Elemente de înclinare - tocurile lui Ahile în sistemul pământului - Institutul Potsdam pentru Cercetarea Impactului Climatic
Figura: Clasificarea geografică a celor mai importante elemente de basculare din sistemul pământesc cu indicarea zonelor climatice în conformitate cu Köppen. Elementele de basculare pot fi împărțite în trei clase: corpuri de gheață, sisteme de flux sau de circulație schimbătoare ale oceanelor și atmosferei și ecosisteme amenințate de importanță supraregională. Semnele de întrebare marchează sisteme al căror statut de element de basculare nu a fost încă securizat științific. Sursa: PIK, 2017.
Harta elementului de înclinare este licențiată sub o licență Creative Commons BY-ND 3.0 DE.
Faceți clic pe titluri pentru mai multe informații despre elementele de înclinare individuale.
Corp de gheață
Acolo unde gheața ușoară dispare, apare de obicei un subsol mai întunecat, fie că este vorba de albia stâncoasă a unui ghețar sau a mării. Această suprafață întunecată expusă absoarbe mai multă căldură de la soare, care la rândul său accelerează dispariția gheții rămase. Acest mecanism, cunoscut sub numele de feedback gheață-albedo, este un exemplu clasic al unui proces de auto-întărire în care unul și același fenomen, și anume pierderea de gheață, este atât o consecință, cât și o parte a cauzei creșterii temperaturii locale. Există, de asemenea, multe alte mecanisme care - așa cum este descris mai jos - transformă masele mari de gheață ale sistemului Pământ în elemente de basculare.
Topirea gheții marine arctice
Gheața marină arctică se micșorează cu o rată fără precedent de câteva decenii. Acest lucru nu afectează numai întinderea, ci mai presus de toate grosimea gheții plutitoare. Deși gheața subțire se acumulează din nou rapid pe suprafețe întinse în anii reci, este, de asemenea, foarte sensibilă la verile calde, astfel încât până la sfârșitul secolului se poate aștepta ca Arctica să fie lipsită de gheață vara. Datorită feedback-ului alb-gheață (printre alte câteva fenomene), acest lucru contribuie la faptul că încălzirea globală în latitudinile nordice ridicate este de aproximativ două ori mai rapidă decât media globală 3 .
Pierderea stratului de gheață din Groenlanda
În ultimii ani, pierderile de gheață din Groenlanda din cauza ghețarilor care curg în mare și topirea crescută în timpul verii a crescut brusc. Stratul de gheață, care are o grosime de trei kilometri pe alocuri, va pierde înălțimea pe termen lung. Suprafața sa, care este acum încă în straturi de aer ridicate și, prin urmare, reci, se scufundă și, prin urmare, este expusă la temperaturi mai calde. La rândul său, acest lucru intensifică topirea. Există dovezi că punctul de vârf al pierderii de gheață aproape completă pe termen lung ar putea fi atins cu încălzirea globală de puțin sub 2 ° C 4. Dacă emisiile continuă să crească, stratul de gheață ar putea chiar să se prăbușească complet până la sfârșitul mileniului, ducând la o creștere de până la șapte metri 5 .
Prăbușirea stratului de gheață din vestul Antarcticii
Părți mari ale podelei stratului de gheață din Antarctica de Vest se află pe creasta continentală sub nivelul mării și tot mai adânc, cu cât cel mai mare pătrunde „în amonte de gheață” în interiorul acestei părți a continentului. Această situație specială înseamnă că stratul de gheață poate deveni instabil datorită anumitor procese de curgere 6. Dacă stratul de gheață din Antarctica de Vest s-ar dezintegra ca urmare a acestui proces, nivelul mării ar crește cu peste trei metri de-a lungul secolelor. Cu toate acestea, există indicații că - cu sau fără intervenția umană 7 - exact un astfel de proces este deja în desfășurare astăzi 8-11 .
Colaps parțial în Antarctica de Est
Deși Antarctica de Est, care găzduiește majoritatea rezervelor de apă dulce legate de gheață din lume, pare stabilă în acest moment, există și bazine de intrare mari sub nivelul mării. Este posibil ca pierderea unui „dop” relativ mic de gheață care acoperă o zonă instabilă să expună, de asemenea, părți din Antarctica de Est mecanismului de pierdere a gheții auto-amplificat descris mai sus pentru Antarctica de Vest 12. O încălzire de 2-3 ° C ar putea declanșa instabilitate și aici, cu un potențial de creștere a nivelului mării pe termen lung de 3-4 metri 13 .
Dezghețarea permafrostului arctic
Solurile perma- sau permafrost arctice, înghețate de secole la milenii, sunt situate în Siberia și America de Nord și ar putea elibera cantități uriașe de dioxid de carbon și metan atunci când sunt decongelate. Primii trei metri stochează aproximativ o mie de miliarde de tone de carbon 14. Cu toate acestea, permafrostul poate merge mult mai adânc: în așa-numitele soluri Yedoma, câteva sute de miliarde de tone de carbon sunt stocate probabil la adâncimi mai mari de 3 metri - aceste substanțe provin din materialul organic care a fost depozitat aici în timpul și de la ultima eră glaciară 14. Microorganismele care descompun acești compuși de carbon generează căldură și accelerează decongelarea și descompunerea solului. În timpul așa-numitei formări termocarstice 15, separarea solului expune straturile mai adânci la rouă și la procesele de descompunere. Astfel de procese auto-intensificate de distrugere, alimentate de o încălzire a Arcticii de două ori și jumătate mai rapidă decât media globală 16, nu ar fi reversibile pe o scară scurtă de timp de câteva secole, întrucât stocarea inițială a durat multe milenii 17 .
Metanul care degajează din oceane
Hidratul de metan este metanul prins în gheață care este depozitat în sedimentele oceanului arctic, în special în estul Siberiei. Cantitatea de carbon organic stocat acolo este încă dificil de estimat în mod fiabil 14. Hidrații de metan s-au degradat încet de mii de ani din cauza aprovizionării cu căldură din apa de mare - sunt considerați a fi un element de basculare lent. Metanul este un gaz cu efect de seră de scurtă durată, deși foarte puternic. Cea mai mare parte a acestuia se oxidează în atmosferă la dioxid de carbon într-un deceniu, care apoi încălzește în plus atmosfera pe o perioadă de milenii.
curgeresisteme
Există modele pe scară largă de curenți de aer și ocean pe tot parcursul anului sau sezonieri, precum și fluctuații naturale perene care nu sunt invariabile. Au existat mai multe răsturnări de situație și faze de reorganizare în istoria climei planetei noastre. Următorul rezumă posibilele schimbări bruște ale sistemelor de flux la care ne putem aștepta în viitor.
Atenuarea circulației termohaline atlantice
Curenții circulanți din Atlantic reprezintă o bandă transportoare de energie uriașă cu care apa caldă la suprafață este transportată spre nord și, după răcire și scufundare acolo, înapoi spre sud. Fluxul Golfului, responsabil pentru climatul blând din nord-vestul Europei, face parte din acest sistem actual. Unul dintre principalele sale motoare este apa rece, densă (și, prin urmare, grea) sărată, care se scufundă în adâncurile din Groenlanda și Labrador. Dacă curge mai multă apă proaspătă din cauza topirii gheții din nord, formarea apei adânci ar putea slăbi din cauza densității mai mici a apei și această unitate ar putea slăbi. O slăbire a curentului Golfului cu aproximativ 15% a fost deja demonstrată 18-19. Acest lucru poate avea efecte grave asupra ecosistemelor marine, poate duce la o răcire în zona Atlanticului de Nord și poate intensifica creșterea nivelului mării, în special pe coasta Atlanticului SUA.
Perturbarea fenomenului El Niño
În mod normal, vânturile alizee din Pacific din America de Sud conduc apă rece adâncă la suprafață. Apa caldă de suprafață curge apoi - condusă de vânt - din America de Sud în Asia de Sud-Est. În fenomenul meteorologic El Niño, vânturile alizee sunt slăbite și se creează un curent opus. Drept urmare, sud-estul Pacificului din America de Sud se încălzește. Manifestările deosebit de puternice ale acestui fenomen, care se repetă neregulat la fiecare doi până la șapte ani, pot deveni mai frecvente cu schimbările climatice necontrolate 20. Efectul acestui model poate fi resimțit pe tot globul, de exemplu sub formă de secete în Australia și Asia de Sud-Est și precipitații crescute pe coastele vestice ale Americii. În cursul unei astfel de modificări a tiparului de circulație oceanico-atmosferică, dinamica musonului se poate schimba și 21, de exemplu în Indiile de Vest sau Africa de Sud.
Încetinirea sau blocarea valurilor planetare ale jetului
La o înălțime de 7 până la 12 kilometri, fluxul de jet, cunoscut sub numele de jet stream, șerpuiește peste latitudinile medii din jurul emisferei nordice și, ca o bandă zonală de vânt puternic, separă masele de aer rece din Arctica de cele mai moderate din sud. Valurile pe care le lovește „rătăcesc” în jurul pământului în așa fel încât să deplaseze aceste mase de aer în direcția est. Aceste dinamici ale aerului reprezintă punctul de plecare pentru apariția zonelor de presiune înaltă și joasă, care la rândul lor au un impact puternic asupra vremii din aceste regiuni. Mișcarea masei de aer prin fluxul de jet pare să încetinească sau valurile pot chiar să intre în fluxul de jet, astfel încât condițiile meteorologice generale să nu se dizolve timp de multe săptămâni. Acest lucru, la rândul său, poate duce la diverse condiții meteorologice extreme persistente, cum ar fi valuri de frig și căldură, inundații și secete 22-26 .
Destabilizarea musonilor indieni
Până la 90% din ploaia indiană se datorează musonilor de vară care apar în mod regulat. Musonul se bazează pe un mecanism de feedback intern care asigură un transport constant, auto-amplificat al aerului umed de la mare la uscat. Din cauza condensării acestei umidități, căldura latentă este degajată de precipitațiile care cad, care continuă să asigure creșterea masei de aer cald și aerul umed din mare este tras în spatele ei. Atât aerosolii (poluarea aerului prin cuvinte cheie), cât și schimbarea utilizării terenurilor joacă un rol cheie în acest sistem extrem de sensibil. În cursul schimbărilor climatice, o mișcare pendulară a evenimentelor musonice slăbite și intensificate ar putea fi generată în Asia de Sud, ca urmare a căreia secetele extreme și dezastrele de inundații ar alterna 27-29 .
Schimbare în musonii din Africa de Vest care afectează Sahara
Interacțiunea dintre umiditatea solului, vegetația și atmosfera poate declanșa, de asemenea, o schimbare în sistemul musonic din Africa de Vest 30. Acest lucru poate duce la perioade de ploi abundente sau puține pentru populația din Africa de Vest, în funcție de faptul dacă centura de precipitații se deplasează spre sud în Golful Guineei sau spre nord în zona Sahel. În ultimul caz, precipitațiile din zona Sahel ar putea crește și încuraja re-ecologizarea Saharei - cu condiția ca regiunea să nu fie supra-pășunată. Cu toate acestea, ecologizarea ar putea avea și consecințe negative. Deoarece sursele de praf din deșert, care au fost transportate până în vest peste Atlantic de furtuni și chiar furnizează recifelor de corali din Caraibe și pădurea tropicală amazoniană cu substanțe nutritive, s-ar putea usca atunci când Sahara a devenit mai verde.
Se usucă din sud-vestul Americii de Nord
Datorită extinderii zonei uscate subtropicale spre nord, cantitatea de precipitații din sud-vestul Americii de Nord este deja în scădere astăzi. Modelele de curgere ale oceanului și ale atmosferei responsabile de precipitații în regiune sunt foarte asemănătoare cu un sistem musonic. În consecință, ar putea exista un punct de bascul care, dacă ar fi traversat, sud-vestul Statelor Unite ar trebui să se confrunte brusc cu o secetă și mai mare.
Ecosisteme
Dacă devine prea cald sau prea uscat într-o zonă - dacă nișa lor ecologică se închide din cauza schimbărilor climatice - nu vor putea supraviețui acolo. Unele specii sunt bine echipate pentru a se sustrage, de exemplu spre poli sau la altitudini mai mari. Specii care sunt afectate de condiții de viață foarte specifice precum sunt adaptate habitatelor montane sau polare - nu pot. În orice caz, spațiile de locuit adecvate sunt rare în lumea de astăzi, care este în mare parte revendicată de oameni. Schimbările climatice ar putea schimba regiuni întregi făcând să dispară comunitățile ecosistemice, climatul lor tipic și comunitățile de specii adaptate acestora.
Transformarea pădurii tropicale amazoniene
O mare parte din precipitațiile din bazinul Amazonului provin din apa care s-a evaporat din pădure. O scădere a precipitațiilor într-un climat mai cald al pământului și defrișarea pădurii tropicale și a incendiilor ar putea aduce pădurea la o limită critică 31. Pot exista câteva decenii între depășirea acestei limite critice și efectele sale vizibile. O conversie a pădurii tropicale amazoniene într-o pădure sezonieră adaptată secetei sau un peisaj ierbos ar avea efecte fundamentale asupra climei terestre, deoarece aproximativ un sfert din schimbul global de carbon dintre atmosferă și biosferă are loc aici. În plus, s-ar pierde o chiuvetă semnificativă de carbon. În același timp, dispariția pădurii tropicale ar însemna o pierdere imensă a biodiversității, care ar fi, de asemenea, un important purtător de speranță pentru o posibilă recuperare a sistemului 32 .
Declinul pădurilor de conifere nordice (păduri boreale)
Pădurile de conifere nordice cuprind aproape o treime din suprafața forestieră a lumii. Odată cu schimbările climatice, stresul asupra acestora din cauza dăunătorilor, incendiilor și furtunilor crește, în timp ce regenerarea lor este afectată de lipsa apei, evaporarea sporită și utilizarea umană 33. Dacă expunerea depășește pragurile caracteristice, acestea ar putea fi deplasate de tufișuri și pajiști. Dispariția pădurilor nu numai că ar distruge habitatul multor animale și plante, dar ar însemna și o eliberare masivă de dioxid de carbon, care probabil va contribui la accelerarea încălzirii globale 34-35 .
Distrugerea recifelor de corali
Recifele de corali sunt habitate foarte sensibile care sunt deteriorate de fluctuații mici de temperatură și, în special, de acidificarea oceanelor. Încălzirea apei promovează în mod semnificativ „albirea coralilor” care a avut loc în ultimii ani, în care polipii corali resping algele care trăiesc în ele și apoi mor adesea 36. Chiar dacă se respectă limita de 2 ° C, trebuie așteptată pierderea unei mari părți a recifelor 37. Odată ce un recif s-a prăbușit, este nevoie de câteva mii de ani pentru a crește din nou.
Pompa de carbon marină slăbește
Oceanele lumii absorb cantități uriașe de carbon - aproximativ 40% din emisiile antropogene de CO2 anterioare au fost eliminate din atmosferă. O mare parte a acesteia este folosită de alge pentru creștere și se scufundă în adâncul mării după ce mor. Funcția acestei așa-numite pompe biologice marine de carbon ar putea fi restricționată de încălzirea și acidificarea apei, precum și de apariția mai frecventă a deficitului de oxigen.
Informații generale despre elementele de înclinare
Schellnhuber, Hans Joachim. Autoimolare: relația triunghiulară fatală dintre climă, oameni și carbon. C. Bertelsmann Verlag, capitolul 21, 2015.
Levermann, Anders și colab. „Tranziții climatice potențiale cu impact profund asupra Europei”. Schimbare climatică 110.3-4 (2012): 845-878.
Schellnhuber, Hans Joachim. „Elemente de basculare în sistemul Pământ.” Lucrările Academiei Naționale de Științe 106,49 (2009): 20561-20563.
Lenton, Timothy M. și colab. „Elemente de basculare în sistemul climatic al Pământului”. Lucrările Academiei Naționale de Științe 105,6 (2008): 1786-1793.
Lenton, Timothy M. și Hans Joachim Schellnhuber. - Înclinarea cântarului. Natura Schimbărilor Climatice 1.712 (2007): 97-98.
Lenton, Timothy M. și colab. „Punctele climatice - prea riscant pentru a paria.” (2019): 592-595.
Schellnhuber, Hans Joachim "În fața schimbărilor climatice: puncte de îndoială și viraje în U". În Buckland, D. și colab. (Ed.), Gheață arzătoare. Cape Farewell, Londra (2006): 112
Schellnhuber, Hans Joachim și Held, Hermann. „Cât de fragil este sistemul Pământului?” În Briden, J. C. și Downing, T. E. (Ed.), Gestionarea Pământului. The Linacre Lextures 2001. Oxford University Press, Oxford, (2002): 5
acreditări
Clasificarea climei în conformitate cu Köppen
Clasificarea climatică Köppen modificată de la Trewartha și cu
Luarea în considerare a procedurilor deviante conform lui Rudloff.
Köppen, W. (1936). Sistemul geografic al climelor. În: Köppen W., Geiger R. (eds) Handbuch der Klimatologie, Vol. I, Borntraeger, Berlin.
Trewartha, G. T. (1968). O introducere în climă, McGraw-Hill, New York.
Rudloff, W. (1981). Climele lumii, cu tabele de date climatice și
sugestii practice, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart.