Kunne Atlanterhavets omvendte sirkulasjon slå seg av?

Kunne Atlanterhavets omvendte sirkulasjon slå seg av?

Skjematisk av AMOC. De røde traseene viser varmere vann nærmere overflaten, mens de lilla stiene viser kaldere, tettere vann som beveger seg på dybden. Kreditt: Met Office

Generelt tenker vi på klimaendringer som en gradvis prosess: jo mer klimagasser som mennesker slipper ut, jo mer vil klimaet endre seg. Men er det noen "poeng med tilbakekomst" som forplikter oss til irreversibel forandring?

“Atlantic Meridional Overturning Circulation”, kjent som “AMOC”, er et av de viktigste nåværende systemene i verdens hav og spiller en avgjørende rolle i reguleringen av klimaet.

Det er drevet av en delikat balanse av havtemperaturer og saltholdighet, som risikerer å bli opprørt av et varmende klima.

Den siste forskningen antyder at AMOC sannsynligvis vil svekke dette århundret, men en kollaps er svært usannsynlig. Imidlertid er forskere på en måte fra å være i stand til å definere nøyaktig hvor mye oppvarming kan skyve AMOC forbi et tippepunkt.

velt

Figuren nedenfor viser en illustrasjon av AMOC. I Nord-Atlanteren reiser varmt vann fra subtropene nordover nær overflaten og kaldt - og følgelig mer tett - vann reiser sørover på dybden, typisk 2–4 km under overflaten.

I nord blir det varme overflatevannet avkjølt av den overliggende atmosfæren, omdannet til kaldt, tett vann og synker for å forsyne den dype, sørlige grenen. Andre steder blir det kalde vannet oppvarmet, og det forsynes med den øvre, varme grenen og fullfører kretsløpet.

Kan AMOC kollapse?

AMOC er sårbar for klimaendringer. Når atmosfæren varmer på grunn av økende klimagasser, reduseres havets evne til å miste varme fra Nord-Atlanterhavsoverflaten, og en av drivfaktorene til AMOC svekkes.

Fremskrivninger av klimamodeller av global oppvarming i dette århundret peker konsekvent på en svekkelse av AMOC. De nyeste vurderingene av Mellomstatslig panel for klimaendringer (IPCC) - den femte vurderingsrapport (AR5) og spesiell rapport om hav og kryosfære i et klima i endring (SROCC) - begge konkluderer med at AMOC er "veldig sannsynlig" å svekke i løpet av det 21. århundre.

En slik svekkelse vil ha en avkjølende effekt på klimaet rundt Nord-Atlanteren, ettersom den nordlige varmeforsyningen bremses opp. Denne effekten er inkludert i klimaprognosene, men den direkte oppvarmingseffekten fra økende konsentrasjoner av klimagasser er sterkere, slik at nettoresultatet fortsatt varmer over landområder.

Men mer dramatiske endringer er teoretisk mulig. Et "tippepunkt" kan eksistere som den nåværende sterke AMOC blir uholdbar.

Bevis for dette går tilbake til a seminal papir utgitt i 1961 av en av fedrene til moderne oseanografi, Henry Stommel. Stommel innså at AMOC er en slags konkurranse mellom effektene av temperatur og saltholdighet, som begge påvirker tettheten av sjøvann.

Kunne Atlanterhavets omvendte sirkulasjon slå seg av?

Figuren nedenfor illustrerer de forskjellige mulige AMOC-tilstandene. I dagens klima dominerer temperaturen og det kalde, tette høye breddegradet driver en sterk AMOC (rød kurve). Men i andre klimatilstander er det mulig for ferskvann (fra nedbør eller issmelting) å friske - og slik lette - vannet med høy breddegrad; i dette tilfellet er vannet ikke tett nok til å drive AMOC, som kollapser (blå kurve).

Hvis ferskvannstilførselen til Atlanterhavet var sterk nok - fra hurtig smelting av for eksempel Grønlandsisen, ville den blå prikken bevege seg til høyre i figuren. I følge Stommels modell blir den sterke AMOC-staten (rød) på et tidspunkt uholdbar og AMOC kollapser til “av” -staten (blå). Selv om de drivende klimaendringene senere ble snudd (den blå prikken beveget seg tilbake til venstre på figuren), ville AMOC holde seg på den blå kurven og ville ikke slå på igjen før klimaet hadde overskredet dagens forhold i motsatt retning. Dette fenomenet er kjent som "hysterese".

Kunne Atlanterhavets omvendte sirkulasjon slå seg av?

Tippepunkter og hysterese av AMOC i Stommel sin enkle modell. Mulige tilstander i AMOC avhenger av mengden ferskvannstilførsel til Atlanterhavet (x-aksen). AMOC styrke vises på y-aksen. [Merk at begge er målt i Sverdrups (Sv), der 1 Sv betegner en million kubikkmeter vann transportert per sekund.] Når det er lite ferskvannsinngang, dominerer temperaturen strømmen og bare en sterk AMOC er mulig (rød kurve). For høy tilførsel av ferskvann er bare en kollapset tilstand mulig (blå kurve). I mellom er begge stater mulige. Hvis ferskvannstilførselen skulle øke utover en kritisk verdi (tippepunktet), ville AMOC kollapse. Selv om ferskvannstilførselen ble returnert til sin opprinnelige tilstand, ville AMOC fortsatt være av. Kreditt: Met Office.

Langsiktige anslag

Stomels idé har utviklet seg gjennom årene, men den grunnleggende innsikten er fremdeles relevant. Det er evidence at AMOC-endringer kan ha spilt en rolle i noen store klimaforskyvninger fra fortiden - sist for rundt 8,200 XNUMX år siden da verden vokste fram fra forrige istid.

På den tiden ble en enorm innsjø i Nord-Canada holdt tilbake av en ismur. Da temperaturene varmet, falt isveggen sammen, avsette ferskvannet fra innsjøen inn i Nord-Atlanteren og avbryter AMOC. En stor nedkjøling på dette tidspunktet kan sees i paleoklimatiske poster over Nord-Amerika, Grønland og Europa.

Omfattende klimamodeller projiserer generelt ikke en fullstendig avstengning av AMOC i det 21. århundre, men nylig har modeller blitt kjørt lenger inn i fremtiden. Under scenarier av fortsatte høye klimagasskonsentrasjoner, en rekke modeller prosjekt en effektiv AMOC-avslutning innen 2300.

Modelle fremskrivninger av fremtidens AMOC varierer imidlertid stort. Som et resultat, på spørsmålet om hvilket nivå av global oppvarming som vil føre til en AMOC-avslutning, er det lite sannsynlig at det vitenskapelige samfunnet vil se noen konvergens i løpet av den nærmeste fremtiden.

Mens den grunnleggende mekanismen som destabiliserer AMOC i Stommel sin opprinnelige modell ser ut til å være viktig i klimamodeller, er det andre prosesser som prøver å stabilisere AMOC. Mange av disse prosessene er vanskelige å modellere kvantitativt, spesielt med den begrensede oppløsningen som er mulig med dagens datakraft. Så våre AMOC-anslag vil fortsette å være gjenstand for ganske usikkerhet i noen tid fremover.

IPCCs AR5 og SROCC konkluderte med alle bevisene, og konkluderte med at en AMOC-kollaps før 2100 var "veldig usannsynlig”(Pdf). Imidlertid ville virkningene av å passere et AMOC-tippepunkt være enorme, så det blir best sett på som et "lite sannsynlighet, med stor innvirkning" -scenario.

Hva vil være virkningene av et kollaps?

Klimamodeller kan brukes til å vurdere påvirkningen på klima hvis AMOC skulle stenge helt. Ved å legge store mengder ferskvann til Nord-Atlanteren i en modell, lyser forskere kunstig det kalde, tette vannet som danner den nedre grenen av løkken. Dette stopper AMOC, og vi kan deretter se på påvirkningen på klimaet.

Figuren nedenfor illustrerer endringene som resulterer i ett slikt eksperiment. Avslutning av AMOC resulterer i en avkjøling (blå skyggelegging) av hele den nordlige halvkule, særlig regionene nærmest sonen for Nord-Atlanterhavets varmetap ("radiatoren" til det nordatlantiske sentralvarmesystemet). I disse regionene overstiger avkjølingen den forventede oppvarmingen på grunn av klimagasser, så en fullstendig avstengning i det 21. århundre, selv om det er veldig usannsynlig, kan føre til en netto avkjøling i regioner som Vest-Europa.

Kunne Atlanterhavets omvendte sirkulasjon slå seg av?

Modellert endring i overflatetemperatur (C) etter en kunstig indusert kollaps av AMOC. Skyggelegging indikerer kjøling (blå) eller oppvarming (oransje og rød). Trykt på nytt med tillatelse fra Springer. Jackson et al. (2015) Globale og europeiske klimakonsekvenser av en nedgang i AMOC i en høyoppløselig GCM, Climate Dynamics.

Andre påvirkninger inkluderer store forskyvninger i nedbørsmønstre, økning i vinterstorm over Europa og en havnivåstigning på opptil 50 cm rundt det nordatlantiske bassenget. I mange regioner vil disse effektene forverre trendene på grunn av global oppvarming.

Mens slike modelleksperimenter er kunstige "hva om?" scenarier, illustrerer de størrelsen på endringene som kan være resultatet av en AMOC-kollaps. Effektene på jordbruk, dyreliv, transport, energietterspørsel og kystinfrastruktur vil være kompliserte, men vi kan være sikre på at det vil ha store samfunnsøkonomiske konsekvenser. For eksempel, en studie viste 50% reduksjon i gressproduktivitet i store beiteområder i det vestlige Storbritannia og Irland.

Hva kan gjøres med risikoen for en kollaps?

Som forklart ovenfor, er forskere et stykke fra å være i stand til å trygt definere et nivå av global oppvarming der AMOC vil være i fare for å krysse et tippepunkt.

Imidlertid kan det være mulig å håndtere risikoen for AMOC-kollaps, selv uten å vite hvor sannsynlig det er.

For å ta en innenlandsk analogi: Jeg vet at det er mulig, men usannsynlig, at huset mitt vil brenne ned - det er en begivenhet med lite sannsynlighet og stor innvirkning. Jeg har ikke så god anelse om hvor sannsynlig det er at jeg vil ha brann, men jeg kan uansett styre risikoen ved å få kontrollert de elektriske ledningene og installere røykvarsler. Ledningssjekken reduserer sjansen for brann, mens røykvarsleren gir meg tidlig advarsel om en brann starter slik at påvirkningen kan reduseres - ved å evakuere huset og ringe brannvesenet.

Nylig, sammen med kolleger på University of Exeter, har vi undersøkt muligheten for å utvikle et system for tidlig varsling for tipping av AMOC.

Ved hjelp av en enkel modell, vi har vist at måten saltholdighetene i det subtropiske og subpolare Atlanterhavet utvikler seg over tid, kan gi en tidlig indikasjon om AMOC er på vei til en kollaps, muligens flere tiår før noen større svekkelse har blitt sett i selve AMOC.

Det er tidlige dager for denne forskningen, men ved å overvåke en slik indikator kan det være mulig å gi mer tid til å forberede seg på konsekvensene av en AMOC-kollaps, eller å vedta mer aggressive tiltak for å redusere klimaendringene for å få AMOC til en mer stabil vei .

Utestående spørsmål

Når verden får tak i utfordringene med å oppfylle målene i klimaforliket i Paris, øker interessen for klimaforhold overskride midlertidig det endelige målnivået. Det er viktig at slike overskridelser ikke krysser noen irreversible terskler på vei til den endelige destinasjonen, så forskning på tippepunkter må knytte teoretiske resultater til disse mer praktiske spørsmålene.

Mye av modelleringen av AMOC-tippepunkter til dags dato har brukt idealiserte scenarier med ferskvannstilførsel til Nord-Atlanteren. Dette er relevant for noen tidligere AMOC-endringer, men for å modellere fremtidige klimaendringer må vi forstå hva som skjer når oppvarming og oppfrisking foregår sammen.

Dette er et mer utfordrende problem fordi antallet relevante prosesser og tilbakemeldinger økes. Noen av disse prosessene fungerer i små skalaer som modeller sliter med å løse med dagens datakraft. Å forbedre modelleringen av viktige AMOC-prosesser trenger tålmodighet og langsiktig forpliktelse, men vil til slutt betale utbytte i mer selvsikre AMOC-spådommer.

Forskning om tidlig varsel om AMOC-kollaps er i sin spede begynnelse, men kan være en fruktbar måte å svare på risikoen på. En ting er sikkert: tidlig varsling vil kreve kontinuerlige observasjoner av sentrale aspekter ved AMOC.

AMOC-overvåking gikk inn i en ny tid i 2004 med RAPID-MOCHA, en rekke fortøyde instrumenter som spenner over bredden av Atlanterhavet på 26.5 grader nord og gir kontinuerlig overvåking av AMOC. Før dette hadde det bare vært fem øyeblikksbilder av sirkulasjonen spredt over 47 år.

Resultatene har allerede endret vår forståelse av hvordan AMOC varierer i tid: for eksempel en uventet dukkert i AMOC - observert høsten 2009 - antas å ha spilt en rolle i de uvanlig kalde europeiske vintrene 2009-10 og 2010-11.

Mer nylig, a lignende overvåkningsoppstilling er installert lenger nord i det subpolare Atlanterhavet. Sammen med kontinuerlige målinger av temperatur og saltholdighet fra drivende Argo-flyter, har oseanografer nå en enestående database for å studere dette viktige elementet i klimasystemet vårt og gi verden en sjanse til å forberede seg på eventuelle ekle overraskelser.

Om forfatteren

Dr. Richard Wood, som leder klima-, kryosfære- og havgruppen ved Storbritannias Met Office Hadley Centre. Dr Laura Jackson, en forsker i samme gruppe.

Denne artikkelen opprinnelig dukket opp på Carbon Brief

books_causes

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

følg InnerSelf på

facebook-ikonettwitter-iconrss-ikonet

Få den siste via e-post

{Emailcloak = off}

SENESTE VIDEOER

Liten plankton-stasjon prosesser i havet som fanger dobbelt så mye karbon som forskere trodde
Liten plankton-stasjon prosesser i havet som fanger dobbelt så mye karbon som forskere trodde
by Ken Buesseler
Havet spiller en viktig rolle i den globale karbonsyklusen. Drivkraften kommer fra bittesmå plankton som produserer ...
Klimaendringer truer drikkevannskvaliteten over de store innsjøene
Klimaendringer truer drikkevannskvaliteten over de store innsjøene
by Gabriel Filippelli og Joseph D. Ortiz
“Ikke drikk / ikke kok opp” er ikke det noen vil høre om byens tappevann. Men de kombinerte effektene av ...
Å snakke om energiforandring kan ødelegge klimainnviket
Å snakke om energiforandring kan ødelegge klimainnviklingen
by InnerSelf Staff
Alle har energihistorier, enten de handler om en slektning som jobber på en oljerigg, en foreldre som lærer et barn å snu seg…
Avlinger kan få dobbeltproblemer fra insekter og et varmende klima
Avlinger kan få dobbeltproblemer fra insekter og et varmende klima
by Gregg Howe og Nathan Havko
I årtusener har insekter og plantene de lever av vært engasjert i en co-evolusjonær kamp: å spise eller ikke være ...
For å nå nullutslipp Regjeringen må ta opp hindringer som setter folk i fare for elbiler
For å nå nullutslipp Regjeringen må ta opp hindringer som setter folk i fare for elbiler
by Swapnesh Masrani
Ambisiøse mål er satt av Storbritannia og skotske myndigheter for å bli netto null karbonøkonomier innen 2050 og 2045 ...
Våren ankommer tidligere over hele USA, og det er ikke alltid gode nyheter
Våren ankommer tidligere over hele USA, og det er ikke alltid gode nyheter
by Theresa Crimmins
Over store deler av USA har et oppvarmende klima avansert vårens ankomst. I år er intet unntak.
Den siste istiden forteller oss hvorfor vi trenger å bry oss om en 2 ℃ temperaturendring
Den siste istiden forteller oss hvorfor vi trenger å bry oss om en 2 ℃ temperaturendring
by Alan N Williams, et al
Den siste rapporten fra klimapanelet (IPCC) sier at uten vesentlig reduksjon ...
En by i Georgia får halvparten av strømmen fra president Jimmy Carters solfarm
En by i Georgia får halvparten av strømmen fra president Jimmy Carters solfarm
by Johnna Crider
Plains, Georgia, er en liten by som ligger rett sør for Columbus, Macon og Atlanta og nord for Albany. Det er den…

SISTE ARTIKLER

Orkaner og andre ekstreme værkatastrofer ber noen mennesker om å flytte og felle andre på plass
Orkaner og andre ekstreme værkatastrofer ber noen mennesker om å flytte og felle andre på plass
by Jack DeWaard
Hvis det virker som ekstreme værkatastrofer som orkaner og skogbranner blir hyppigere, alvorligere og ...
Hvis alle biler var elektriske, ville UK-karbonutslipp synke med 12%
Hvis alle biler var elektriske, ville UK-karbonutslipp synke med 12%
by George Milev og Amin Al-Habaibeh
COVID-19-lockdown har ført til redusert forurensning og utslipp i Storbritannia og rundt om i verden, og gir en klar ...
Brasils Jair Bolsonaro er ødeleggende urfolk, med verden distrahert
Brasils Jair Bolsonaro er ødeleggende urfolk, med verden distrahert
by Brian Garvey, og Mauricio Torres
Amazonas-brannene i 2019 drev det største ettårs tapet av brasiliansk skog på ti år. Men med verden i ...
Hvorfor land ikke teller utslipp fra varer de importerer
Hvorfor land ikke teller utslipp fra varer de importerer
by Sarah McLaren
Jeg vil gjerne vite om New Zealands karbonutslipp på 0.17% inkluderer utslipp produsert fra produkter produsert ...
Green Bailouts: Å stole på utligning av karbon vil la forurensende flyselskaper av kroken
Green Bailouts: Å stole på utligning av karbon vil la forurensende flyselskaper av kroken
by Ben Christopher Howard
Coronavirus-pandemien har grunnlagt tusenvis av fly, og bidratt til det største noensinne årlige fallet i CO₂ ...
Lengre voksende årstider har en begrenset effekt på bekjempelse av klimaendringer
Lengre voksende årstider har en begrenset effekt på bekjempelse av klimaendringer
by Alemu Gonsamo
Klimaoppvarming fører til tidlige kilder og forsinkede søyler i kaldere miljøer, slik at planter kan vokse for en ...
Både Høyre og Venstre ønsker en grønn energiframtid, men av forskjellige grunner
Både Høyre og Venstre ønsker en grønn energiframtid, men av forskjellige grunner
by Deidra Miniard et al
Politiske splittelser er et voksende inventar i USA i dag, enten temaet er ekteskap på tvers av partilinjer, ...
Hvordan klimaeffekten av storfekjøtt sammenligner med plantebaserte alternativer
Hvordan klimaeffekten av storfekjøtt sammenligner med plantebaserte alternativer
by Alexandra Macmillan og Jono Drew
Jeg lurer på klimaeffekten av vegansk kjøtt kontra storfekjøtt. Hvordan sammenligner en sterkt bearbeidet patty med ...