Elementos basculantes en el sistema climático de la tierra

Posibles elementos basculantes en el sistema de tierra

Como elemento basculante ( Inglés elementos de inflexión ) en la que es el Sistema Terrestre de Investigación un componente transregional de lo global del sistema climático se refiere, que se puede ajustar incluso con bajas influencias externas a un nuevo estado cuando un "punto de inflexión" o " inflexión el punto alcanza ". Estos cambios pueden ser abruptos y en algunos casos irreversibles. También pueden iniciar la retroalimentación, inducir cambios en otros subsistemas del sistema terrestre y, por lo tanto, desencadenar efectos en cascada.

historia

Hans Joachim Schellnhuber introdujo el concepto de elementos basculantes en la comunidad de investigación climática alrededor del año 2000. Sobre la base de su trabajo sobre la dinámica no lineal , como uno de los principales autores de coordinación del Grupo de Trabajo II, en el tercer informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (2001), se refirió a la posibilidad hasta ahora olvidados discontinua, irreversible y eventos extremos relacionados con el calentamiento global. Hasta entonces, se habían asumido cambios lineales y graduales.

El artículo especializado "Elementos basculantes en el sistema climático de la Tierra" publicado en febrero de 2008 fue uno de los trabajos más citados en el campo de las geociencias en 2008 y 2009 y actualmente (a abril de 2019) cuenta con más de 2500 citas en la literatura especializada. La investigación sobre el artículo comenzó en octubre de 2005. En un taller en la Embajada Británica en Berlín , 36 investigadores climáticos británicos y alemanes discutieron el concepto e identificaron posibles elementos de inflexión en el sistema terrestre. Al año siguiente, se entrevistó a otros 52 expertos internacionales y se evaluó toda la literatura científica relevante sobre el tema. Como resultado, se identificaron nueve posibles elementos de inflexión cuyo punto de inflexión podría alcanzarse antes del año 2100. Mientras tanto, se han identificado otros posibles elementos basculantes.

En 2001, el IPCC asumió que los puntos de inflexión solo se alcanzarían cuando la temperatura supere los 5 grados, pero en los informes especiales más recientes de 2018 y 2019 llegó a la conclusión de que los puntos de inflexión ya se alcanzaron cuando la temperatura aumenta entre Se pueden superar 1 y 2 grados.

Posibles elementos basculantes identificados hasta ahora

El grupo de trabajo en torno a Schellnhuber nombró los siguientes nueve elementos potenciales de propina en 2008:

De estos nueve elementos de inflexión, según los expertos encuestados, el derretimiento del hielo marino del Ártico y la capa de hielo de Groenlandia representan actualmente la mayor amenaza.

Más adelante se identificaron otros posibles elementos de vuelco:

  • Derretimiento de partes de la capa de hielo de la Antártida oriental, en la cuenca de Wilkes
  • Desaparición de los glaciares tibetanos
  • Desgasificación de metano de los océanos y otros sitios de almacenamiento de hidratos de metano
  • Emisiones de metano y dióxido de carbono del deshielo del permafrost
  • Secando el suroeste de América del Norte
  • Atenuación de la bomba de carbono marino
  • Muerte del arrecife de coral
  • La desestabilización de la corriente en chorro (así como los monzones, ver arriba) aumenta la probabilidad de inundaciones y sequías violentas.
  • Disminución de la productividad neta de la biosfera (NPB), es decir Es decir, la capacidad de la biosfera para unir el gas de efecto invernadero CO 2 .
  • Disolución de capas bajas de estratocúmulos sobre el mar subtropical a concentraciones de CO 2 de alrededor de 1200 ppm.

Derretimiento del hielo marino del Ártico

Extensión de la capa de hielo marino del Ártico durante los últimos 1450 años

Durante varios años se ha debatido si el derretimiento del hielo marino del Ártico ya ha pasado un punto de inflexión o si ocurrirá uno en el futuro. Como resultado del calentamiento global , debido a la amplificación polar , la temperatura del aire en el Ártico ha aumentado tres veces el promedio global. Ha sido 2 ° C más cálido allí desde la década de 1970; La capa de hielo marino de verano ha disminuido desde entonces en un promedio del 40%. Además, la capa de hielo se volvió más delgada en grandes áreas. Un cambio temporal en la Oscilación del Ártico y la Oscilación de la Década del Pacífico a partir de 1989 también provocó que partes más grandes de la capa de hielo se aflojaran. La creciente proporción de la superficie del agua no cubierta por hielo llevó a una mayor absorción de la radiación solar y, por lo tanto, a un mayor deshielo del hielo, un aumento de la temperatura del mar y una menor formación de hielo en los meses de invierno. Después de 1988, la influencia de la retroalimentación del albedo de hielo se volvió mayor que las influencias externas. Según Lindsay y Zhang (2005), el hecho de que este efecto continúe a pesar de la normalización de la Oscilación del Ártico y la Oscilación de la Década del Pacífico indica efectos no lineales pronunciados . Por lo tanto, asumen que el punto de inflexión para el derretimiento de la capa de hielo marino del Ártico ya se superó a fines de la década de 1980 y principios de la de 1990. Holland y col. (2006), por otro lado, basándose en sus propios cálculos, asumieron que el punto de inflexión no se alcanzaría hasta 2015 como muy pronto. Según cálculos de Livina y Lenton (2013), en 2007 se produjo un cambio abrupto y desde entonces sostenido en la amplitud de las fluctuaciones estacionales en la capa de hielo marino del Ártico, que parece deberse a la dinámica interna del sistema climático del Ártico. (y no a influencias externas) y es visto por los autores como un punto de inflexión. Se supone que es un punto de inflexión reversible (reversible).

Derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia

El punto de inflexión para el derretimiento completo de la capa de hielo de Groenlandia ya podría alcanzarse con un calentamiento global de 1,5 a 2 ° C. La capa de hielo de Groenlandia tiene en su mayoría 3000 metros de espesor, por lo que su superficie, que se encuentra muy por encima del nivel del mar, está expuesta a temperaturas muy bajas. Según la fórmula de la altitud barométrica, la temperatura del aire disminuye en aproximadamente 0,5 ° C por cada 100 m de altitud. Cuanto más delgada sea la capa de hielo, más frecuentes serán los períodos en los que la superficie comience a descongelarse. Por tanto, el deshielo se acelera y daría lugar a un aumento del nivel del mar de unos 7 metros durante milenios. Se supone que por debajo de un espesor de hielo crítico, el proceso de fusión continuará incluso si el clima vuelve al nivel de temperatura preindustrial . Sin embargo, una comparación con el último período interglacial , el período cálido del Eem hace unos 126.000 a 115.000 años, da una imagen mixta desde un punto de vista científico. Si bien algunos estudios postulan que el nivel del mar es hasta 15 metros más alto que en la actualidad, con una proporción de agua de deshielo en la capa de hielo de Groenlandia de 4,2 a 5,9 metros, se asume predominantemente que durante el Eem interglacial, con un clima parcialmente más cálido que en el Holoceno , el nivel del mar era un máximo de 9 metros por encima del nivel actual. Según este escenario, la capa de hielo habría contribuido entre 1,5 y 2,5 metros a este aumento y, por tanto, solo habría perdido parte de su masa.

Derretimiento de la capa de hielo de la Antártida occidental

Pendientes superficiales de la Antártida

En la Antártida oriental, que comprende la mayor parte de la Antártida, no se espera una fusión significativa en el futuro previsible. En el caso de la Antártida Occidental, sin embargo, se supone que habrá cambios profundos allí. Algunos de los grandes glaciares de la capa de hielo de la Antártida occidental terminan en el mar. Allí se apoyan a varios cientos de metros por debajo de la superficie del mar en una cresta que se inclina hacia el continente. Dado que el agua del mar se ha calentado allí en las últimas décadas, esto provocó un mayor derretimiento y un retroceso de la lengua del glaciar desde z. B. el glaciar Pine Island o el glaciar Thwaites . Los análisis mostraron que el punto de inflexión para el derretimiento completo del glaciar Thwaites probablemente ya se ha alcanzado y que se derretirá por completo en un período de 200 a 900 años. Esto haría que el nivel del mar subiera 3 m. Este proceso también se refuerza a sí mismo, porque un nivel de agua más alto reduce aún más la estabilidad de las lenguas de los glaciares.

La circulación termohalina atlántica se ralentiza

Animación de la circulación termohalina (video)

El creciente derretimiento del hielo marino y terrestre del Ártico conduce a una mayor afluencia de agua dulce , así como a una mayor velocidad y estabilidad de la corriente del océano Ártico que conduce al sur . Esto podría afectar las aguas profundas del Atlántico Norte y eventualmente ralentizar la circulación termohalina . Si bien el colapso de la circulación termohalina con el subsecuente cambio climático abrupto es probablemente un punto de inflexión lejano en el tiempo, la desaceleración de la circulación termohalina, que tendría un efecto similar pero debilitado, se predice con firmeza. La ralentización de la circulación termohalina es un ejemplo de un punto de inflexión que depende no solo de la extensión sino también de la velocidad del cambio climático ( punto de inflexión dependiente de la tasa ).

Perturbación de la oscilación climática del Pacífico Sur y amplificación del fenómeno de El Niño

Se discuten varias teorías sobre los efectos del calentamiento global en el fenómeno de El Niño . En 1999, el grupo de trabajo de Mojib Latif asumió que el aumento de la absorción de calor en el océano conduciría a una disminución sostenida de la termoclina (capas de agua) en el Pacífico ecuatorial oriental y, en consecuencia, a una mayor amplitud de El Niño-Oscilación del Sur ( ENSO). Y / o fenómenos más comunes de El Niño. En 1997, un grupo de trabajo del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA postuló condiciones persistentes de La Niña debido a un mayor calentamiento del oeste en comparación con el este del Pacífico ecuatorial, lo que podría conducir a vientos del este más fuertes y un aumento del agua fría en el este del Pacífico ecuatorial. . Lenton y col. En su resumen, basado en estudios paleoclimáticos recientes, asumieron que el desarrollo más probable es un aumento en la intensidad de los fenómenos de El Niño, aunque no se puede predecir con certeza un aumento en la frecuencia. La existencia o localización de un punto de inflexión también es incierta. No obstante, se pueden asumir consecuencias significativas, incluso con cambios graduales, por ejemplo, sequías en Australia y el sudeste asiático y aumento de las precipitaciones en las costas occidentales de América. También se está discutiendo una conexión entre El Niño e inviernos inusualmente fríos en Europa.

Emisiones de metano y dióxido de carbono del descongelamiento de suelos de permafrost

Tan pronto como el permafrost se descongela, los microorganismos pueden descomponer los restos fósiles almacenados allí. Los gases de efecto invernadero se liberan dióxido de carbono y metano. Estos gases, a su vez, aumentan el calentamiento global y hacen que el permafrost continúe derritiéndose. Una retroalimentación que se refuerza a sí misma por el calentamiento, la descongelación progresiva y una mayor liberación de carbono se denomina retroalimentación del permafrost-carbón.

Los estudios de modelos sobre la dinámica del permafrost y las emisiones de gases de efecto invernadero sugieren una retroalimentación de carbono del permafrost relativamente lenta en escalas de tiempo de varios cientos de años. Sin embargo, algunos efectos no se tienen en cuenta en estos modelos, como una mayor amplificación debido al deshielo abrupto de los lagos termokarst . En 2019, también se observó que algunos suelos de permafrost en el Ártico canadiense se descongelaron significativamente más rápido de lo previsto.

Disminución de la productividad neta de la biosfera

El sistema terrestre actual es un sumidero de CO 2 , absorbe más CO 2 del que emite. Los océanos absorben aproximadamente el 25% del CO 2 producido por los seres humanos , la biosfera (árboles y otras plantas, así como el suelo) absorbe aproximadamente otro 25%. Sin embargo, según un estudio de la Universidad de Columbia en Nueva York, la capacidad de absorción de nuestro planeta disminuirá a partir de mediados de siglo. Se predice una retroalimentación destructiva: las olas de calor y las sequías hacen que las plantas interrumpan su fotosíntesis, que es uno de los mecanismos más importantes para eliminar el CO 2 de la atmósfera. Al mismo tiempo, muchas plantas mueren. Esto significa que queda más CO 2 antropogénico en la atmósfera y, además, debido a la descomposición de la biomasa muerta, se añade más CO 2 (se libera a la atmósfera). Esto está impulsando el calentamiento global, por lo que el calor y la sequía se intensifican. Dado que las plantas evaporan menos agua durante el estrés por calor, también falta el efecto refrescante de esta transpiración.

Interacciones y cascadas

Presuntas interacciones entre algunos elementos de inflexión (⊕: aumenta la probabilidad de ocurrencia, ⊖: la reduce, ⊖ / ⊕: efecto en ambas direcciones, efecto neto incierto)

Puede haber interacciones entre elementos basculantes. Activar un elemento de inclinación puede aumentar o, en algunos casos, reducir la probabilidad de que otros se inclinen. Para algunas interacciones, se desconoce la dirección (mayor o menor probabilidad de ocurrencia). Existe el riesgo de efectos dominó y retroalimentación que se refuerzan mutuamente a través de tales interacciones. En un análisis de coste-beneficio económico , este riesgo habla a favor de estabilizar el clima por debajo de 1,5 ° C como política climática óptima. El científico del sistema terrestre Timothy Lenton señala la posibilidad de que los elementos de inclinación a pequeña escala que no se examinan de cerca y que a menudo no se incluyen en los modelos podrían desencadenar la inclinación de elementos a gran escala.

Una investigación sobre el riesgo de retroalimentación autorreforzada en el sistema climático divide a grandes rasgos los elementos de inflexión a gran escala en tres grupos después del calentamiento que probablemente los desencadenará:

1 a 3 grados centígrados
Derretimiento de la capa de hielo de Groenlandia, la capa de hielo del mar Ártico en verano, los glaciares alpinos y la capa de hielo de la Antártida occidental, así como la muerte de casi todos los arrecifes de coral.
3 a 5 grados centígrados
Entre otras cosas, disminución de los bosques boreales, cambio en El Niño-Oscilación del Sur (ENOS), desaceleración de la circulación termohalina del Atlántico, desertificación de la selva tropical, colapso del monzón de verano de la India.
desde 5 grados centígrados
Deshielo extenso de la capa de hielo de la Antártida oriental y del hielo marino del Ártico en invierno, aumento del nivel del mar de varias docenas de metros, deshielo extenso de los suelos de permafrost

Si se activan elementos de inclinación del primer grupo, esto podría activar más elementos de inclinación junto con el aumento de temperatura a través de una retroalimentación biogeofísica gradual. Esto amenaza el riesgo de una cascada que transformaría incontrolable e irreversiblemente el clima en un clima cálido con temperaturas comparables a las del Mioceno Medio . Una estabilización del sistema climático terrestre en un rango de fluctuación similar al del Holoceno actual con un corredor de temperatura de un máximo de ± 1 ° C, en el que las civilizaciones humanas podrían desarrollarse relativamente sin perturbaciones, no ocurriría en el futuro previsible en la base de un equilibrio térmico-radiativo . Incluso si se cumpliera el objetivo de dos grados , como se acordó en el Acuerdo de París en 2015 , existiría este riesgo; si la temperatura continuara aumentando, aumentaría drásticamente. En el curso de este desarrollo tan rápido, incluida la posible desestabilización de toda la biosfera , podría surgir una condición climática cuyas características especiales serían una novedad en la historia de la tierra. La ocurrencia y los efectos climáticos de los puntos de inflexión durante diferentes períodos geocronológicos se consideran seguros y son objeto de investigación en paleoclimatología .

Las simulaciones por computadora de modelos climáticos a menudo no representan adecuadamente los elementos inclinados con cambios de estado abruptos y no lineales. En algunos casos, las relaciones en las que se basan los elementos de inclinación recién descubiertos solo se incluyen en los modelos climáticos correspondientes a lo largo del tiempo o se incluyen temporalmente como factores de corrección posteriores.

literatura

enlaces web

Videos

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