Войти
Возможные опрокидывающие элементы в климатической системе. 
Взаимодействие переломных моментов климата (внизу) с соответствующими переломными точками в социально-экономической системе (вверху) в различных временных масштабах. A критическая точка в климатической системе - это порог, превышение которого может привести к значительным изменениям состояния системы. Возможные переломные моменты были выявлены в физической климатической системе, в затронутых экосистемах, а иногда и в обеих. Например, обратная связь от глобального углеродного цикла является движущей силой перехода между ледниковым и межледниковым периодами, причем орбитальное воздействие обеспечивает начальный триггер. геологический температурный рекорд Земли включает в себя множество других примеров геологически быстрых переходов между различными состояниями климата.
Переломные точки климата представляют особый интерес в связи с опасениями по поводу глобального потепления в современная эпоха. Возможное поведение критической точки было выявлено для средней глобальной температуры поверхности путем изучения самоусиливающихся обратных связей и поведения климатической системы Земли в прошлом. Самоусиливающиеся обратные связи в углеродном цикле и планетарной отражательной способности могут вызвать каскадный набор переломных моментов, которые приведут мир к состоянию тепличного климата.
Крупномасштабные компоненты системы Земля, которые могут пройти переломный момент, были названы опрокидывающими элементами. Опрокидывающие элементы обнаружены в Гренландии и антарктическом ледяном покрове, что, возможно, вызывает повышение уровня моря на десятки метров . Эти переломные моменты не всегда случаются внезапно. Например, при некотором повышении температуры таяние большей части ледникового щита Гренландии и / или Западно-Антарктического ледяного щита станет неизбежным; но сам ледяной щит может сохраняться в течение многих столетий. Некоторые опрокидывающие элементы, такие как коллапс экосистем, необратимы.
В AR5 IPCC определен переломный момент как необратимое изменение в климатической системе. В нем говорится, что точные уровни изменения климата, достаточные для того, чтобы вызвать переломный момент, остаются неопределенными, но что риск, связанный с пересечением нескольких переломных моментов, увеличивается с повышением температуры. Иногда также используется более широкое определение переломных моментов, которое включает резкие, но обратимые переломные моменты.
В контексте изменения климата «переломный момент адаптации» был определен как «пороговое значение или конкретная граница. состояние, при котором превышаются экологические, технические, экономические, пространственные или социально приемлемые пределы ».
Поведение переломного момента в климате также можно описать математическими терминами. В таком случае переломные моменты рассматриваются как любой тип бифуркации с гистерезисом. Гистерезис - это зависимость состояния системы от ее истории. Например, в зависимости от того, насколько тепло или холодно было в прошлом, на полюсах может быть разное количество льда при одинаковой концентрации парниковых газов или температуре.
В исследовании, вдохновленном «математическими и математическими расчетами». статистические подходы к моделированию и прогнозированию климата », авторы выделяют три типа переломных моментов в открытых системах, таких как климатическая система: бифуркационные, вызванные шумом и зависящие от скорости. Идея переломных моментов в науке о климате, о чем свидетельствуют палеоклиматические данные и глобальные климатические модели, предполагает, что «климатическая система может резко« перевернуться »с одного режима на другой за сравнительно короткое время».
Бифуркация- индуцированный опрокидывание относится к изменениям в динамических системах, которые происходят, когда небольшое плавное изменение, внесенное в параметры бифуркации системы, вызывает резкое или внезапное топологическое изменение в поведении системы. В атлантической меридиональной опрокидывающейся циркуляции (AMOC) медленный переход к параметрам бифуркации - солености, температуре и плотности воды - может вызвать резкое коллапс AMOC при достижении критической точки опрокидывания. Течения теплой морской воды в верхних слоях Атлантического океана текут на север, в то время как потоки более холодных, глубоких вод из Северной Атлантики текут на юг, как конвейерная лента, известная как термохалинная циркуляция. Нисходящий поток происходит, когда более теплая морская вода с более высокой плотностью накапливается и опускается под более холодную, менее плотную и менее соленую воду от таяния ледников. Коллапс AMOC может произойти, если нисходящий поток будет подавлен. [критическое замедление] (CSD) «происходит потому, что восстанавливающая обратная связь ослабевает по мере приближения к переломной точке бифуркационного типа».
Опрокидывание, вызванное шумом, относится к переходам из-за случайных флуктуаций или внутренней изменчивости системы, как в событиях Дансгаарда-Ошгера во время последнего ледникового периода, с 25 случаями быстрых колебаний климата.
опрокидывание, вызванное скоростью, происходит в «возбудимой системе» - такой как торфяники - когда один из параметров системы "постепенно изменяется" через "устойчивое, медленное и монотонное изменение", вызывая "сильную возбудимую реакцию". В случае торфяников, точка перелома, вызванная скоростью, приводит к «взрывному выбросу углерода почвы из торфяников в атмосферу» - «нестабильности компостной бомбы».
Существует множество положительных и отрицательных обратной связи с глобальными температурами и углеродным циклом , которые были идентифицированы. МГЭИК сообщает, что обратная связь с повышением температуры является чистой положительной на оставшуюся часть этого столетия, с влиянием облачности самой большой неопределенности. Модели углеродного цикла МГЭИК показывают более высокое поглощение углерода океаном, соответствующее путям более высокой концентрации, но поглощение углерода землей является неопределенным из-за комбинированного воздействия изменения климата и изменений в землепользовании.
Геологические данные о температуре и концентрации парниковых газов позволяет климатологам собирать информацию о обратных связях климата, которые приводят к различным климатическим состояниям, таким как позднечетвертичный (последние 1,2 миллиона лет), плиоценовый период пять миллионов лет назад и меловой период 100 миллионов лет назад. Объединение этой информации с пониманием текущего изменения климата привело к открытию, что «потепление на 2 ° C может активировать важные опрокидывающие элементы, повышая температуру еще больше, чтобы активировать другие опрокидывающие элементы в каскаде, похожем на домино, который может заставить Земную систему даже более высокие температуры ».
Скорость обратной связи в точке опрокидывания является критически важной проблемой, и геологические данные часто не могут дать ясности относительно того, произошли ли изменения температуры в прошлом всего за несколько десятилетий или многие тысячелетия. Например, переломным моментом, который когда-то опасался быть резким и ошеломляющим, является выброс клатратных соединений, захороненных в морском дне и вечной мерзлоте морского дна, но теперь эта обратная связь считается хронической и долгосрочной
.Некоторые индивидуальные отзывы могут быть достаточно сильными, чтобы вызвать переломные моменты сами по себе. Исследование 2019 года предсказывает, что если парниковые газы в три раза превысят текущий уровень углекислого газа в атмосфере, слоисто-кучевые облака могут внезапно рассеяться, что приведет к дополнительному потеплению на 8 градусов по Цельсию.
Неуправляемый парниковый эффект используется в астрономических кругах для обозначения парникового эффекта, который настолько силен, что океаны выкипают и делают планету непригодной для жизни - необратимое климатическое состояние, которое произошло на Венере. В Пятом оценочном отчете МГЭИК говорится, что «у« неуправляемого парникового эффекта »- аналогичного Венере - практически нет шансов быть вызванным антропогенной деятельностью». Условия на Земле, подобные Венере, требуют большого долгосрочного воздействия, которое вряд ли произойдет до тех пор, пока солнце не станет ярче на несколько десятков процентов, что займет несколько миллиардов лет.
В то время как неконтролируемый парниковый эффект на Земля практически невозможна, есть признаки того, что Земля может войти во влажное парниковое состояние, которое сделает большую часть Земли непригодной для жизни, если климатическое воздействие достаточно велико, чтобы сделать водяной пар (H2O) основным атмосферный компонент. Возможные уровни антропогенного воздействия на климат увеличили бы водяной пар примерно до 1% от массы атмосферы, тем самым увеличив скорость утечки водорода в космос. Если бы такое воздействие было полностью связано с CO 2, процесс выветривания удалил бы избыточный атмосферный CO 2 задолго до того, как океан будет значительно истощен.
Плавное или резкое изменение температуры может вызвать опрокидывание в глобальном масштабе. В криосфере они включают необратимое таяние Гренландского и Антарктического ледяных щитов. В Гренландии существует цикл положительной обратной связи между таянием и подъемом поверхности. На более низких отметках температуры выше, что приводит к дополнительному плавлению. Эта петля обратной связи может стать настолько сильной, что произойдет необратимое таяние. Нестабильность морского ледяного покрова может вызвать переломный момент в Западной Антарктиде. Пересечение любого из этих переломных моментов приводит к ускоренному повышению глобального уровня моря.
Когда пресная вода высвобождается в результате таяния Гренландии, может быть превышен порог, который приводит к нарушению термохалинной циркуляции. Термохалинная циркуляция переносит тепло на север, что важно для регулирования температуры в Атлантическом регионе. Риски для полного останова от низкого до умеренного в соответствии с Парижским соглашением уровнями потепления.
Другими примерами возможных крупномасштабных опрокидывающих элементов являются сдвиг Эль-Ниньо - Южное колебание. После пересечения критической точки теплая фаза (Эль-Ниньо) стала бы происходить чаще. Наконец, южный океан, который теперь поглощает много углерода, может перейти в состояние, в котором он больше этого не делает.
Изменение климата может вызвать региональные переломные моменты, поскольку Что ж. Примеры: исчезновение арктического морского льда, появление древесных пород в тундре, исчезновение вечной мерзлоты, обрушение муссонов в Южной Азии и усиление западноафриканских муссонов, что приведет к озеленению Сахары и Сахеля. Вырубка лесов может вызвать переломный момент в тропических лесах (т.е. саванизация в тропических лесах Амазонки,...). Поскольку дождевые леса перерабатывают большую часть своих осадков, когда часть леса разрушается, остальная часть может угрожать местной засухе. Наконец, бореальные леса также считаются элементом опрокидывания. Локальное потепление приводит к тому, что деревья умирают с большей скоростью, чем раньше, пропорционально повышению температуры. По мере того, как умирает все больше деревьев, леса становятся более открытыми, что ведет к дальнейшему потеплению и делает леса более уязвимыми для пожаров. Точку перелома трудно предсказать, но, по оценкам, повышение глобальной температуры составляет 3-4 ° C.
Пересечение порога в одной части климатической системы может вызвать другой элемент опрокидывания, чтобы перейти в новое состояние. Это так называемые «каскадные переломные моменты». Исчезновение льда в Западной Антарктиде и Гренландии существенно изменит циркуляцию океана. Устойчивое потепление северных высоких широт в результате этого процесса может активировать опрокидывающие элементы в этом регионе, такие как деградация вечной мерзлоты, потеря арктического морского льда и исчезновение северных лесов. Это показывает, что даже при относительно низких уровнях глобального потепления могут активироваться относительно стабильные опрокидывающие элементы.
Тимоти Лентон из Эксетерского университета, Англия, и его группа исследователей впервые предупредили в своей знаменательный 7 февраля 2008 г. документ PNAS о «рисках переломных моментов в климате». В 2008 году Лентон и его команда «думали, что опасность возникнет только тогда, когда глобальное потепление превысит доиндустриальный уровень на 5 градусов по Цельсию (9 градусов по Фаренгейту)». В новом исследовании, опубликованном в Nature 27 ноября 2019 года Лентоном и шестью соавторами, содержится предупреждение на языке, который «намного резче», чем прогнозы Межправительственной группы экспертов по изменению климата, что риски «гораздо более вероятны и гораздо более неизбежны» и что некоторые «могут быть уже нарушены».
Для некоторых из описанных выше переломных моментов это может быть можно определить, приближается ли эта часть климатической системы к критической точке; тем не менее, обнаружение может отметить только вероятность резких изменений, в то время как предсказать, когда и где они произойдут, остается трудным. Основной способ обнаружения этих предупреждающих сигналов - через естественные архивы, такие как отложения, ледяные шапки и кольца деревьев, где можно наблюдать прошлые изменения климата. Все части климатической системы иногда нарушаются погодными явлениями. После разрушения система возвращается в состояние равновесия. Шторм может повредить морской лед, который после урагана снова вырастет. Если система приближается к опрокидыванию, восстановление ее нормального состояния может занять все больше времени, что можно использовать как предупреждающий знак опрокидывания.
A 2019 Исследование ЮНЕП показывает, что по крайней мере для Арктики и ледникового покрова Гренландии переломный момент уже достигнут. Из-за росы вечной мерзлоты почвы, больше метана (в дополнение к другому короткоживущему загрязнителю климата ) может попасть в атмосферу раньше, чем предполагалось ранее, и потеря отражающие ледяные щиты запустили мощный цикл положительной обратной связи, ведущий к еще более высоким температурам. Возникающая в результате ускоряющаяся климатическая нестабильность в полярном регионе может повлиять на глобальный климат, устаревшие предыдущие прогнозы относительно того момента в будущем, когда произойдет глобальный поворот.
Более региональный переломный момент, возможно, уже был достигнут в виде массового отступления арктического морского льда. По словам ученого Рона Линдсея из Лаборатории прикладной физики Вашингтонского университета, переломный момент в Арктике материализуется в виде петли положительной обратной связи, где «усиление летнего таяния означает снижение роста зимой, а затем еще большее таяние следующим летом и так далее». Утрата арктического морского льда, хотя и наносит ущерб региону, также имеет серьезные последствия для остальной части земного шара. Критически важна роль морского льда в увеличении альбедо Земли или отражательной способности. Морской лед имеет уровень альбедо от 0,5 до 0,7, отражая от пятидесяти до семидесяти процентов поступающей энергии, в то время как океан под ним имеет альбедо всего 0,06, что отражает только шесть процентов поступающей энергии. Поскольку морской лед уменьшается и обнажает менее отражающий океан, альбедо уменьшается по всему региону. Особое значение имеет летний морской лед, поскольку он отражает примерно пятьдесят процентов поступающей радиации обратно в космос в то время, когда в Арктике уже наблюдается увеличение дневного света. NOAA (Национальное управление океанических и атмосферных исследований) отмечает, что в сентябре 2019 года «морской ледяной покров достиг своего годового летнего минимума, став вторым по величине за всю историю наблюдений в 2007 и 2016 годах».
В июне 2019 года спутник изображения со всей Арктики показали горящие пожары, которые происходят дальше на север и имеют большую силу, чем когда-либо за 16-летнюю спутниковую запись, и некоторые из пожаров, похоже, зажгли торфяные почвы. Торф представляет собой скопление частично разложившейся растительности и является эффективным поглотителем углерода. Ученые обеспокоены тем, что продолжительные торфяные пожары высвобождают накопленный углерод обратно в атмосферу, способствуя дальнейшему потеплению. Например, в результате пожаров в июне 2019 года выделено столько же углекислого газа, сколько ежегодные выбросы парниковых газов в Швеции.
Если климат превратится в сценарий тепличной Земли, некоторые ученые предупреждают об этом. продовольствие и нехватка воды, сотни миллионов людей перемещены из-за повышения уровня моря, нездоровых и непригодных для жизни условий, а также прибрежных штормов, имеющих более серьезные последствия. Стремительное изменение климата на 4–5 ° C может сделать участки планеты вокруг экватора непригодными для проживания, а уровень моря поднимется на 60 метров (197 футов) выше, чем сегодня. Люди не могут выжить, если воздух слишком влажный и жаркий, что произойдет с большинством населения, если глобальная температура повысится на 11–12 ° C, поскольку суша нагревается быстрее, чем в среднем в мире. Подобные эффекты были популяризированы в таких книгах, как Необитаемая Земля и Конец природы.
 | Викицитатник содержит цитаты, связанные с: Переломными точками в климатической системе |
