Нахиляючі елементи - ахіллесові п’ятки в земній системі - Потсдамський інститут досліджень впливу на клімат
Рисунок: Географічна класифікація найважливіших перекидних елементів у земній системі із зазначенням кліматичних поясів за Кеппеном. Елементи перекидання можна розділити на три класи: крижані тіла, мінливі системи потоків або циркуляції океанів та атмосфери та екосистеми, що знаходяться під надрегіональним значенням. Системи знаків знаків запитання, статус яких є елементом перекидання науково ще не забезпечений. Джерело: ПІК, 2017.
Карта елементів нахилу ліцензована за ліцензією Creative Commons BY-ND 3.0 DE.
Клацніть на заголовки, щоб отримати додаткову інформацію про окремі елементи нахилу.
Крижане тіло
Там, де зникає світлий лід, зазвичай з’являється темніша поверхня, будь то кам’янисте русло льодовика або море. Ця відкрита темна поверхня поглинає більше тепла від сонця, що, в свою чергу, прискорює зникнення решти льоду. Цей механізм, відомий як зворотний зв'язок з льодом-альбедо, є класичним прикладом процесу самозміцнення, в якому одне і те ж явище, а саме втрата льоду, є одночасно наслідком і частиною причини місцевого підвищення температури. Існує також багато інших механізмів, які - як описано нижче - перетворюють великі крижані маси земної системи на елементи перекидання.
Танення арктичного морського льоду
Морський лід Арктики скорочується безпрецедентною швидкістю протягом декількох десятиліть. Це впливає не тільки на масштаби, але перш за все на товщину плаваючого льоду. Хоча в холодні роки тонкий лід швидко накопичується на великих територіях, він також дуже чутливий до теплого літа, так що до кінця століття можна очікувати, що влітку Арктика буде вільною від льоду. Через зворотний зв’язок із льодом альбедо (серед кількох інших явищ) це сприяє тому, що глобальне потепління у високих північних широтах приблизно вдвічі швидше, ніж у середньому в світі 3 .
Втрата льодовикового покриву Гренландії
В останні роки втрата льоду в Гренландії через льодовики, що впадають у море, та посилене танення влітку різко зросла. Крижаний покрив, місцями товщина якого три кілометри, в перспективі втратить висоту. Його поверхня, яка все ще знаходиться у високих, а отже, холодних шарах повітря, опускається і, отже, піддається більш високим температурам. Це, в свою чергу, посилює плавлення. Є вказівки на те, що критичної точки майже повної втрати льоду в довгостроковій перспективі можна досягти за умови глобального потепління трохи нижче 2 ° C 4. Якщо викиди продовжуватимуть зростати, крижаний покрив може навіть повністю зруйнуватися до кінця тисячоліття, що призведе до збільшення до семи метрів 5 .
Колапс крижаного аркуша Західної Антарктики
Значні частини дна Західно-Антарктичного крижаного покриву лежать на континентальному хребті під рівнем моря, і все глибше і глибше те, що далі проникає «вище льоду» у внутрішню частину цієї частини континенту. Ця особлива ситуація означає, що крижаний покрив може стати нестійким внаслідок певних процесів потоку 6. Якщо в результаті цього процесу Західноантарктичний крижаний лист розпадеться, то протягом століть рівень моря підніметься більш ніж на три метри. Однак є вказівки на те, що - з втручанням людини або без неї - саме такий процес вже триває сьогодні 8-11 .
Частковий колапс у Східній Антарктиді
Хоча Східна Антарктида, де є більшість світових запасів прісної води, пов'язаних із льодом, на даний момент виглядає стабільною, є також великі басейни притоку нижче рівня моря. Не виключено, що втрата відносно невеликої «пробки» льоду, що забиває нестабільну територію, також піддасть частини Східної Антарктиди самозміцнювальному механізму втрати льоду, описаному вище для Західної Антарктиди 12. Наприклад, якщо температура підвищиться на 2-3 ° C, тут також може виникнути нестабільність із довгостроковим потенціалом підняття рівня моря 3-4 метри 13 .
Розморожування арктичної вічної мерзлоти
Арктичні вічні мерзлоти або мерзлотні ґрунти, заморожені століттями до тисячоліть, знаходяться в Сибіру та Північній Америці і при відтаванні можуть виділяти величезну кількість вуглекислого газу та метану. Три верхні метри зберігають близько тисячі мільярдів тонн вуглецю 14. Однак вічна мерзлота може заглибитися набагато глибше: на так званих ґрунтах Єдома кілька сотень мільярдів тонн вуглецю, ймовірно, зберігаються на глибинах більше 3 метрів - ці речовини походять з органічного матеріалу, який зберігався тут під час та з останнього льодовикового періоду 14. Мікроорганізми, що розщеплюють ці сполуки вуглецю, генерують тепло і, таким чином, прискорюють відтавання та розкладання ґрунту. Під час так званого термокарстового утворення 15 грунт відриває глибші шари процесів роси та розкладання. Такі самоінтенсифіковані процеси руйнування, що підживлюються потеплінням Арктики у два з половиною рази швидше загального середнього значення 16, не були б оборотними в короткі терміни в кілька століть, оскільки первісне зберігання тривало багато тисячоліть 17 .
Викиди метану з океанів
Гідрат метану - це метан, що потрапляє в лід, який зберігається в відкладеннях Північного Льодовитого океану, особливо на сході Сибіру. Кількість органічного вуглецю, що там зберігається, досі важко достовірно оцінити 14. Гідрати метану поступово розкладаються протягом тисяч років завдяки подачі тепла з морської води - вони вважаються млявим елементом перекидання. Метан - короткочасний, хоча і дуже потужний парниковий газ. Більша частина окислюється в атмосфері до вуглекислого газу протягом десятиліття, який потім додатково нагріває атмосферу протягом тисячоліть.
потіксистеми
Існують цілорічні або сезонні переважні широкомасштабні структури повітряних та океанічних течій, а також багаторічні природні коливання, які не є незмінними. У кліматичній історії нашої планети було кілька потрясінь і етапів реорганізації. Далі підсумовуються можливі різкі зміни в потокових системах, які ми можемо очікувати в майбутньому.
Послаблення циркуляції Атлантичного термогаліну
Циркулюючі течії Атлантики представляють величезну стрічку транспортування енергії, за допомогою якої тепла вода на поверхні транспортується на північ, а після охолодження і занурення там повертається на південь. Гольфстрім, відповідальний за м’який клімат у Північно-Західній Європі, є частиною цієї нинішньої системи. Одним з його основних двигунів є холодна, щільна (і, отже, важка) солона вода, яка занурюється в глибину біля Гренландії та Лабрадора. Якщо через танення льоду на півночі буде надходити більше прісної води, утворення глибоких вод може ослабнути через меншу щільність води, і цей привід може ослабнути. Вже було продемонстровано ослаблення Гольфстріму приблизно на 15% 18-19. Це може мати серйозні наслідки для морських екосистем, призвести до похолодання в районі Північної Атлантики та збільшити підвищення рівня моря, особливо на узбережжі Атлантичного океану.
Порушення явища Ель-Ніньо
Зазвичай пасатні вітри в Тихому океані біля Південної Америки виганяють холодну глибоку воду на поверхню. Потім тепла поверхнева вода тече під впливом вітру з Південної Америки до Південно-Східної Азії. У явищі погоди Ель-Ніньо пасати послаблюються і створюється протилежна течія. Як результат, південний схід Тихого океану біля Південної Америки потеплішає. Особливо сильні прояви цього явища, яке нерегулярно повторюється кожні два-сім років, можуть частішати при неконтрольованих змінах клімату 20. Ефект цієї закономірності можна відчути по всьому світу, наприклад, у вигляді посухи в Австралії та Південно-Східній Азії та збільшення кількості опадів на західних узбережжях Америки. У ході такої зміни структури океано-атмосферної циркуляції динаміка мусонів може також змінюватися 21, наприклад у Вест-Індії чи Південній Африці.
Уповільнення або блокування планетарних хвиль струминного потоку
На висоті від 7 до 12 кілометрів реактивний потік, відомий як струменевий потік, звивається середніми широтами навколо північної півкулі і як зональна смуга сильних вітрів відокремлює холодні повітряні маси в Арктиці від більш помірних на півдні. Хвилі, на які він потрапляє, "блукають" навколо Землі таким чином, що вони переміщують ці повітряні маси в східному напрямку. Ця динаміка повітря є вихідною точкою для виникнення районів високого та низького тиску, які, в свою чергу, мають сильний вплив на погоду в цих регіонах. Рух повітряної маси крізь струмінь струму, здається, сповільнюється, або хвилі можуть навіть потрапити в струмінь струменя, так що загальні погодні умови не розчиняються протягом багатьох тижнів. Це, в свою чергу, може призвести до різних стійких екстремальних погодних умов, таких як хвилі холоду та спеки, повені та посуха 22–26 .
Дестабілізація індійських мусонів
До 90% індійського дощу припадає на регулярні літні мусони. Мусон базується на внутрішньому механізмі зворотного зв’язку, який забезпечує постійний самозміцнювальний транспорт вологого повітря з моря на сушу. Через конденсацію цієї вологи випадаюче опади виділяється прихованим теплом, яке продовжує забезпечувати підняття теплих повітряних мас і зволоження повітря з моря. Як аерозолі (ключове слово забруднення повітря), так і зміна землекористування відіграють ключову роль у цій високочутливій системі. У ході зміни клімату в Південній Азії може виникнути маятниковий рух ослаблених і посилених мусонних подій, в результаті чого екстремальна посуха та катастрофи чергуватимуться 27–29 .
Зміни в західноафриканських мусонах, що впливають на Сахару
Взаємодія ґрунтової вологи, рослинності та атмосфери також може спричинити зміну в західноафриканській мусонній системі 30. Це може призвести до періодів сильних або невеликих дощів для населення Західної Африки, залежно від того, чи зміщується пояс опадів на південь до Гвінейської затоки чи на північ до зони Сахель. В останньому випадку опади в зоні Сахель можуть збільшитись і спонукати до озеленення Сахари за умови, що регіон не надмірно паслий. Однак екологізація може також мати негативні наслідки. Джерела пустельного пилу, який до цього часу штормами переносився на захід через Атлантику і навіть постачає поживними речовинами коралові рифи в Карибському басейні та тропічному лісі Амазонки, можуть засихати, коли Сахара стає зеленою.
Пересихання з північноамериканського південного заходу
Через розширення субтропічної сухої зони на північ кількість опадів на південному заході Північної Америки вже сьогодні зменшується. Структури потоків океану та атмосфери, що відповідають за опади в регіоні, дуже схожі на мусонні системи. Відповідно, може виникнути переломний момент, який у разі перетину південно-заходу США раптом змушений буде боротися з ще більшою посухою.
Екосистеми
Якщо в районі стане занадто тепло або занадто сухо - якщо їх екологічна ніша закриється через кліматичні зміни - вони не зможуть там вижити. Деякі види добре обладнані для ухилення, наприклад, до полюсів або на більших висотах. Види, які пристосовані до дуже специфічних умов життя, наприклад у гірських або полярних місцях проживання, не можуть. У будь-якому випадку, відповідні житлові приміщення рідкісні в сучасному світі, на що в основному претендують люди. Зміна клімату може змінити цілі регіони, змусивши зникнути екосистемні спільноти, їх типовий клімат та пристосовані до них видові спільноти.
Трансформація тропічних лісів Амазонки
Значна частина опадів у басейні Амазонки надходить із води, яка випарувалася з лісу. Зменшення кількості опадів у теплішому земному кліматі та вирубка лісів, а також пожежі можуть призвести ліс до критичної межі 31. Між перевищенням цієї критичної межі та її видимими ефектами може пройти кілька десятиліть. Перетворення тропічних лісів Амазонки в адаптований до посухи сезонний ліс або трав'янистий ландшафт матиме фундаментальний вплив на клімат Землі, оскільки тут відбувається приблизно чверть глобального обміну вуглецем між атмосферою та біосферою. Крім того, буде втрачено значну вуглецеву раковину. У той же час зникнення тропічних лісів означало б величезні втрати біорізноманіття, що також було б важливим носієм надії на можливе відновлення системи 32 .
Занепад північних хвойних лісів (бореальні ліси)
Північні хвойні ліси займають майже третину світової лісової площі. Зі зміною клімату стрес на них від шкідників рослин, вогню та штормів збільшується, тоді як їх регенерація погіршується через відсутність води, збільшення випаровування та використання людиною 33. Якщо вплив перевищує характерні пороги, вони можуть бути витіснені кущами та луками. Зникнення лісів призведе не тільки до знищення середовища проживання багатьох тварин і рослин, але також означатиме масовий викид вуглекислого газу, який, ймовірно, сприятиме прискоренню глобального потепління 34-35 .
Знищення коралових рифів
Коралові рифи - це дуже чутливі середовища існування, які пошкоджуються невеликими коливаннями температури і, зокрема, закисленням океану. Прогрівання води суттєво сприяє «відбілюванню коралів», яке відбулося в останні роки, коли коралові поліпи відштовхують водорості, що живуть у них, а потім часто гинуть 36. Навіть якщо дотримуватися обмеження 2 ° C, слід очікувати втрати значної частини рифів 37. Після того, як риф впав, потрібно кілька тисяч років, щоб відрости.
Морський вуглецевий насос послаблює
Світовий океан поглинає величезну кількість вуглецю - близько 40% попередніх антропогенних викидів СО2 було виведено з атмосфери. Значна частина його використовується водоростями для росту і опускається в глибоке море після їх загибелі. Функція цього так званого морського біологічного вуглецевого насоса може бути обмежена потеплінням і підкисленням води, а також більш частим виникненням дефіциту кисню.
Загальна інформація про елементи нахилу
Шелльнхубер, Ганс Йоахім. Самоспалення: Фатальний трикутний зв’язок між кліматом, людиною та вуглецем. C. Bertelsmann Verlag, глава 21, 2015.
Леверманн, Андерс та ін. "Потенційні кліматичні переходи з глибоким впливом на Європу". Кліматичні зміни 110.3-4 (2012): 845-878.
Шелльнхубер, Ганс Йоахім. "Чайові елементи в системі Землі." Праці Національної академії наук 106,49 (2009): 20561-20563.
Лентон, Тімоті М. та ін. "Чайові елементи кліматичної системи Землі". Праці Національної академії наук 105,6 (2008): 1786-1793.
Лентон, Тимофій М. та Ганс Йоахім Шеллнхубер. "Чайові ваги". Зміна клімату природи 1.712 (2007): 97-98.
Лентон, Тімоті М. та ін. "Переломні моменти клімату - занадто ризиковано, щоб робити ставки". (2019): 592-595.
Schellnhuber, Hans Joachim "Зіткнення зі зміною клімату: чайові та розвороти". У Бакленді Д. та ін. (Ред.), Палаючий лід. Мис Прощання, Лондон (2006): 112
Schellnhuber, Hans Joachim, and Held, Hermann. "Наскільки тендітна система Землі?" У Бріден, Дж. К. та Даунінг, Т. Е. (За ред.), Управління Землею. The Linacre Lemissions 2001. Oxford University Press, Oxford, (2002): 5
вірчі грамоти
Класифікація клімату за Кеппеном
Класифікація за кліматом Кеппена, модифікована з Треварти та с
Розгляд відхиляючих процедур за Рудлоффом.
Кеппен, В. (1936). Географічна система клімату. У: Köppen W., Geiger R. (eds) Handbuch der Klimatologie, Vol. I, Borntraeger, Berlin.
Треварта, Г. Т. (1968). Вступ до клімату, McGraw-Hill, Нью-Йорк.
Рудлофф, В. (1981). Світовий клімат, з таблицями кліматичних даних і
практичні пропозиції, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Штутгарт.