Dönthető elemek - Achilles sarka a földrendszerben - Potsdami Klímahatáskutató Intézet
Ábra: A Föld rendszer legfontosabb billenő elemeinek földrajzi osztályozása, az éghajlati zónák megjelölésével Köppen szerint. A billenő elemek három osztályba sorolhatók: jégtestek, az óceánok és a légkör változó áramlási vagy keringési rendszere, valamint a szubregionális jelentőségű fenyegetett ökoszisztémák. Kérdőjel-rendszerek, amelyek billenő elemként való státusát tudományosan még nem biztosították. Forrás: PIK, 2017.
A dönthető elemtérkép Creative Commons BY-ND 3.0 DE licenc alatt engedélyezett.
Kattintson a címsorokra, ha további információt szeretne kapni az egyes billenő elemekről.
Jégtest
Ahol a könnyű jég eltűnik, általában sötétebb felszín jelenik meg, legyen az egy gleccser sziklás medre vagy a tenger. Ez a szabadon álló sötét felület több hőt vesz fel a napból, ez pedig felgyorsítja a maradék jég eltűnését. Ez a jég-albedo visszacsatolás néven ismert mechanizmus klasszikus példa egy önerősítő folyamatra, amelyben egy és ugyanaz a jelenség, nevezetesen a jégveszteség a helyi hőmérséklet-emelkedés következménye és oka is. Sok más mechanizmus is létezik, amelyek - az alábbiakban leírtak szerint - a Föld rendszerének nagy jégtömegét billenő elemekké változtatják.
A sarkvidéki tengeri jég olvad
Az északi-sarki jég évtizedek óta soha nem látott mértékben zsugorodik. Ez nemcsak az úszó jég kiterjedését, hanem mindenekelőtt a vastagságát is befolyásolja. Noha a hideg években nagy területeken a vékony jég gyorsan újra felépül, a meleg nyarakra is nagyon érzékeny, így a század végére számítani lehet arra, hogy nyáron az Északi-sark jégmentes lesz. A jég-albedo visszacsatolás miatt (néhány egyéb jelenség mellett) ez hozzájárul ahhoz, hogy a globális felmelegedés a magas északi szélességeken körülbelül kétszer olyan gyors, mint a globális átlag 3 .
A grönlandi jégtakaró elvesztése
Az elmúlt években a tengerbe ömlő gleccserek és a nyáron megnövekedett olvadás következtében Grönlandon jelentősen megnőtt a jégveszteség. A helyenként három kilométer vastag jégtakaró hosszú távon elveszíti a magasságát. Felülete, amely ma is magas, ezért hideg légrétegekben van, elsüllyed, ezért melegebb hőmérsékletnek van kitéve. Ez viszont fokozza az olvadást. Bizonyíték van arra, hogy hosszú távon a majdnem teljes jégveszteség billenési pontja valamivel 2 ° C alatti globális felmelegedéssel érhető el 4. Ha a kibocsátás tovább növekszik, a jégtakaró akár az ezredforduló végére teljesen összeomolhat, ami akár hét méteres emelkedést is eredményezhet 5 .
A nyugat-antarktiszi jégtakaró összeomlása
A Nyugat-Antarktisz jégtakarójának padlójának nagy részei a kontinentális gerincen fekszenek a tengerszint alatt, és egyre mélyebbre és mélyebbre jut a "jég feletti áramlat" a kontinens ezen részének belsejébe. Ez a különleges helyzet azt jelenti, hogy a jégtakaró bizonyos folyási folyamatok miatt instabillá válhat 6. Ha a nyugat-antarktiszi jégtakaró szétesne e folyamat eredményeként, a tengerszint évszázadok alatt több mint három méterrel emelkedne. Vannak azonban bizonyítékok arra, hogy - emberi részvétellel vagy anélkül 7 -, egy ilyen folyamat már kezdetben folyamatban van ma, 8-11 .
Részleges összeomlás Kelet-Antarktiszon
Bár a világ jéggel kötött édesvízkészleteinek legnagyobb részét adó Kelet-Antarktisz jelenleg stabilnak tűnik, a tengerszint alatt nagy beáramló medencék is vannak. Lehetséges, hogy egy viszonylag kicsi, instabil területet eldugó jégdugó elvesztése Kelet-Antarktisz egyes részeit is ki fogja téve a Nyugat-Antarktiszon fent leírt, önerősített jégveszteség-mechanizmusnak 12. Például, ha a hőmérséklet 2-3 ° C-kal emelkedik, itt instabilitás is kiváltható, hosszú távú tengerszint-emelkedési potenciál 3-4 méter 13 .
A sarkvidéki örökfagy megolvasztása
Az évszázadokig és évezredekig befagyott sarkvidéki örökfagy vagy örökfagyos talajok Szibériában és Észak-Amerikában találhatók, és felolvasztásukkor hatalmas mennyiségű szén-dioxidot és metánt szabadíthatnak fel. A legfelső három méter mintegy ezer milliárd tonna szenet tárol 14. Az örökfagy azonban sokkal mélyebbre nyúlhat: Az úgynevezett jedoma talajokban valószínűleg több száz milliárd tonna szén tárolódik több mint 3 méteres mélységben - ezek az anyagok olyan szerves anyagokból származnak, amelyeket itt tároltak az utolsó jégkorszak alatt és azóta 14. Az ezeket a szénvegyületeket lebontó mikroorganizmusok hőt termelnek, és ezáltal felgyorsítják a talaj felolvasztását és lebomlását. Az úgynevezett 15 termokarszt képződés során a talajszakadás a mélyebb rétegeket harmat- és bomlási folyamatoknak teszi ki. Az ilyen, önmagában intenzívebb pusztulási folyamatok, amelyeket az Északi-sarkvidék két és félszeres felmelegedése hajtott végre, mint a globális átlag 16, nem lennének visszafordíthatók rövid, néhány évszázados időintervallumban, mivel az eredeti tárolás sok évezredig tartott 17 .
Az óceánokból kilépő metán
A metán-hidrát jégbe szorult metán, amely a Jeges-tenger üledékeiben tárolódik, különösen Kelet-Szibériában. Az ott tárolt szerves szén mennyiségét továbbra is nehéz megbízhatóan megbecsülni 14. A metán-hidrátok évezredek óta lassan bomlanak le a tengervízből származó hőellátás miatt - lassú billenőelemnek számítanak. A metán rövid életű, bár nagyon erős üvegházhatású gáz. Legtöbbje egy évtizeden belül oxidálódik a légkörben szén-dioxiddá, amely ezután évezredek alatt felmelegíti a légkört.
folyamrendszerek
A levegő és az óceán áramlata egész évben vagy évszakonként túlsúlyban van, és évelő természetes ingadozások vannak, amelyek nem változatlanok. Bolygónk éghajlattörténetében számos felfordulás és átszervezési fázis történt. Az alábbiakban összefoglaljuk azokat a lehetséges hirtelen változásokat az áramlási rendszerekben, amelyekre a jövőben számíthatunk.
Csökken az atlanti termohalin keringés
Az Atlanti-óceán keringő áramai hatalmas energia szállítószalagot képviselnek, amellyel a felszínen lévő meleg víz északra száll, majd miután ott lehűlt és süllyedt vissza, délre. Az Északnyugat-Európa enyhe éghajlatáért felelős Golf-áramlat része ennek a jelenlegi rendszernek. Az egyik fő motorja a hideg, sűrű (és ezért nehéz) sós víz, amely a mélybe süllyed Grönland és Labrador mellett. Ha az északi olvadó jég miatt több édesvíz áramlik be, akkor a mélyebb víz képződése a víz kisebb sűrűsége miatt gyengülhet, és ez a hajtás gyengülhet. A Golf-áramlat mintegy 15% -os gyengülését már bizonyították 18–19. Ez komoly hatással lehet a tengeri ökoszisztémákra, lehűléshez vezethet az Atlanti-óceán északi részén, és növelheti a tengerszint emelkedését, különösen az Egyesült Államok atlanti partvidékén.
Az El Niño jelenség megzavarása
Normális esetben a dél-amerikai parti csendes-óceáni kereskedelmi szél a hideg mély vizet a felszínre tereli. A meleg felszíni víz ezután - a szél vezetésével - Dél-Amerikából Délkelet-Ázsiába áramlik. Az El Niño időjárási jelenségben a kereskedelmi szél gyengül, és ellentétes áram jön létre. Ennek eredményeként a Csendes-óceán délkeleti része Dél-Amerika mellett felmelegedik. Ennek a jelenségnek különösen erős megnyilvánulása, amely szabálytalanul ismétlődik két-hét évente, gyakoribbá válhat az ellenőrizetlen éghajlatváltozással 20. Ennek a mintázatnak a hatása világszerte érezhető, például Ausztráliában és Délkelet-Ázsiában aszályok és az amerikai nyugati partvidéken megnövekedett csapadék formájában. Az óceáni-légköri keringési mintázat ilyen változása során a monszun dinamikája is megváltozhat 21, például Nyugat-Indiában vagy Dél-Afrikában.
A sugáráram bolygóhullámainak lelassulása vagy lezárása
7–12 kilométeres magasságban a sugáráram kanyarog az északi félteke körüli középső szélességeken, és erős erős szél zónás sávjaként elválasztja az Északi-sarkvidék hideg levegőtömegét a délen mérsékeltebb légtömegektől. Az általa eltalált hullámok úgy "vándorolnak" a föld körül, hogy ezeket a légtömegeket kelet felé tolják. Ez a légdinamika a magas és alacsony nyomású területek megjelenésének kiindulópontja, amelyek viszont erősen befolyásolják ezeknek a régióknak az időjárását. Úgy tűnik, hogy a sugáráramon keresztüli légtömeg-mozgás lelassul, vagy a hullámok akár be is pattanhatnak a sugáráramba, így az általános időjárási körülmények sok hétig nem oldódnak fel. Ez pedig különféle tartósan szélsőséges időjárási viszonyokat eredményezhet, például hideg és hőhullámokat, áradásokat és aszályokat 22–26 .
Az indiai monszunok destabilizálása
Az indiai eső akár 90% -át a rendszeresen előforduló nyári monszunok okozzák. A monszun egy belső visszacsatolási mechanizmuson alapul, amely biztosítja a nedves levegő állandó, önerősített szállítását a tengertől a szárazföldig. Ennek a nedvességnek a páralecsapódása miatt látens hő szabadul fel a lehulló csapadék hatására, amely továbbra is biztosítja, hogy meleg légtömegek emelkedjenek, és a tengerből nedves levegő vonuljon mögé. Mind az aeroszolok (kulcsszó szerinti légszennyezés), mind a földhasználat megváltoztatása kulcsszerepet játszik ebben a rendkívül érzékeny rendszerben. A klímaváltozás során gyengült és fokozott monszun események ingamozgása keletkezhet Dél-Ázsiában, amelynek következtében szélsőséges aszályok és árvízkatasztrófák váltakoznak 27–29 között .
Váltás a Szaharát érintő nyugat-afrikai monszunokban
A talajnedvesség, a növényzet és a légkör kölcsönhatása szintén elmozdulást indíthat el a nyugat-afrikai monszunrendszerben 30. Ez erős vagy kevés esőzéshez vezethet Nyugat-Afrika lakossága számára, attól függően, hogy a csapadéköv a déli irányba tolódik-e át a Guineai-öbölig, vagy észak felé a Száhel övezetig. Ez utóbbi esetben a Száhel övezetben a csapadék fokozódhat, és ösztönözheti a Szahara újraföldezését - feltéve, hogy a régió nincs túlzottan legeltetve. A zöldítésnek azonban negatív következményei is lehetnek. Mivel a sivatagi por forrása, amelyet viharok alatt eddig nyugat felé szállítottak az Atlanti-óceánon, és tápanyagokkal látja el a Karib-tenger és az amazoniai esőerdők korallzátonyait is, kiszáradhatnak, mivel a Szahara zöld lesz.
Az észak-amerikai délnyugat felől kiszárad
A szubtrópusi száraz zóna északra történő terjeszkedése miatt Észak-Amerika délnyugati részén ma már csökken a csapadék mennyisége. A csapadékért felelős óceán és légkör áramlási mintázata a régióban nagyon hasonló a monszun rendszerhez. Ennek megfelelően létezhet olyan fordulópont, amelyet átlépve az USA délnyugati részének hirtelen még nagyobb szárazsággal kell megküzdenie.
Ökoszisztémák
Ha túl meleg vagy túl száraz lesz egy területen - ha ökológiai fülkéjük az éghajlati változások miatt bezárul -, akkor nem képesek túlélni. Néhány faj megfelelő felszereléssel rendelkezik a kijátszáshoz, például a pólus felé vagy nagyobb magasságokban. Azok a fajok, amelyek nagyon specifikus életkörülményekhez alkalmazkodnak, például a hegyi vagy sarki élőhelyeken, nem tudnak. A megfelelő élettér mindenesetre ritka a mai világban, ezt nagyrészt az emberek állítják. Az éghajlatváltozás egész régiókat megváltoztathat azáltal, hogy eltűnik az ökoszisztéma-közösségek, tipikus éghajlatuk és a hozzájuk alkalmazkodó fajközösségek.
Az amazoniai esőerdők átalakulása
Az Amazonas-medence csapadékának nagy része az erdőből elpárologtatott vízből származik. A csapadék csökkenése a melegebb földi éghajlaton, valamint az esőerdők és a tűzesetek erdőirtása kritikus határértékhez juttathatja az erdőt 31. E kritikus határ túllépése és látható hatásai között több évtized is eltelhet. Az amazóniai esőerdők szárazsághoz igazodó szezonális erdővé vagy füves tájgá történő átalakítása alapvető hatással lenne a föld éghajlatára, mivel a légkör és a bioszféra közötti globális szén-dioxid-csere körülbelül egynegyede itt zajlik. Ezenkívül jelentős szénelnyelő veszne el. Ugyanakkor az esőerdők eltűnése a biodiverzitás hatalmas veszteségét jelentené, ami szintén fontos reményt hordozna a rendszer esetleges helyreállításához 32 .
Az északi tűlevelű erdők (boreális erdők) csökkenése
Az északi tűlevelű erdők a világ erdőterületének csaknem egyharmadát teszik ki. Az éghajlatváltozással a növényi kártevők, a tűz és a viharok által okozott stressz fokozódik, míg regenerálódásukat a vízhiány, a fokozott párolgás és az emberi felhasználás rontja 33. Ha az expozíció meghaladja a jellegzetes küszöbértékeket, akkor bokrok és gyepek kiszoríthatják őket. Az erdők eltűnése nemcsak sok állat és növény élőhelyét pusztítaná el, hanem a szén-dioxid hatalmas felszabadulását is jelentené, ami valószínűleg hozzájárul a felgyorsult globális felmelegedéshez 34-35 .
Korallzátony pusztulás
A korallzátonyok nagyon érzékeny élőhelyek, amelyeket kismértékű hőmérséklet-ingadozások és különösen az óceánok savasodása károsít. A víz felmelegedése jelentősen elősegíti az elmúlt években megnövekedett "korallfehérítést", amelyben a korallpolipok taszítják a bennük élő algákat, majd gyakran elpusztulnak 36. Még akkor is, ha betartják a 2 ° C-os határt, a zátonyok nagy részének elvesztésével kell számolni 37. Miután egy zátony összeomlott, több ezer évre van szükség, hogy visszanőjön.
A tengeri szénszivattyú gyengül
A világ óceánjai hatalmas mennyiségű szenet szívnak fel - a korábbi antropogén CO2-kibocsátások mintegy 40% -át eltávolították a légkörből. Ennek nagy részét az algák felhasználják a növekedéshez, és haláluk után a mély tengerbe süllyed. Ennek az úgynevezett tengeri biológiai szénszivattyúnak a működését korlátozhatja a víz felmelegedése és savasodása, valamint az oxigénhiány gyakori előfordulása.
Általános információk a billentő elemekről
Schellnhuber, Hans Joachim. Önégetés: Az éghajlat, az emberek és a szén végzetes háromszögű kapcsolata. C. Bertelsmann Verlag, 2015. fejezet.
Levermann, Anders és mtsai. "Lehetséges éghajlati átmenetek, amelyek mély hatást gyakorolnak Európára." Éghajlatváltozás 110,3-4 (2012): 845-878.
Schellnhuber, Hans Joachim. "Buktató elemek a Föld rendszerében." A Nemzeti Tudományos Akadémia közleményei 106,49 (2009): 20561-20563.
Lenton, Timothy M. és mtsai. "Buktató elemek a Föld éghajlati rendszerében." A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóirata 105,6 (2008): 1786-1793.
Lenton, Timothy M. és Hans Joachim Schellnhuber. - A mérleg billenése. A természet klímaváltozása 1.712 (2007): 97-98.
Lenton, Timothy M. és mtsai. "Klímaváltozási pontok - túl kockázatos az ellen tétet tenni." (2019): 592-595.
Schellnhuber, Hans Joachim "Szembenézni az éghajlatváltozással: Tipppontok és fordulatok". Bucklandben D. és mtsai. (Szerk.), Égő jég. Cape Farewell, London (2006): 112
Schellnhuber, Hans Joachim és Held, Hermann. - Mennyire törékeny a Föld rendszere? Briden, J. C. és Downing, T. E. (szerk.), A Föld irányítása. The Linacre Lextures 2001. Oxford University Press, Oxford, (2002): 5
hitelesítő adatok
Klíma osztályozás Köppen szerint
A Köppen éghajlati osztályozása módosítva a Trewartha és a
Különböző Rudloff-eljárások figyelembevétele.
Köppen, W. (1936). Az éghajlat földrajzi rendszere. In: Köppen W., Geiger R. (szerk.) Handbuch der Klimatologie, I. évf., Borntraeger, Berlin.
Trewartha, G. T. (1968). Bevezetés a klímába, McGraw-Hill, New York.
Rudloff, W. (1981). A világ éghajlata, éghajlati adatok táblázataival és
gyakorlati javaslatok, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart.