Tiga elemen menyengat baru dalam sistem bumi

Sumber debu terbesar planet kita, kitaran bahan lautan dan hidrat metana sebagai elemen tipping potensi

Elemen Tipping Bodelle Valley: Ribut debu yang besar ini telah direkodkan dalam beberapa kelebihan di kawasan satelit Aqua Nasa. © Jacques Descloitres / MODIS / NASA / GSFC
membaca dengan kuat

Dalam satu isu khas jurnal saintifik "Prosiding Akademi Sains Kebangsaan" (PNAS), penyelidik telah membentangkan penemuan baru mengenai unsur-unsur tip dalam sistem iklim. Secara terperinci, mereka menganalisis lapan elemen penting sistem Bumi. Tiga dari mereka baru: sumber debu terbesar di dunia, siklus benda laut dan hidrat metana.

Unsur-unsur pemboncengan telah dikenalpasti sebagai komponen sistem bumi, yang secara asasnya telah diubah oleh gangguan kecil. Cakupan satu atau lebih unsur-unsur ini, terutamanya apabila pemanasan global berlangsung, dapat mengembalikan keadaan alam sekitar yang sangat stabil pada tempoh selepas glasier.

"Ini adalah soalan kardinal sistem bumi dan penyelidikan kemampanan, sama ada pemanasan global boleh menyebabkan perubahan tunggal komponen kritikal jentera planet ini, " jelas Hans Joachim Schellnhuber dari Institut Potsdam untuk Penyelarasan Impak Iklim (PIK). Singular - bertentangan dengan perubahan linier dan tidak linear yang berterusan - akan secara drastik mengubah keadaan alam sekitar di mana tamadun manusia muncul dan berkembang selama ribuan tahun.

Sistem iklim masih dalam mod Holocene

"Pada masa ini, sistem iklim masih beroperasi dalam mod Holocene, tetapi penyelidikan yang ditunjukkan di sini menunjukkan bahawa kenaikan suhu purata global lebih daripada dua darjah Celsius boleh mendorong sistem ke dalam pelbagai perubahan tunggal dan dengan itu dapat dicegah, " kata Schellnhuber.

Penyelidik PIK memperkenalkan konsep elemen menyengat ke dalam wacana saintifik sekitar sepuluh tahun lalu. Ia menerangkan bagaimana aktiviti manusia dapat membebankan komponen sistem iklim melampaui batas kritikal, sehingga proses penting dalam struktur "ujung" dan dari sana pada dasarnya berbeza. paparan

Lima tua dan tiga elemen menyengat baru dalam pemandangan

Dalam artikel yang diterbitkan pada tahun 2008, Tim Lenton dari UK University of East Anglia dan Schellnhuber membentangkan definisi rasmi dan senarai sembilan elemen tip mengenai kaitan politik tertentu. Lima elemen ini dibincangkan secara terperinci dalam edisi khas ini: fenomena iklim El Ni o / Southern Oscillation (ENSO), es laut Artik dan lembaran ais polar besar, hutan hujan Amazon, sistem monsun dan peredaran arus laut di Atlantik.

Arus laut di Atlantik

Matthias Hofmann dan Stefan Rahmstorf dari PIK membincangkan topik terakhir kestabilan yang disebut Sirkulasi Atlantik Thermohaline. Para penyelidik menyampaikan simulasi model baru peredaran di bawah penimbunan yang semakin meningkat ke Atlantik Utara. Ini bercanggah dengan hipotesis bahawa kelangsungan peredaran simulasi dan kemungkinan perubahan mendadak akibat kesalahan model boleh berlaku. Sebaliknya, unjuran model yang lebih maju menunjukkan bahawa peredaran semasa lebih terdedah daripada yang diandaikan sebelumnya.

Model monsun konsep

Kumpulan penyelidikan yang diketuai oleh Anders Levermann dari PIK menunjukkan bahawa setiap sistem monsun dicirikan oleh kemungkinan penamatan mendadak. Ini disebabkan oleh maklum balas sokongan kelembapan yang dipanggil, yang merupakan teras sistem monsun.

Para penyelidik telah memetakan kesan pengukuhan diri ini, yang dapat mengekalkan atau mengganggu peredaran udara di antara darat dan laut, dalam model muson konseptual. Keteraturan turun naik monsun bergantung pada bekalan makanan beberapa ratus juta orang di kawasan monsun.

Methane menghidrat sebagai unsur "unsur lambat"

David Archer dari University of Chicago dan pengarangnya memberikan hujah-hujah untuk mempertimbangkan hidrat metana dalam sedimen di dasar lautan sebagai "unsur lambat lambat" dalam sistem iklim bumi. Sepanjang millennia, kenaikan suhu global sekitar tiga darjah Celcius dapat melepaskan lebih daripada separuh daripada metana yang tersimpan, yang dianggarkan 940 bilion tan karbon.

Ini pula dapat menaikkan suhu purata global sehingga 0.5 darjah Celsius. Para saintis menyifatkan kenaikan suhu ini kepada kesan gas rumah hijau. Walau bagaimanapun, ia akan berlangsung selama beribu-ribu tahun, kerana metana akan teroksidasi menjadi karbon dioksida dalam masa sedekad, yang akan menjejaskan iklim selama ribuan tahun.

Tipping points in the marine environment?

Ulf Riebesell dan rakan-rakannya dari Institut Sains Marin Leibniz (IFM-GEOMAR) menerangkan lautan sebagai sebahagian daripada sistem iklim, yang kini sedang mengalami perubahan ketara. Lautan memanas dan persekitaran air menjadi lebih berasid atau kurang asas kerana penyerapan karbon dioksida. Peningkatan pelepasan gas rumah hijau dapat mengubah kitaran karbon dan nutrien dalam lapisan air berhampiran dan merosakkan keseluruhan ekosistem laut.

Mengikut keadaan pengetahuan semasa, soalan itu belum dapat dijawab sama ada terdapat sebarang petunjuk dalam persekitaran laut, para ahli sains menyimpulkan. Walau bagaimanapun, beberapa perubahan biogeokimia yang diunjurkan di lautan boleh membawa kesan yang serius.

Kelakuan mencondongkan fenomena ENSO tidak dapat dikesan

Mojib Latif dan Noel Keenlyside, juga dari IFM-GEOMAR, merumuskan pengetahuan tentang mekanisme kompleks fenomena iklim El Ni o / Oscillation Selatan (ENSO). Ia secara signifikan dapat mengubah suhu dan hujan di Pasifik tropika dari setahun ke tahun, dan mempunyai banyak kesan pada sistem iklim Bumi. Model hari ini, bagaimanapun, tidak dapat menangkap tingkah laku yang mencurigakan dari fenomena ENSO, para penyelidik menyimpulkan.

Memandangkan kemungkinan implikasi serius terhadap sistem biologi, kimia dan sosio-ekonomi, persoalan harus diterokai dengan lebih lanjut sama ada pemanasan global secara fundamental dapat mengubah dinamika fenomena.

Bodel tenggelam sebagai elemen tipping potensi

Satu pasukan penyelidikan yang diketuai oleh Richard Washington dari University of Oxford telah mengenal pasti sumber habuk terbesar di dunia, Depresi Bodrup Chad, sebagai elemen tip yang potensial. Dari kawasan ini di Sahara selatan, awan besar menyapu sehingga 700, 000 tan debu ke arah Atlantik dan Basin Amazon. Para saintis menggambarkan bagaimana habuk udara yang berminat menjadi sangat berpengaruh secara signifikan terhadap mekanisme maklum balas iklim dan biofisik yang luas di benua.

Jika disebabkan oleh campur tangan manusia keadaan angin serantau atau keadaan permukaan Lembah Bodelle berubah, jumlah debu dapat berubah dalam masa satu tahun.

Terlalu besar di hutan hujan Amazon?

Penyelidik yang diketuai oleh Yadvinder Malhi, juga dari University of Oxford, telah menggunakan 19 model iklim global yang berbeza untuk menyiasat sama ada perubahan iklim boleh membawa kepada hutan hujan Amazon yang meluas. Analisis ini berdasarkan pada senario peningkatan pelepasan gas rumah kaca sepanjang abad ini. Keputusan menunjukkan bahawa bahagian-bahagian hutan boleh berada di bawah tekanan air semasa musim kering.

Para penyelidik juga membuktikan bahawa Amazon Rainforest mempunyai ciri-ciri ciri unsur tip dan boleh berubah menjadi hutan bermusim tropika.

Perisai ais lebih terdedah di kawasan luar bandar

Dalam laporannya tentang ambang yang mungkin untuk pengurangan ais laut dan lembaran ais kontinental, Dirk Notz dari Institut Meteorologi Max Planck menyimpulkan bahawa titik tip dapat lebih menandakan penurunan Lembaran Es Greenland dan Barat Antartika daripada kehilangan ais laut Artik, yang dicerminkan dalam iklim yang sejuk boleh berkembang kembali ke tahap sebelumnya.

Dalam pandangan saintis, bentuk bumi boleh menjadi lebih terdedah kepada pemanasan serantau, seperti tidak seperti es laut Artik, mereka tidak akan stabil oleh mekanisme umpan balik dalaman. Pemecahan lembaran ais yang besar dapat menaikkan paras laut dengan beberapa meter selama beberapa abad yang akan datang.

Cegah pengaktifan unsur-unsur miring

Untuk mengelakkan pengaktifan unsur-unsur tip, penghibur Nobel Mario Molina dari University of California di San Diego dan pengarangnya menyeru agar tindakan cepat oleh pembuat keputusan dalam politik dan perniagaan. Pengarang mencadangkan Protokol Montreal

mengembangkan bahan-bahan aktif iklim. Khususnya, penggunaan fluoro-chloro-hidrokarbon harus sepenuhnya dihentikan lebih cepat dan pelepasan jelaga secara besar-besaran dikurangkan.

"Selepas dua dekad kehilangan perlindungan iklim sejak penerbitan Laporan Iklim Dunia 1990, lebih diragukan lagi sama ada masyarakat akan berjaya membatasi bahaya perubahan alam sekitar global ke tahap yang boleh diterima, " kata Schellnhuber. Kawasan penyelidikan unsur-unsur tip cepat menjadi kawasan sains utama, tetapi soalan penyelidikan utama masih menimbulkan cabaran saintifik utama.

Kajian lanjut diperlukan

Tidak ada objek diperiksa yang boleh diabaikan pada masa depan, kerana, sebagai contoh, pengaruh antropogenik dapat dikecualikan sebagai pencetus tingkah laku yang tidak teratur. Begitu juga, tidak ada unsur-unsur miring yang dibincangkan akan begitu maju untuk mengukur suhu pengaktifan atau masa tindak balas.

"Banyak makalah menunjukkan cara untuk melanjutkan penyelidikan, tetapi nampaknya kita perlu hidup sekurang-kurangnya satu dekad dalam ketidakpastian yang tidak menyenangkan mengenai kesan yang paling mengancam pemanasan global." "Kata Schellnhuber.

(idw - Institut Penyelidikan Kesan Iklim Potsdam, 10.12.2009 - DLO)