Накланящи се елементи - Ахилесови пети в земната система - Потсдамски институт за изследване на въздействието върху климата
Фигура: Географска класификация на най-важните отклоняващи елементи в земната система с посочване на климатичните зони според Köppen. Преобръщащите елементи могат да бъдат разделени на три класа: ледени тела, променящи се потоци или циркулационни системи на океаните и атмосферата и застрашени екосистеми с надрегионално значение. Системи с въпросителни знаци, чийто статут на повдигащ елемент все още не е научно осигурен. Източник: PIK, 2017.
Картата на накланящите се елементи е лицензирана под лиценз Creative Commons BY-ND 3.0 DE.
Кликнете върху заглавията за повече информация относно отделните накланящи се елементи.
Ледено тяло
Там, където лекият лед изчезва, обикновено се появява по-тъмна подпочвена повърхност, било то скалистото корито на ледник или морето. Тази открита тъмна повърхност абсорбира повече топлина от слънцето, което от своя страна ускорява изчезването на останалия лед. Този механизъм, известен като обратна връзка с лед-албедо, е класически пример за процес на самоукрепване, при който едно и също явление, а именно загубата на лед, е едновременно следствие и част от причината за повишаване на местната температура. Съществуват и много други механизми, които - както е описано по-долу - превръщат големите ледени маси на земната система в преобръщащи елементи.
Арктически морски лед се топи
Арктическият морски лед намалява с безпрецедентна скорост от няколко десетилетия. Това влияе не само на степента, но преди всичко на дебелината на плаващия лед. Въпреки че тънкият лед се натрупва отново бързо върху големи площи през студените години, той също е много чувствителен към топлото лято, така че може да се очаква Арктика да бъде без лед през лятото до края на века. Поради обратната връзка с ледено албедо (наред с няколко други явления), това допринася за факта, че глобалното затопляне във високите северни ширини е около два пъти по-бързо от средното за света 3 .
Загуба на гренландския леден лист
През последните години загубата на лед в Гренландия поради вливащите се в морето ледници и увеличеното топене през лятото рязко се увеличи. Ледената покривка, която на места е дебела три километра, ще загуби височина в дългосрочен план. Повърхността му, която все още е във високи и следователно студени слоеве въздух, потъва и следователно е изложена на по-топли температури. Това от своя страна засилва топенето. Има доказателства, че повратната точка на почти пълна загуба на лед в дългосрочен план може да бъде достигната с глобално затопляне от малко под 2 ° C 4. Ако емисиите продължават да нарастват, ледената покривка може дори да се срути напълно до края на хилядолетието, което ще доведе до увеличение до седем метра 5 .
Срутване на Западния Антарктически леден лист
Големи части от дъното на Западноантарктическия леден лист лежат на континенталния хребет под морското равнище и все по-дълбоко по-нататъшното прониква „нагоре по леда“ в тази част на континента. Тази особена ситуация означава, че ледената покривка може да стане нестабилна поради определени процеси на потока 6. Ако Западният антарктически леден лист се разпадне в резултат на този процес, нивото на морето ще се повиши с над три метра през вековете. Има обаче индикации, че - със или без човешка намеса 7 - точно такъв процес вече е в ход днес 8-11 .
Частичен колапс в Източна Антарктида
Въпреки че Източна Антарктида, която е дом на повечето световни запасени с лед запаси от сладка вода, изглежда стабилна в момента, големи водоточни басейни също са разположени тук под морското равнище. Възможно е загубата на относително малка „запушалка“ от лед, която запушва нестабилна зона, да изложи части от Източна Антарктида на самоусилващия се механизъм за загуба на лед, описан по-горе за Западна Антарктика 12. Затопляне от 2-3 ° C може да предизвика нестабилност и тук, с дългосрочен потенциал за повишаване на морското равнище от 3-4 метра 13 .
Размразяване на арктическия вечен лед
Арктическите вечни замръзнали или вечно замръзнали почви, замразени от векове до хилядолетия, се намират в Сибир и Северна Америка и при размразяване могат да отделят огромни количества въглероден диоксид и метан. Най-горните три метра съхраняват около хиляда милиарда тона въглерод 14. Въпреки това вечната замръзналост може да отиде много по-дълбоко: в така наречените почви на Йедома няколкостотин милиарда тона въглерод вероятно се съхраняват на дълбочина над 3 метра - тези вещества идват от органичен материал, който е бил съхраняван тук по време на и от последната ледникова епоха 14 Микроорганизмите, които разграждат тези въглеродни съединения, генерират топлина, като по този начин ускоряват размразяването и разлагането на почвата. По време на така нареченото термокарстово образуване, откъсването на земята излага по-дълбоки слоеве на процеси на оросяване и разлагане. Такива самоинтензифицирани процеси на унищожаване, подхранвани от затопляне на Арктика два пъти и половина по-бързо от глобалното средно ниво 16, няма да бъдат обратими в кратък период от няколко века, тъй като първоначалното съхранение е продължило много хилядолетия 17 .
Отделяне на метан от океаните
Метанхидратът е метан, задържан в лед, който се съхранява в седиментите на Арктическия океан, особено в Източен Сибир. Количеството органичен въглерод, съхранявано там, все още е трудно да се оцени надеждно 14. Метановите хидрати бавно се разграждат в продължение на хиляди години поради подаването на топлина от морската вода - те се считат за бавен елемент на накланяне. Метанът е краткотраен, макар и много мощен парников газ. Повечето от тях се окисляват в атмосферата до въглероден диоксид в рамките на едно десетилетие, което след това допълнително загрява атмосферата в продължение на хилядолетия.
потоксистеми
Има целогодишни или сезонни преобладаващи мащабни модели на въздушни и океански течения, както и многогодишни природни колебания, които не са неизменни. В климатичната история на нашата планета имаше няколко сътресения и фази на реорганизация. По-долу се обобщават възможните внезапни промени в поточните системи, които можем да очакваме в бъдеще.
Намаляване на циркулацията на термохалин в Атлантическия океан
Преобръщащите се течения на Атлантическия океан представляват огромен енергиен конвейер, с който топлата вода на повърхността се транспортира на север и след охлаждане и потъване там, обратно на юг. Голфстриймът, отговорен за мекия климат в Северозападна Европа, е част от настоящата система. Един от основните му двигатели е студената, плътна (и следователно тежка) солена вода, която потъва в дълбините край Гренландия и Лабрадор. Ако вследствие на топенето на лед на север се влее повече прясна вода, образуването на дълбоки води може да отслабне поради по-ниската плътност на водата и това задвижване може да отслабне. Отслабването на Персийския поток с около 15% вече е демонстрирано 18-19. Това може да има сериозни ефекти върху морските екосистеми, да доведе до охлаждане в северната част на Атлантическия океан и да засили покачването на морското равнище, особено на брега на Атлантическия океан в САЩ.
Нарушение на феномена Ел Ниньо
Обикновено пасатите в Тихия океан край Южна Америка изтласкват дълбока дълбока вода на повърхността. След това топлата повърхностна вода тече - движена от вятъра - от Южна Америка до Югоизточна Азия. При метеорологичното явление Ел Ниньо пасатите са отслабени и се създава противоположно течение. В резултат югоизточната част на Тихия океан край Южна Америка се затопля. Особено силни прояви на това явление, което се повтаря нередовно на всеки две до седем години, могат да зачестят при неконтролирани климатични промени 20. Ефектът от този модел може да се почувства по целия свят, например под формата на суша в Австралия и Югоизточна Азия и увеличени валежи по западните брегове на Америка. В хода на такава промяна в модела на океанско-атмосферната циркулация, мусонната динамика може също да се промени 21, например в Западна Индия или Южна Африка.
Забавяне или заключване на планетарните вълни на струйния поток
На височина от 7 до 12 километра струйният поток, известен като струен поток, се вие над средните ширини около северното полукълбо и като зонална ивица от силни ветрове разделя студените въздушни маси в Арктика от по-умерените на юг. Вълните, които удря, "се скитат" около Земята по такъв начин, че да движат тези въздушни маси в източна посока. Тази динамика на въздуха е отправна точка за появата на зони с високо и ниско налягане, които от своя страна оказват силно влияние върху времето в тези региони. Движението на въздушната маса през струята струя изглежда се забавя или вълните могат дори да щракнат в струята струя, така че общите метеорологични условия да не се разтварят в продължение на много седмици. Това от своя страна може да доведе до различни постоянни екстремни метеорологични условия като студени и топлинни вълни, наводнения и суши 22–26 .
Дестабилизация на индийските мусони
До 90% от индийския дъжд се дължи на редовно възникващите летни мусони. Мусонът се основава на вътрешен механизъм за обратна връзка, който осигурява постоянен, самоусилващ се транспорт на влажен въздух от морето до сушата. Поради кондензацията на тази влага, от падащите валежи се отделя латентна топлина, която продължава да гарантира, че топлите въздушни маси се издигат и влажният въздух от морето се изтегля зад нея. Както аерозолите (замърсяване на въздуха по ключови думи), така и промяната в земеползването играят ключова роля в тази силно чувствителна система. В хода на изменението на климата в Южна Азия може да се генерира махало движение на отслабени и засилени мусонни събития, в резултат на което екстремни суши и бедствия от наводнения ще се редуват 27–29 .
Промяна в западноафриканските мусони, засягащи Сахара
Взаимодействието на почвената влага, растителността и атмосферата също може да предизвика промяна в западноафриканската мусонна система 30. Това може да доведе до периоди на обилни или лоши валежи за населението на Западна Африка, в зависимост от това дали валежният пояс се измества на юг към Гвинейския залив или на север към зоната Сахел. В последния случай валежите в зоната на Сахел могат да се увеличат и да насърчат повторното озеленяване на Сахара - при условие че регионът не е прекалено голям. Озеленяването обаче може да има и негативни последици. Тъй като източниците на пустинен прах, който досега се пренася на запад през Атлантическия океан в бури и дори снабдява с хранителни вещества коралови рифове в Карибите и тропическите гори на Амазонка, могат да изсъхнат, когато Сахара стане зелена.
Изсушаване на северноамериканския югозапад
Поради разширяването на субтропичната суха зона на север, количеството на валежите в югозападната част на Северна Америка вече намалява днес. Схемите на океанския и атмосферния поток, отговорни за валежите в региона, са много подобни на мусонната система. Съответно, може да съществува повратна точка, която, ако бъде пресечена, югозападната част на Съединените щати изведнъж ще трябва да се бори с още по-голяма суша.
Екосистеми
Ако стане твърде топло или прекалено сухо в даден район - ако тяхната екологична ниша се затвори поради климатични промени - те няма да могат да оцелеят там. Някои видове са добре оборудвани за избягване, например към полюсите или на по-голяма надморска височина. Видове, които са засегнати от много специфични условия на живот като са адаптирани в планински или полярни местообитания - не могат. Във всеки случай подходящите жилищни пространства са рядкост в днешния свят, за което до голяма степен претендират хората. Изменението на климата може да промени цели региони, като направи екосистемните общности, техния типичен климат и адаптираните към тях видови съобщества да изчезнат.
Трансформация на тропическите гори на Амазонка
Голяма част от валежите в басейна на Амазонка идват от вода, която се е изпарила от гората. Намаляването на валежите при по-топъл земен климат и обезлесяването на тропическите гори и пожарите могат да доведат гората до критична граница 31. Между превишаването на тази критична граница и видимите й ефекти може да има няколко десетилетия. Преобразуването на тропическите гори на Амазонка в адаптирана към суша сезонна гора или тревист пейзаж би имало фундаментални ефекти върху климата на Земята, тъй като тук се извършва около една четвърт от глобалния обмен на въглерод между атмосферата и биосферата. Освен това ще бъде загубена значителна мивка за въглерод. В същото време изчезването на тропическите гори би означавало огромна загуба на биологично разнообразие, което също би било важен носител на надежда за евентуално възстановяване на системата 32 .
Упадък на скандинавските иглолистни гори (бореални гори)
Скандинавските иглолистни гори заемат почти една трета от горските площи в света. С изменението на климата стресът върху тях от растителни вредители, пожар и бури се увеличава, докато тяхното регенериране е нарушено от липсата на вода, увеличеното изпаряване и човешката употреба 33. Ако експозицията надвишава характерните прагове, те могат да бъдат изместени от храсти и пасища. Изчезването на горите не само би унищожило местообитанието на много животни и растения, но и би означавало масово отделяне на въглероден диоксид, което вероятно ще допринесе за ускорено глобално затопляне .
Унищожаване на коралов риф
Кораловите рифове са много чувствителни местообитания, които са повредени от малки температурни колебания и по-специално от подкисляването на океана. Затоплянето на водата значително насърчава "избелването на корали", което се е случило през последните години, при което кораловите полипи отблъскват водораслите, живеещи в тях и след това често умират 36. Дори ако се спазва границата от 2 ° C, трябва да се очаква загуба на голяма част от рифовете 37. След като рифът се срути, отнема няколко хиляди години, за да порасне отново.
Отслабване на морската въглеродна помпа
Световният океан абсорбира огромни количества въглерод - около 40% от предишните антропогенни емисии на CO2 са изтеглени от атмосферата. Голяма част от него се използва от водораслите за растеж и потъва в дълбоките води след смъртта им. Функцията на тази така наречена морска биологична въглеродна помпа може да бъде ограничена от затоплянето и подкисляването на водата, както и от честата поява на недостиг на кислород.
Обща информация за накланящите се елементи
Schellnhuber, Hans Joachim. Самозапалване: Фаталната триъгълна връзка между климата, хората и въглерода. C. Bertelsmann Verlag, глава 21, 2015.
Levermann, Anders, et al. "Потенциални климатични преходи с дълбоко въздействие върху Европа." Климатична промяна 110.3-4 (2012): 845-878.
Schellnhuber, Hans Joachim. „Чайни елементи в Земната система.“ Известия на Националната академия на науките 106,49 (2009): 20561-20563.
Lenton, Timothy M., et al. „Чайни елементи в климатичната система на Земята.“ Известия на Националната академия на науките 105,6 (2008): 1786-1793.
Лентън, Тимоти М. и Ханс Йоахим Шелнхубер. „Преобръщане на везните.“ Промяна на климата в природата 1.712 (2007): 97-98.
Lenton, Timothy M., et al. „Климатични повратни точки - твърде рисковано, за да се залага.“ (2019): 592-595.
Schellnhuber, Hans Joachim "Сблъскване с изменението на климата: Повратни точки и обратни завои." В Buckland, D. et al. (Ред.), Горящ лед. Нос Сбогом, Лондон (2006): 112
Schellnhuber, Hans Joachim и Held, Hermann. „Колко крехка е Земната система?“ В Briden, J. C. and Downing, T. E. (Eds.), Управление на Земята. The Linacre Lexture 2001. Oxford University Press, Oxford, (2002): 5
акредитивни писма
Класификация на климата според Köppen
Класификация на климата на Köppen, модифицирана от Trewartha и с
Разглеждане на отклоняващи се процедури според Рудлоф.
Köppen, W. (1936). Географската система на климата. В: Köppen W., Geiger R. (eds) Handbuch der Klimatologie, том I, Borntraeger, Берлин.
Trewartha, G. T. (1968). Въведение в климата, McGraw-Hill, Ню Йорк.
Rudloff, W. (1981). Световен климат, с таблици с климатични данни и
практически предложения, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Щутгарт.