoler, torka, bränder, översvämningar och cykloner - är bevis på ökad volatilitet och indikerar att jorden är närmare vändpunkter än vi inser. Genom att analysera extrema nederbördshändelser och senaste värmeböljor som har krossat temperaturrekord med 10 grader Fahrenheit, beräknar Nature Climate Change att sådana värmeböljor är upp till sju gånger större risk att inträffa under de kommande tre decennierna.
Tipppunktstemperaturer
Det geologiska rekordet av temperatur och växthusgaskoncentration gör att klimatforskare kan samla information om klimatåterkopplingar som leder till olika klimatstater. En viktig upptäckt är att när koncentrationen av koldioxid i atmosfären stiger, går den genomsnittliga globala temperaturen upp med den. Under de senaste 100 miljoner åren har de globala temperaturerna toppat två gånger, vilket har gjort klimatet till ett växthusstillstånd. Under Krittiden , för ungefär 92 miljoner år sedan, CO
2nivåerna var cirka 1 000 ppm. Klimatet var så varmt att krokodilliknande reptiler levde i det som nu är kanadensiska arktis och skogar trivdes nära Sydpolen. Den andra varmhusperioden var Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM) för 55-56 miljoner år sedan. Rekord tyder på att den genomsnittliga globala temperaturen under PETM steg mellan 5 och 8 ° C; det fanns ingen is vid polerna, vilket gjorde att palmer och krokodiler kunde leva ovanför polcirkeln.
Att kombinera denna historiska information med förståelsen för nuvarande klimatförändringar resulterade i fyndet publicerat 2018 i Proceedings of the National Academy of Sciences att "en 2 ° C uppvärmning kan aktivera viktiga tippelement, höja temperaturen ytterligare för att aktivera andra tippelement i en domino-liknande kaskad som kan ta jordsystemet till ännu högre temperaturer ".
Hastigheten på tipppunktsåterkopplingar är ett kritiskt problem även om den geologiska posten inte ger klarhet om huruvida tidigare temperaturförändringar bara har tagit några decennier eller många årtusenden. Vissa forskare är oroliga för att vissa tipppunkter redan kan ha uppnåtts. Det största hotet är från stigande havsnivåer och en studie från 2018 visade att tipppunkter för islandsgrönland och Antarktis sannolikt kommer att uppstå mellan 1,5 och 2 ° C uppvärmning. Studiens författare påpekar att år 2021 har jorden redan värmts med 1,2 ° C och 1,5 ° C uppvärmning kan vara mindre än 15 år bort. Baserat på aktuella prognoser säger experter att minst 6,1 m havsnivåhöjning är oundviklig. Hastigheten med vilken detta kommer att ske är osäkert; det kan ta århundraden eller årtusenden.
Matematisk teori
Tipppunktsbeteende i klimatet kan beskrivas i matematiska termer. Tipppunkter ses då som varje typ av bifurcation med hysteres , vilket är beroende av ett systems tillstånd av dess historia. Till exempel, beroende på hur varmt eller kallt det var tidigare, kan det finnas olika mängder is på polerna vid samma koncentration av växthusgaser eller temperatur. I en studie från 2012 inspirerad av "matematiska och statistiska tillvägagångssätt för klimatmodellering och förutsägelse" identifierar författarna tre typer av tipppunkter i öppna system som klimatsystemet-splittring, bullerinducerad och hastighetsberoende.
Typer
Bifurcationsinducerad tippning
Detta inträffar när en viss parameter i klimatet, som observeras konsekvent rör sig i en given riktning under en tidsperiod, så småningom passerar genom en kritisk nivå - vid vilken tidpunkt en farlig splittring eller gaffel äger rum - och vad som var en stabilt tillstånd förlorar sin stabilitet eller försvinner helt enkelt. Den Atlantic meridionala Circulation (AMOC) är som ett transportband som drivs av termo cirkulation . Långsamma förändringar av bifurkationsparametrarna i detta system - salthalten, temperaturen och densiteten i vattnet - har fått cirkulationen att sakta ner med cirka 15% under de senaste 70 åren. Om den når en kritisk punkt där den stannar helt, skulle detta vara ett exempel på bifurkation inducerad tippning.
Bullerinducerad tippning
Detta avser övergångar från ett tillstånd till ett annat på grund av slumpmässiga fluktuationer eller interna variationer i systemet. Bullerinducerade övergångar visar ingen av de tidiga varningssignalerna som uppstår vid bifurkationer. Detta innebär att de är i grunden oförutsägbara eftersom det inte sker någon systematisk förändring av de underliggande parametrarna. Eftersom de är oförutsägbara beskrivs sådana händelser ofta som en "ett-i-x-år" -händelse. Ett exempel är Dansgaard – Oeschger -händelserna under den senaste istiden, med 25 händelser av plötsliga klimatfluktuationer under en 500 års period.
Kursinducerad tippning
Denna aspekt av tippning förutsätter att det finns ett unikt, stabilt tillstånd för alla fasta aspekter eller parametrar i klimatet och att om det lämnas ostört kommer det bara att finnas små svar på en "liten" stimulans. Men när ändringar i en av systemparametrarna börjar ske snabbare kan ett mycket stort 'exciterat' svar uppträda. När det gäller torvmarker , till exempel efter år med relativ stabilitet, leder den hastighetsinducerade tipppunkten till en " explosiv utsläpp av markkol från torvmarker till atmosfären" - ibland känd som "kompostbombinstabilitet".
Matematiska tidiga varningssignaler
För tipppunkter som uppstår på grund av en splittring kan det vara möjligt att upptäcka om de närmar sig en tipppunkt, eftersom systemet blir mindre motståndskraftigt mot störningar när tipptröskeln närmar sig. Dessa system visar kritisk avmattning , med ett ökat minne (stigande autokorrelation ) och varians . Beroende på tippsystemets beskaffenhet kan förändringar också detekteras i skevheten och kurtosen i tidsserier av relevanta variabler, med asymmetri i fördelningarna av avvikelser som indikerar att tippning kan vara nära. Abrupt förändring är inte en tidig varningssignal (EWS) för tipppunkter, eftersom abrupta ändringar också kan ske om ändringarna är reversibla till kontrollparametern.
Dessa EWS utvecklas och testas ofta med hjälp av tidsserier från paleorecord, som sediment, iskappar och trädringar, där tidigare exempel på tippning kan observeras. Det är inte alltid möjligt att säga om ökad varians och autokorrelation är en föregångare till tippning, eller orsakad av intern variabilitet, till exempel vid fallet av AMOC. Kvalitetsbegränsningar av paleodata komplicerar ytterligare utvecklingen av EWS. De har utvecklats för att upptäcka tippning på grund av torka i skogar i Kalifornien, bland annat Pine Island Glacier i västra Antarktis. Med hjälp av tidiga varningssignaler (ökad autokorrelation och variation av tidsserierna för smälthastighet) har det föreslagits att Grönlands inlandsis för närvarande tappar motståndskraft, i överensstämmelse med modellerade tidiga varningssignaler från inlandsisen.
Observationsdata för "tipppunkter" i historia och geologiska register
En rad empiriska bevis stöder förekomsten av tipppunkter i jordsystemet som, när de väl utlöstes, möjligen irreversibelt skulle kaskad för att katalysera en förskjutning mot en annan ekosystemstat eller klimatjämvikt.
I mars 2020 visade forskare att större ekosystem kan `` kollapsa '' snabbare än man tidigare trott, Amazonas regnskog till exempel (till en savann ) inom ~ 50 år och korallreven i Karibien inom ~ 15 år när de var ett sätt att `` kollapsa '' utlöses, vilket i fråga om Amazonia de uppskattar kan vara så tidigt som 2021.
En vetenskaplig granskning från 2021 illustrerar hur effekterna kaskad genom jordsystemet i väldokumenterade fall av plötsliga förändringar under de senaste 30 000 åren.
En studie visade att geologiska register över Paleocene – Eocene Thermal för högst 55 miljoner år sedan visar att det finns betydande klimatförskjutande tipppunkter i jordsystemet, som "kan utlösa frigöring av ytterligare kolreservoarer och driva jordens klimat till ett varmare tillstånd".
Allmän åsikt
I april och maj 2021 genomförde Ipsos Mori en opinionsundersökning i G20 -nationerna på uppdrag av Global Commons Alliance (GCA) om effekterna av global uppvärmning. Resultaten, som publicerades i augusti 2021, fann att 74% av de tillfrågade anser att "mänskligheten driver jorden mot en farlig vändpunkt" och ville se att rika nationer hjälper till att återskapa de globala allmänningarna snarare än att fokusera på ekonomisk vinst. Denna undersökning genomfördes före norra halvklotets sommar 2021 där rekordvärmande värmeböljor, översvämningar och bränder förekom, och innan den senaste rapporten mellan klimatförändringar i panelen varnade för "oundvikliga och irreversibla" klimatförändringar som direkt kan hänföras till mänsklig aktivitet.
Tippningselement
Forskare har identifierat en stor uppsättning element som har potential att bli tipppunkter. Det är möjligt att vissa tipppunkter är nära att korsas eller redan har korsats, som inlandsisen i västra Antarktis och Grönland, korallrev med varmvatten och Amazonas regnskog.
Storskaliga tippelement
En smidig eller plötslig temperaturförändring kan utlösa tipppunkter i global skala. En studie från 2018 i Proceedings of the National Academy of Sciences varnade för att om isis fortsätter att smälta, skogar decimeras och växthusgaser fortsätter att stiga till nya nivåer, kommer vipppunkter som garanterar ett klimat 4-5 Celsius högre än tidigare -industriella tider och havsnivåer 10 till 60 meter (33 till 197 fot) högre än idag.
Avstängning av Atlantic Meridional Overturning Circulation
AMOC är också känt som Gulf Stream System. Stefan Rahmstorf , professor i havsfysik vid Potsdam Institute for Climate Impact Research säger: "Golfströmssystemet fungerar som ett jätte transportband, som bär varmt ytvatten från ekvatorn norrut och skickar kallt djupt vatten med låg salthalt. tillbaka söderut ". Processen drivs av förändringar i salthalt och temperatur, beskrivna som termohalin cirkulation . När varmt vatten rinner norrut, avdunstar en del vilket ökar salthalten. Det svalnar också när det blandas med färskt vatten från smältande is i västra Antarktis och Grönland. Kallt, salt vatten är tätare och börjar sakta sjunka. Flera kilometer under ytan börjar kallt, tätt vatten sedan röra sig söderut. Denna cykel, som flyttar nästan 20 miljoner kubikmeter vatten per sekund, är processen att "välta".
Rahmstorf säger att ökad nederbörd och smältning av kontinental is på grund av den globala uppvärmningen späd ut ytvatten och värmer upp det. "Det gör att vattnet blir lättare och därför inte kan sjunka - eller mindre kunna sjunka - vilket i grunden bromsar hela den motorn i den globala vältcirkulationen".
Teori, förenklade modeller och paleoobservationer av plötsliga förändringar i det förflutna tyder på att AMOC har en tipppunkt. Dessa observationer tyder på att om sötvattentillgången når en viss tröskel (för närvarande okänd) kan den kollapsa till ett tillstånd av reducerat flöde.
Observationsbaserade tidiga varningssignaler
År 2018 fann studier att AMOC var som svagast på minst 1600 år och var 15% svagare än 400AD - beskrivs som "en exceptionellt stor avvikelse". I augusti 2021 sa en studie i Nature Climate Change att "betydande tidiga varningssignaler" har "hittats i åtta oberoende AMOC-index" som tyder på att AMOC "kan närma sig en avstängning".
Stefan Rahmstorf säger att de senaste klimatmodellerna tyder på att om den globala uppvärmningen fortsätter i nuvarande takt, i slutet av detta århundrade, kommer systemet att ha försvagats med 34% till 45%. Han säger: "Detta kan föra oss farligt nära den tipppunkt vid vilken flödet blir instabilt".
Om AMOC stängs av kan ett nytt stabilt tillstånd uppstå som varar i tusentals år, vilket möjligen kan utlösa andra tipppunkter.
Västantarktisk sönderdelning
West Antarctic Ice Sheet (WAIS) är en av tre regioner som utgör Antarktis. På sina platser är den mer än 4 kilometer tjock och sitter på berggrunden som till stor del ligger under havsnivån. Som sådan är den i kontakt med havsvärme, liksom varmare luft vilket gör den sårbar för snabb och irreversibel isförlust. En tipppunkt kan nås om gallring eller kollaps av WAIS ishyllor utlöser en återkopplingsslinga som leder till snabb och irreversibel förlust av landis i havet - med potential att höja havsnivån med cirka 3,3 meter.
Polerna värms snabbare än resten av planeten och på grund av värmande hav och varmare luft hade isförlusten från WAIS tredubblats från 53 miljarder ton om året från 1992–97 till 159 miljarder ton per år mellan 2012–2017. En studie i Nature Geoscience säger att palaeo -rekordet tyder på att WAIS under de senaste hundratusen åren i stort sett försvann som svar på liknande nivåer av uppvärmning och CO
2 utsläppsscenarier som beräknas under de närmaste århundradena.
Amazonas regnskog somback
Den Amazonas regnskog är den största tropiska regnskogen i världen. Det är dubbelt så stort som Indien och sträcker sig över nio länder i Sydamerika. Det genererar ungefär hälften av sin egen nederbörd genom att återvinna fukt genom avdunstning och transpiration när luft rör sig över skogen.
Avskogning av Amazonas började när kolonister började etablera gårdar i skogen på 1960 -talet. De huggade och brände i allmänhet träden för att odla grödor. Jordar i Amazonas är dock bara produktiva under en kort period efter att marken har röjts, så bönderna skulle helt enkelt flytta och rensa mer mark. Andra kolonister röjde mark för att uppfostra nötkreatur, vilket ledde till ytterligare avskogning och miljöskador. Värmeböljor och torka har nu blivit en faktor som driver ytterligare träddöd. Detta indikerar att Amazonas upplever klimatförhållanden bortom sina anpassningsgränser. Denna process beskrivs som återgång definierad av Världsbanken som "den process genom vilken Amazonbassängen förlorar biomassadensitet som en konsekvens av klimatförändringar".
År 2019 hade minst 17% av Amazonas redan gått förlorade. Det året valdes Jair Bolsonaro till president och lovade att öppna regnskogen för ännu mer jordbruk och gruvdrift och enligt miljöaktivister försvagade hans administration avsiktligt miljöskyddet. Mer än 70 000 skogsbränder utbröt under de 12 månaderna efter att han valdes, när bönderna satte eld för att rensa mark för grödor eller boskap.
Resultatet var att 2020 avskogningen ökade med ytterligare 17% orsakad av bränder, nötköttsproduktion och avverkning. I mars 2021 fann den första långsiktiga studien av växthusgaser i Amazonas regnskog att regnskogen under 2010-talet släppte ut mer koldioxid än den absorberade. Skogen hade tidigare varit en kolsänka, men släpper nu ut en miljard ton koldioxid om året. Avskogning har lett till färre träd, vilket innebär att allvarligare torka och värmeböljor utvecklas som leder till fler träddöd och fler bränder.
Västafrikansk monsunpass
West African Monsoon (WAM) -systemet ger regn till Västafrika och är den främsta källan till nederbörd i den jordbruksbaserade regionen Sahel , ett område med halvtorrt gräsmark mellan Sahara-öknen i norr och tropiska regnskogar i söder. Monsunen är ett komplext system där land, hav och atmosfär är anslutna är ett sådant sätt att vindriktningen vänder med årstiderna.
Monsunen är dock notoriskt opålitlig. Mellan slutet av 1960 -talet och 1980 -talet minskade den genomsnittliga nederbörden med mer än 30% som störde regionen i en utdragen torka. Detta ledde till en hungersnöd som dödade tiotusentals människor och utlöste en internationell biståndsinsats. Forskning har visat att torka till stor del berodde på förändringar i yttemperaturerna i de globala haven, i synnerhet uppvärmningen av de tropiska haven som svar på stigande växthusgaser kombinerat med kylning i Nordatlanten till följd av luftföroreningar från länderna på norra halvklotet .
Prognoser från klimatmodeller tyder på att WAM kan kollapsa under detta århundrade. Två projektioner leder till ytterligare torkning av Sahel, varav en förutspår en fördubbling av antalet onormalt torra år i slutet av seklet. En annan prognos antyder det motsatta, att det kommer mer nederbörd på grund av ökat inflöde från väst - kopplat till en tipppunkt på 3C av lokal uppvärmning i Guineabukten.
Permafrost och metanhydrat
Permafrost är mark som innehåller jord och/eller organiskt material bunden av is och som har förblivit fryst i minst två år. Den täcker cirka en fjärdedel av det icke-glacierade landet på norra halvklotet-främst i Sibirien , Alaska , norra Kanada och den tibetanska platån- och kan vara så mycket som en kilometer tjock. Underjordisk permafrost upp till 100 meter tjock förekommer också på havsbotten under en del av Ishavet. Denna frysta mark rymmer stora mängder kol, härrörande från växter och djur som har dött och sönderdelats under tusentals år. Forskare tror att det finns nästan dubbelt så mycket kol i permafrost än för närvarande i jordens atmosfär.
När klimatet värms och permafrosten börjar tina släpps koldioxid och metan ut i atmosfären. Forskning gjord av US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) 2019 visade att upptining av permafrost över Arktis "kan släppa ut uppskattningsvis 300-600 miljoner ton koldioxid per år till atmosfären". I en särskild rapport om havet och kryosfären i ett föränderligt klimat säger IPCC att det finns "stort förtroende" för prognoser om "utbredt försvinnande av arktisk permafrost nära ytan i detta århundrade" som "förväntas släppa 10--100-miljarder miljarder ton [eller gigatonn , GtC], upp till så mycket som 240 GtC, permafrostkol som CO
2 och metan i atmosfären ".
Korallrev dör ut
Omkring 500 miljoner människor världen över är beroende av korallrev för mat, inkomst, turism och kustskydd. Sedan 1980-talet hotas detta av höjningen av havets yttemperaturer som utlöser massblekning av koraller, särskilt i subtropiska regioner. En långvarig stigning i havstemperaturen på 1 ° C (1,8 ° F) över genomsnittet är tillräckligt för att orsaka blekning. Under fortsatt värmestress utvisar koraller de små färgglada algerna som lever i deras vävnader och lämnar efter sig ett vitt skelett. Algerna, kända som zooxanthellae , har ett symbiotiskt förhållande till koraller så att utan dem dör korallerna långsamt.
Mellan 1979 - 2010 identifierades 35 korallrevblekningshändelser på olika platser. Vissa blekningshändelser är relativt lokaliserade, men frekvensen och svårighetsgraden av massblekningshändelser som påverkar koraller över hundratals och ibland tusentals kilometer har ökat under de senaste decennierna. Massblekningshändelser inträffade 1998, 2010 och mellan 2014–2017. Denna treåriga händelse drabbade mer än 70 procent av världens korallrev och lämnade två tredjedelar av Great Barrier Reef döda eller kraftigt blekta. Scientific American rapporterar att världen har tappat cirka 50% av korallreven under de senaste 30 åren. Mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) konstaterar att när temperaturen har stigit till 1,5 C över förindustriell tid kommer mellan 70% och 90% av de korallrev som finns idag att ha försvunnit; och att om världen värmer med 2 ° C kommer "korallrev att försvinna sällan".
Indiskt monsunskift
I Indien anländer monsunen vanligtvis i juni och släpper ut 80% av landets årliga nederbörd på fyra månader. Regnen kyler atmosfären, vattnar grödorna och fyller floder och brunnar - fram till september. Detta har i stort sett varit mönstret i hundratals år, även om tidpunkten alltid har varierat till viss del och regnens intensitet ofta har lett till översvämningar. Sedan 1950 har själva monsunen försvagats, men samtidigt har det ökat 300% i extrema nederbördshändelser över centrala Indien. Studier tyder på att dessa händelser till stor del drivs av en 1-2 ° C ökning av havsytans temperatur i norra Arabiska havet, två till tre veckor innan det faktiska regnet - som i allmänhet varar två eller tre dagar. De flesta studier förutsäger att när den globala uppvärmningen fortsätter kommer det att bli fler och mer extrema nederbördshändelser.
Även om Indiens sommarmonsun ofta har utlöst översvämningar, har extrema nederbördshändelser förvärrat problemet. Mellan 1996 och 2005 fanns det 67 översvämningar i Indien; under den följande tioårsperioden från 2006 till 2015 steg antalet till 90. Detta påverkar liv, mat och vattensäkerhet för miljarder människor i den indiska subkontinenten. De flesta indianer förlitar sig på jordbruk för att försörja sig, och grödor är mycket känsliga för variationer i nederbörd. En analys 2017 visade att upp till 14,3 miljarder dollar av Indiens BNP är utsatt för flod översvämningar, vilket gör Indien mer sårbart för extrema regnhändelser än något annat land i världen - och att denna siffra kan stiga 10 -faldigt år 2030. Mer konservativt, 2018 rapporterade IPCC att om globala temperaturer stiger med 3 grader C, är en ökning av intensiteten av monsunregn "sannolik".
Grönlands sönderdelning
Grönlands inlandsis är den näst största ismassan i världen och är tre gånger så stor som Texas. Den rymmer tillräckligt med vatten, som om det smälter kan höja den globala havsnivån med 7,2 meter. På grund av den globala uppvärmningen smälter inlandsisen med en accelererande hastighet och lägger cirka 0,7 mm till den globala havsnivån varje år. Ungefär hälften av smältan som isarket upplever sker vid ytan där det bildar pooler av varmare vatten som sedan smälter hål i arket. Resten av smältningen sker vid basen av inlandsisen där den är i kontakt med havet och genom att isberg bryts av, eller "kalvar", från dess kant.
I juni 2012 upplevde 97% av hela inlandsisen ytsmältning för första gången i inspelad historia. År 2019 tappade Grönland rekord 532 miljarder ton is, den största massan på något år sedan minst 1948. År 2020 sa forskare vid Ohio State University att snöfall på Grönland inte längre kan kompensera för isförlusten på grund av till denna smältning, så att sönderdelningen av inlandsisen nu är oundviklig.
I juli 2021, på mindre än en vecka, förlorade Grönland 18,4 miljarder ton is i den tredje extrema smältningshändelsen under de senaste tio åren, med förlust av is från ett större inre område i Grönland även än 2019. Kommenterar om denna händelse, sade Thomas Slater, en glaciolog vid University of Leeds: "När atmosfären fortsätter att värma över Grönland, kommer händelser som gårdagens extrema smältning att bli mer frekvent". Klimatforskaren, Dr Ruth Mottram från danska meteorologiska institutet , säger att en vändpunkt för smältningen av Grönlands inlandsis inte kommer att bli abrupt men tror att det kommer att finnas en tröskel utöver vilken dess eventuella kollaps är oåterkallelig.
Borealt skogsskifte
Boreala skogar, även kända som taiga , består av träd som klarar kyla som barrträd, gran, gran, tall, lärk, björk och asp. De täcker cirka 11% av jordens landområden på norra breddgrader över Alaska, Kanada, norra Europa och Ryssland. De uppgår till 30% av världens skogar och utgör det största ekosystemet på land. Det uppskattas att de innehar mer än en tredjedel av allt terrestriskt kol.
Borealzonen, tillsammans med tundran i norr, värms ungefär dubbelt så snabbt som det globala genomsnittet. En studie 2012 visade att när somrarna är varma blir det för varmt för just de här trädarterna. Detta gör dem sårbara för sjukdomar, vilket minskar deras reproduktionshastigheter. En granskning av Nature Climate Change från 2017 drog slutsatsen att snabb uppvärmning och lägre mångfald av trädslag skulle leda till ”störningar” i boreala skogar orsakade av torka, eld, skadedjur och sjukdomar. År 2020 uppgav Woods Hole Research Center att den globala uppvärmningen ökar både frekvensen och svårighetsgraden av bränder i boreala skogar och att dessa bränder släpper ut stora mängder kol i atmosfären.
När det gäller en potentiell vändpunkt utgör bränder en betydande risk. Prof Scott Goetz från Northern Arizona University, och vetenskaplig ledare på NASA: s Arctic Boreal Vulnerability Experiment, säger att en vändpunkt i boreala skogar kan uppstå om en extrem brandhändelse gör att skogen inte kan regenerera och det blir ett gles skogsområde eller ekosystem i gräsmarker.
Andra problem
El Niño – södra oscillationen
Andra exempel på möjliga storskaliga tippelement är en förskjutning i El Niño – södra oscillationen . Normalt blåser starka vindar västerut över södra Stilla havet från Sydamerika till Australien. Varannan till sjunde år försvagas vindarna på grund av tryckförändringar och luften och vattnet i mitten av Stilla havet värms upp och orsakar förändringar i vindrörelsemönster runt om i världen. Detta kallas El Niño och det har lett till torka i Indonesien, Indien och Brasilien och ökade översvämningar i Peru. Under 2015/2016 orsakade detta matbrist som påverkade över 60 miljoner människor. El Niño-inducerade torka kan öka sannolikheten för skogsbränder i Amazonas.
Än så länge finns det inga definitiva bevis för förändringar i ENSO -beteende. Den globala uppvärmningen som krävs för att driva ENSO över vändpunkten kommer dock sannolikt att hända under detta århundrade. Efter att ha passerat en tipppunkt skulle den varma El Niño -fasen vara längre och inträffa oftare.
Södra havet
Den Södra oceanen spelar också en viktig roll i klimatet. Den dominerande strömmen i södra oceanen är den antarktiska cirkumpolära strömmen . Utan några kontinentala barriärer distribuerar denna kraftfulla ström klimatsignaler till Stilla havet , Atlanten och Indiska oceanerna . Detta innebär att varje förändring i södra oceanen kan få massiva konsekvenser för det globala havssystemet och klimatet. Betydande förändringar sker. Studier har funnit att sedan 2006 beräknas 60% –90% av den globala uppvärmningen och lagringen av havsvärme i samband med global uppvärmning bero på förändringar i södra oceanen.
Arktisk havsis
Den arktiska havsisen värms dubbelt så snabbt som det globala genomsnittet och i juni 2020 var temperaturen 18 ° C högre än det genomsnittliga dagliga maxvärdet för den månaden, det högsta som någonsin registrerats i polcirkeln. Som en följd av långvarig uppvärmning har den äldsta och tjockaste isen i Arktis minskat med 95% under de senaste 30 åren. I augusti 2021 sade IPCC att under hög CO
2utsläppsscenarier kommer Arktis sannolikt att vara isfritt under sena somrar i slutet av seklet (med stort förtroende). IPCC sa också att även om isen försvinner representerar detta inte en tipppunkt eftersom "beräknade förluster är potentiellt reversibla".
Men uppvärmningen i Arktis gör att den frysta permafrosten kan tina och släppa ut låst koldioxid och metan i atmosfären. I juni 2019 visade satellitbilder från hela Arktis brinnande bränder som ligger längre norrut och av större omfattning än någon gång i det 16-åriga satellitrekordet, och några av bränderna verkar ha antänt torvmark . Torv är en ansamling av delvis ruttnad vegetation och är en effektiv kolsänka . Forskare är oroliga eftersom de långvariga torvbränderna släpper ut sitt lagrade kol till atmosfären, vilket bidrar till ytterligare uppvärmning. Bränderna i juni 2019 släppte till exempel lika mycket koldioxid som Sveriges årliga utsläpp av växthusgaser.
Moln
Vissa enskilda återkopplingar kan vara tillräckligt starka för att utlösa tipppunkter på egen hand. En studie från 2020 förutspår att en fördubbling av växthusgaser skulle störa molnbildningen . Detta kan sprida stratocumulusmoln och värma planeten med 5,6 grader C (10 grader F).
Kaskad tipppunkter
Att passera en tröskel i en del av klimatsystemet kan leda till att ett annat tippelement tippar in i ett nytt tillstånd. Dessa kallas kaskade tipppunkter. Isförlust i västra Antarktis och Grönland kommer att förändra havscirkulationen avsevärt . Hållbar uppvärmning av de norra höga breddgraderna som ett resultat av denna process kan aktivera tippelement i den regionen, såsom nedbrytning av permafrost, förlust av arktisk havsis och boreal skogsback . Detta illustrerar att även vid relativt låga nivåer av global uppvärmning kan relativt stabila tippelement aktiveras.
År 2019 publicerade Timothy Lenton och kollegor vid Exeter University en studie i Nature som noterade att de två senaste IPCC -specialrapporterna, publicerade 2018 och 2019, tyder på att även 1 och 2 ° C uppvärmning kan driva aspekter av klimatet förbi deras tipppunkter. Författarna tillade att risken för kaskade tipppunkter är "mycket mer sannolik och mycket mer överhängande" och att vissa "redan kan ha brutits."
I juni 2021 Live Science rapporterade att när forskarna körde tre miljoner datorsimuleringar av en klimatmodell, nästan en tredjedel av dessa simuleringar ledde till katastrofala dominoeffekter även när temperaturen ökar begränsades till 2 ° C - den övre gräns som Paris Överenskommelse 2015. Författarna till Nature -studien erkänner att vetenskapen om tipppunkter är komplex så att det råder stor osäkerhet om hur de kan utvecklas, men hävdar ändå att möjligheten att kippa tipppunkter representerar ”ett existentiellt hot mot civilisationen ”.
Tipppunktseffekter
Möjligheten att klimatet håller på att överträffa kritiska tipppunkter är ett stort bekymmer. En metastudie från 2021, utförd av Simon Dietz, James Rising, Thomas Stoerk och Gernot Wagner , om de potentiella ekonomiska effekterna av tipppunkter fann att de höjer global risk; den genomsnittliga uppskattningen var att de ökar den sociala kostnaden för kol (SCC) med cirka 25%, med en 10% chans att tippa mer än att fördubbla SCC. Om klimatet tippar in i ett tillstånd där tipppunkter börjar kaskad, kommer kuststormar att få större inverkan, hundratals miljoner människor kommer att förflyttas av stigande havsnivåer , det kommer att finnas mat- och vattenbrist och människor kommer att dö av ohälsosamma värmenivåer och i allmänhet oblevbara förhållanden. Klimatförändringar på 4–5 ° C kan göra delar av planeten runt ekvatorn obeboeliga, med havsnivåer upp till 60 meter högre än de är idag. Människor kan inte överleva om luften är för fuktig och varm, vilket skulle hända för de flesta människor om den globala temperaturen stiger med 11–12 ° C, eftersom landmassorna värms snabbare än det globala genomsnittet. Effekter som dessa har populariserats i böcker som The Uninhabitable Earth och The End of Nature .
Runaway växthuseffekt
Den flyktiga växthuseffekten används i astronomiska kretsar för att hänvisa till en växthuseffekt som är så extrem att haven kokar bort och gör en planet obeboelig, ett irreversibelt klimattillstånd som hände på Venus . I IPCC: s femte utvärderingsrapport står det att "en" flyktig växthuseffekt " - som är analog för Venus - verkar ha praktiskt taget ingen chans att orsakas av antropogena aktiviteter." Venusliknande förhållanden på jorden kräver en långsiktig kraft som sannolikt inte kommer att inträffa förrän solen lyser upp med några tiotals procent, vilket tar några miljarder år.
Se även
- Växthus och ishus Jorden
- Klimatkänslighet
- Planetära gränser
- Klimatteknik
- Världsforskares varning för mänskligheten