Elemente de basculare în încălzirea globală

Elementele de basculare a climei sunt subsisteme la scară largă ale Pământului care pot depăși pragurile critice (punctele de basculanță) în timpul încălzirii globale în curs de desfășurare, cu impact substanțial asupra biosferei și societăților umane. Exemple studiate frecvent de astfel de elemente de basculare includ Calota de gheață din Groenlanda, Circulația de retur a meridianului Atlanticului, permafrostul, sistemele musonice și pădurea tropicală amazoniană. În timp ce eforturile științifice recente ne-au îmbunătățit cunoștințele despre elementele individuale de basculare, interacțiunile dintre ele sunt mai puțin bine înțelese. De asemenea, potențialul evenimentelor individuale de basculare de a induce basculări suplimentare în altă parte sau de a stabiliza alte elemente de basculare este în mare parte necunoscut

Schimbările climatice pot provoca schimbări bruște și ireversibile ale mediului și societății (Masson-Delmotte et al., 2021). Mai multe subsisteme climatice au fost identificate ca fiind expuse riscului de a suferi schimbări calitative și adesea ireversibile atunci când pragurile critice ale încălzirii globale sunt depășite (Wang și colab., 2023; Armstrong McKay și colab., 2022; Bathiany și colab., 2016; Lenton și colab. ., 2008). Astfel de subsisteme sunt denumite elemente de basculare (tipping elements, TE) iar exemplele includ Circulația cu retur meridiană a Atlanticului (Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC), calotele polare de gheață, pădurile tropicale, regiunile de permafrost și biosfera marină. Modificările neliniare pot avea loc la punctele de basculare (tipping points, TP), unde o modificare ușoară a unui parametru sau o mică perturbare a stării unui sistem poate provoca o schimbare mare a sistemului, conducându-l să tranziteze într-o stare complet diferită (adesea nedorită). Din punct de vedere al sistemelor dinamice, se poate atinge un punct de basculare la trecerea unei valori critice a unui parametru de control, de exemplu, concentrația atmosferică de CO2, care afectează stările de echilibru ale sistemului. Aceste procese sunt în centrul comportamentului de basculare în sistemul climatic și au fost găsite în numeroase subsisteme ale sistemului climatic.

Un element de basculare este orice subsistem climatic care are un răspuns neliniar (feedback cu autoamplificare) la forțare, astfel încât sistemul să se reorganizeze (Armstrong McKay et al., 2022). Această definiție include elemente de basculare a climei la scară largă, cum ar fi AMOC (Weijer și colab., 2019) sau calotele polare de gheață (Rosier și colab., 2021), unde feedback-urile asociate (de exemplu, advecția sării, elevația topirii sau albedoul ghrții) sunt bine cunoscute, dar și bistabilități mai regionale între vegetația de savană și pădure din regiunea Amazonului.

Procesele de basculare care implică mai multe elemente de basculare pot fi găsite și în istoria Pământului: în timpul ultimei epoci glaciare, schimbări bruște repetate, așa-numitele evenimente Dansgaard-Oeschger, au avut loc între fazele reci și calde care au durat 1.000-4.000 de ani (Dansgaard et al. , 1993). În timp ce cele mai multe elemente polare și din emisfera nordică (gheața de mare, circulația oceanului, dinamica atmosferică) par să fi fost implicate (Vettoretti și Peltier, 2016; Zhang și colab., 2014; Clement și Peterson, 2008; Ganopolski și Rahmstorf, 2001), impactul acestor schimbări asupra climei a fost global (Barbante et al., 2006; Shackleton et al., 2000).

Referințe

• Armstrong McKay, D. I., Staal, A., Abrams, J. F., Winkelmann, R., Sakschewski, B., Loriani, S., Fetzer, I., Cornell, S. E., Rockstrom, J., and Lenton, T. M.: Exceeding 1.5 C global warming could trigger multiple climate tipping points, Science, 377, eabn7950, 2022.
• Bathiany, S., Dijkstra, H., Crucifix, M., Dakos, V., Brovkin, V., Williamson, M. S., Lenton, T. M., and Scheffer, M.: Beyond bifurcation: using complex models to understand and predict abrupt climate change, Dynamics and Statistics of the Climate System, 1, 1-31, 2016.
• Clement, A. C. and Peterson, L. C.: Mechanisms of abrupt climate change of the last glacial period, Reviews of Geophysics, 46, 2008.
• Dansgaard, W., Johnsen, S. J., Clausen, H. B., Dahl-Jensen, D., Gundestrup, N. S., Hammer, C. U., Hvidberg, C. S., Steffensen, J. P., Sveinbjornsdottir, A., Jouzel, J., et al.: Evidence for general instability of past climate from a 250-kyr ice-core record, Nature, 364, 218-220, 1993.
• Ganopolski, A. and Rahmstorf, S.: Rapid changes of glacial climate simulated in a coupled climate model, Nature, 409, 153-158, 2001.
• Lenton, T. M., Held, H., Kriegler, E., Hall, J. W., Lucht, W., Rahmstorf, S., and Schellnhuber, H. J.: Tipping elements in the Earth’s climate system, Proceedings of the National Academy of Sciences, 105, 1786-1793, 2008.
• Masson-Delmotte, V. P., Zhai, A., Pirani, S., Connors, C., Pdan, S., Berger, N., Caud, Y., Chen, L., Goldfarb, M., Gomis, M., Huang, K., Leitzell, E., Lonnoy, J., Matthews, T., Maycock, T., Waterfield, O., Yelekci, R. Y., and Zhou, B. e.: IPCC, 2021: Climate Change 2021:
• Rosier, S. H., Reese, R., Donges, J. F., De Rydt, J., Gudmundsson, G. H., and Winkelmann, R.: The tipping points and early warning indicators for Pine Island Glacier, West Antarctica, The Cryosphere, 15, 1501-1516, 2021.
• Shackleton, N. J., Hall, M. A., and Vincent, E.: Phase relationships between millennial-scale events 64,000-24,000 years ago, Paleoceanog-1185 raphy, 15, 565-569, 2000.
• Vettoretti, G. and Peltier, W. R.: Thermohaline instability and the formation of glacial North Atlantic super polynyas at the onset of Dansgaard-Oeschger warming events, Geophysical Research Letters, 43, 5336-5344, 2016.
• Wang, S., Foster, A., Lenz, E. A., Kessler, J. D., Stroeve, J. C., Anderson, L. O., Turetsky, M., Betts, R., Zou, S., Liu, W., et al.: Mechanisms and impacts of Earth system tipping elements, Reviews of Geophysics, 61, e2021RG000 757, 2023.
• Weijer, W., Cheng, W., Drijfhout, S. S., Fedorov, A. V., Hu, A., Jackson, L. C., Liu, W., McDonagh, E., Mecking, J., and Zhang, J.: Stability of the Atlantic Meridional Overturning Circulation: A review and synthesis, Journal of Geophysical Research: Oceans, 124, 5336-5375, 2019.
• Zhang, X., Lohmann, G., Knorr, G., and Purcell, C.: Abrupt glacial climate shifts controlled by ice sheet changes, Nature, 512, 290-294, 2014.

Sursa: Wunderling, N., von der Heydt, A., Aksenov, Y., Barker, S., Bastiaansen, R., Brovkin, V., Brunetti, M., Couplet, V., Kleinen, T., Lear, C. H., Lohmann, J., Roman-Cuesta, R. M., Sinet, S., Swingedouw, D., Winkelmann, R., Anand, P., Barichivich, J., Bathiany, S., Baudena, M., Bruun, J. T., Chiessi, C. M., Coxall, H. K., Docquier, D., Donges, J. F., Falkena, S. K. J., Klose, A. K., Obura, D., Rocha, J., Rynders, S., Steinert, N. J., and Willeit, M.: Climate tipping point interactions and cascades: A review, EGUsphere [preprint], https://doi.org/10.5194/egusphere-2023-1576, 2023. Licența CC BY 4.0. Traducere și adaptare Nicolae Sfetcu