Los elementos de inclinación dentro del sistema de la Tierra son cada vez más bien entendido.
Los científicos han identificado más de 25 Partes del sistema climático de la Tierra que probablemente tengan «puntos de inclinación»: umbrales donde un pequeño cambio adicional en el calentamiento global hará que cambien irreversiblemente a un nuevo estado.
La «propina» de estos sistemas, que incluyen el Circulación de volcado meridional atlántico (AMOC), la selva amazónica y el Groenlandia para hielo – Tendría consecuencias profundas tanto para la biosfera como para las personas.
Investigaciones más recientes sugieren que desencadenar un elemento de inflexión podría causar cambios posteriores en otros elementos de inflexión, lo que puede conducir a una «cascada de inflexión».
Por ejemplo, un AMOC colapsado podría conducir a Muerte de la selva amazónica y apresurarse a la capa de hielo de Groenlandia.
Sin embargo, las interacciones entre los elementos de inflexión individuales, y las formas en que podrían desencadenarse, permanecen en gran medida subexploradas.
En un estudio de revisión, publicado el año pasado en Dinámica del sistema terrestreDesempaquemos el estado actual de comprensión científica de las interacciones entre los elementos de inflexión individuales.
Encontramos que la literatura científica sugiere que la mayoría de las interacciones entre los elementos de inflexión conducirán a una mayor desestabilización del sistema climático.
La investigación existente también indica que las «cascadas de inclinación» podrían ocurrir incluso bajo las proyecciones de calentamiento global actuales.
La comprensión científica de los elementos de inflexión individuales está mejorando continuamente, pero se necesita más investigación sobre sus interacciones.
Un campo emergente
La historia de los elementos de inflexión como objeto de investigación es relativamente corta. Como resultado, solo se contabilizan parcialmente en la actualidad modelos climáticos.
Para el Panel intergubernamental sobre cambio climático (IPCC), la posibilidad de cambios abruptos en el sistema de la Tierra se mencionó por primera vez en su Tercer informe de evaluación En 2001. En ese momento, los científicos climáticos esperaban estos cambios solo en escenarios donde las temperaturas aumentaron a 4-5c por encima de niveles preindustriales.
El término «elementos de inflexión» se usó por primera vez en el contexto del sistema climático en 2008, en un documento fundamental en la revista Actas de la Academia Natural de Ciencias (PNA).
Desde entonces, se han realizado un progreso significativo en la investigación de elementos de propina.
Por ejemplo, el 2023 Informe de puntos de inflexión global -En coautoría de más de 200 investigadores de 90 organizaciones en 26 países, reconocieron que cinco elementos de inflexión «principales»-las láminas de hielo antártico de Groenlandia y Occidente, los arrecifes de coral de aguas cálidas, el giro subpolar del Atlántico Norte y las regiones de permefrost global de los Atlánticos, ya están «en riesgo de ser cruzados debido a la calentamiento».
Sin embargo, los elementos de inflexión hasta ahora se han estudiado en gran medida de forma aislada. La mayoría de las investigaciones han descuidado las interacciones entre los diferentes elementos de inflexión que podrían desestabilizar aún más el sistema climático, y eventualmente incluso conducir a cascadas.
Cascadas de propina
Existen claramente las interacciones entre los elementos de propina.
Por ejemplo, encontramos evidencia robusta de que una afluencia de agua dulce en el Atlántico Norte causado por la desintegración de la capa de hielo de Groenlandia desestabilizaría el AMOC y podría desencadenar su desaceleración. (Esto, a su vez, podría dar como resultado que las corrientes oceánicas se muevan menos calor de las regiones ecuatoriales a latitudes más altas, lo que lleva a un enfriamiento significativo en Europa).
En los peores escenarios en cascada, la propina de un sistema conduce directamente a la propina de otro. En casos menos dramáticos, solo refuerza la desestabilización de otros sistemas.
Entonces, ¿qué efectos adicionales se esperan de estas interacciones?
El siguiente mapa muestra cómo se espera que 13 de las 19 interacciones de elementos de propina analizados en nuestro estudio de revisión conduzcan a una mayor desestabilización. Las flechas indican efectos desestabilizadores (rojos), estabilizadores (azul) o competidores (grises), mientras que las líneas discontinuas muestran dónde solo hay evidencia limitada para una conexión.
Un ejemplo destacado de un punto de inflexión que conduce a una mayor desestabilización es el Impacto de los cambios en el AMOC. El debilitamiento o el colapso del sistema de corrientes oceánicas pueden conducir a la acumulación de agua oceánica cálida en el Océano Austral, lo que podría, a su vez, contribuir a una desestabilización de la capa de hielo antártica occidental.
También ha sido sugerido que un AMOC más débil podría promover eventos de El Niño al aumentar la diferencia de temperatura entre el ecuador y los polos, lo que fortalecería los vientos comerciales. (Mientras que el La oscilación del niño-suro ENSO, no es un elemento de inflexión, puede jugar un papel importante como propagador de perturbaciones).
También hay algunos ejemplos, dos de las 19 interacciones, donde un punto de inflexión puede ayudar a estabilizar otro sistema. Por ejemplo, el debilitamiento de AMOC podría conducir a un flujo interrumpido de agua tibia de las regiones ecuatoriales a las del Atlántico polar. Esto lo haría Grandes partes drásticamente frías de la región polar y, por lo tanto, podría estabilizar la capa de hielo de Groenlandia.
Un modelo conceptual
Mientras que los científicos han reunido evidencia de puntos de inflexión de observaciones, modelos y datos proxy Desde el pasado lejano, todavía necesitamos más investigación para estudiar interacciones.
Nuestro continuo investigación Su objetivo es cuantificar el riesgo de inclinar las cascadas utilizando un modelo computacional conceptual.
El modelo es «conceptual» en el sentido de que no se basa en procesos físicos o químicos, como la transferencia de calor o los patrones de circulación. En cambio, una gama de mediciones, como la temperatura promedio global, la temperatura de propina y la trayectoria de sobreimpulso de la temperatura, sirven como «parámetros de modelado» que pueden variar para estudiar una amplia gama de posibles escenarios.
Hasta la fecha, el modelo se limita a simular la selva amazónica, la AMOC y las capas de hielo de la Antártida Occidental y Groenlandia, elementos de inclinación cuyas interacciones respectivas están relativamente bien establecidas.
Sin embargo, utilizando este modelo podemos investigar, entre otras cosas, inclinar los riesgos bajo la llamada temperatura diferente «excederse«Escenarios.
Aquí es donde el calentamiento global alcanza su punto máximo a un cierto nivel de temperatura, por ejemplo, 2C, antes de disminuir a una temperatura de estabilización a largo plazo más baja. (Se supone que la disminución posterior es la consecuencia de un despliegue global de tecnologías de emisión negativa, como se evalúa en varias reciente publicaciones.). La diferencia entre la temperatura máxima y la temperatura de estabilización a largo plazo es el sobreimpulso.
Evaluación de millones de escenarios, nuestro modelo calcula «riesgos de inclinación» para combinaciones fijas de un sobreimpulso particular y temperatura de estabilización.
El principal hallazgo de la investigación es que los riesgos de inflexión a largo plazo están en el orden del 15% si el calentamiento alcanza su punto máximo a 2 ° C y luego se estabiliza a 1C.
En contraste, en un escenario en el que el calentamiento máximo alcanza el 3C y se estabiliza a 1.5 ° C en el siglo 22, existe una probabilidad del 66% de que al menos uno de los cuatro elementos modelados de inflexión pierda la estabilidad.
La siguiente figura muestra riesgos de inflexión donde el calentamiento alcanza entre 2C y 4C («temperatura máxima» en el eje Y) y tarda 100-1,000 años en estabilizarse («tiempo de estabilización» en el eje X).
La figura a la izquierda muestra probabilidades de inflexión donde las temperaturas eventualmente se estabilizan a 1C y la figura a la derecha donde las temperaturas se asientan a 1.5 ° C. Los colores más oscuros representan mayores riesgos de inflexión.
La figura muestra cómo aumentan los riesgos de propina con las temperaturas de mayor pico y estabilización, así como con tiempos de estabilización más largos.
Si bien se calcula sólidamente y se basa en la literatura científica reciente, nuestros resultados no pueden contar como proyecciones del clima futuro debido a la naturaleza conceptual de nuestro modelo subyacente.
Sin embargo, los hallazgos son útiles y complementan los hallazgos de los modelos climáticos tradicionales, conocidos como Modelos de circulación general (GCMS).
Los GCM solo han comenzado a abordar completamente la dinámica de los elementos de inflexión y sus interacciones. Por ejemplo, la mayoría aún no presenta una dinámica de hoja de hielo totalmente interactiva, ni sus interacciones con los océanos globales.
En papel Publicado en noviembre pasado, utilizamos nuestro modelo conceptual para mostrar que descuidar las interacciones entre la capa de hielo de Groenlandia y el AMOC puede alterar el número esperado de elementos con propina en más de un factor de dos.
Además, el alto costo de ejecutar GCMS significa que los investigadores no pueden ejecutar grandes «conjuntos» de múltiples simulaciones de modelos para tener en cuenta las incertidumbres en el conocimiento de los parámetros clave. Nuestro modelo conceptual simplificado, por otro lado, puede explicar esta incertidumbre.
Al reducir drásticamente la complejidad física, podemos calcular varios millones, y hasta mil millones, miembros del conjunto a gran escala Simulaciones de Monte Carlo.
Eventos de inflexión histórica
Si bien nuestros resultados deben ser confirmados por modelos de sistemas terrestres más complejos, como GCM, insinúan la necesidad de que los científicos examinen las interacciones entre los elementos de inflexión y las posibles cascadas de inflexión más de cerca.
El estudio de los cambios climáticos abruptos del pasado distante y no tan distante es fundamental para convencer a los investigadores de la existencia y un impacto significativo de las cascadas.
Un candidato potencial para la investigación es el Transición del eoceno -oligoceno. Esto tuvo lugar hace aproximadamente 34 millones y condujo a la formación de una capa de hielo a escala continente en la Antártida que enterró los bosques de la región.
La transición probablemente implicó la interacción de varios elementos de inflexión, incluida la formación global de aguas profundas, la capa de hielo antártica, el hielo marino polar, los sistemas de monzón y los bosques tropicales. El clima monzónico del contenido antártico al final del Eoceno habría tenido que cambiar drásticamente, o su punta, para permitir la glaciación durante la transición al Oligoceno.
Dado que los eventos en ese momento también estaban vinculados a una gran pérdida de especies de mamíferos, principalmente en Europa, la transición del Eoceno-Oligoceno podría incluso haber involucrado una cascada de inclinación de la ecología climática.
Eventos de Heinrichque tuvo lugar en la última edad de hielo, alrededor de 120,000 a 11,500 años hace, así como en el Holoceno medio, también podría ser especialmente revelador de lo que podemos esperar en el futuro cercano.
Estos eventos, que involucraron la liberación de icebergs en el Atlántico Norte, dieron como resultado una entrada de agua dulce que debilitó sustancialmente el AMOC. Esto, a su vez, condujo al secado del norte de Amazonia y al retiro de la selva tropical. La fusión actual de la capa de hielo de Groenlandia podría tener consecuencias similares para el AMOC.
Si bien estos cambios climáticos en el pasado ocurrieron a través de los impulsores naturales, los humanos están forzando estos rápidos cambios ahora en la era moderna a través de emisiones de dióxido de carbono, posiblemente en una escala de tiempo mucho más rápida.
Modelos climáticos actualizados
La ciencia de interactuar elementos de inflexión y cascadas de inflexión se encuentra en sus primeras etapas, y existe un debate significativo dentro de la comunidad científica sobre el tema.
Algunos consideran que una reorganización global del sistema climático inducido por elementos de inflexión y cascadas es especulativo, dado que no hay observaciones recientes disponibles y los datos proxy son escasos.
Además, hay incertidumbre científica de cómo los procesos de inflexión pueden desarrollarse a través de diferentes escalas espaciales, así como cómo aumentar la resiliencia de los elementos de inflexión contra las perturbaciones.
Por lo tanto, se está realizando un trabajo significativo para investigar los procesos de propina en modelos complejos de sistemas de tierra. El Proyecto de intercomparación del modelo de puntos de inflexión (TIPMIP) y proyectos financiados por la Unión Europea Clubear o Tipesm están entre una serie de tales iniciativas.
Aunque estas iniciativas analizan en gran medida los elementos de inflexión de forma aislada, también arrojarán más luz sobre las interacciones entre estos importantes parámetros de la estabilidad del sistema climático de la Tierra.
Wunderling, N. et al. (2024): Interacciones de punto de inflexión climática y cascadas: una revisión, Dynamics del sistema de la Tierra, Dos: 10.5194/ESD-15-41-2024.
