Kunne den omvendte cirkulation af Atlanterhavet lukke ned?

Kunne den omvendte cirkulation af Atlanterhavet lukke ned?

Skematisk af AMOC. De røde stier viser varmere vand nærmere overfladen, mens de lilla stier viser koldere, mere tæt vand, der bevæger sig i dybden. Kredit: Met Office

Generelt tænker vi på klimaforandringer som en gradvis proces: jo flere drivhusgasser, som mennesker udsender, jo mere vil klimaet ændre sig. Men er der nogen "point of no return", der forpligter os til irreversibel ændring?

“Atlantic Meridional Overturning Circulation”, kendt som “AMOC”, er et af de største nuværende systemer i verdenshavene og spiller en afgørende rolle i reguleringen af ​​klimaet.

Det er drevet af en delikat balance mellem havtemperaturer og saltholdighed, som risikerer at blive forstyrret af et varmende klima.

Den seneste forskning antyder, at AMOC meget sandsynligt vil svække dette århundrede, men et sammenbrud er meget usandsynligt. Imidlertid er forskere på en måde fra at være i stand til at definere nøjagtigt, hvor meget opvarmning der kan skubbe AMOC forbi et vippepunkt.

vælter

Figuren herunder viser en illustration af AMOC. I det nordlige Atlanterhav bevæger varmt vand fra subtroperne sig nordpå nær overfladen og koldt - og dermed mere tæt - vand bevæger sig sydpå i dybden, typisk 2-4 km under overfladen.

I nord afkøles det varme overfladevand af den overliggende atmosfære, omdannes til koldt, tætt vand og synker for at levere den dybe, sydlige gren. Et andet sted opvarmes det kolde vand og varmes op igen og forsyner den øvre, varme gren og afslutter kredsløbet.

Kunne AMOC kollapse?

AMOC er sårbar over for klimaændringer. Efterhånden som atmosfæren varmer på grund af stigende drivhusgasser, mindskes havets evne til at miste varme fra den nordatlantiske overflade, og en af ​​AMOC's drivende faktorer er svækket.

Fremskrivninger af klimamodeller af global opvarmning i dette århundrede peger konsekvent på en svækkelse af AMOC. De seneste vurderinger af Mellemstatslige Panel om Klimaændringer (IPCC) - the femte vurderingsrapport (AR5) og særlig rapport om oceaner og kryosfære i et skiftende klima (SROCC) - begge konkluderer, at AMOC er "meget sandsynligt" at svækkes i løbet af det 21. århundrede.

En sådan svækkelse ville have en kølende effekt på klimaet omkring den nordatlantiske region, da den nordlige varmeforsyning bremses. Denne effekt er inkluderet i klimaforventningerne, men den direkte opvarmningseffekt fra stigende koncentrationer af drivhusgasser er stærkere, så nettoresultatet stadig opvarmes over landområder.

Men mere dramatiske ændringer er teoretisk muligt. Et "vippepunkt" kan eksistere ud over hvilket den nuværende stærke AMOC bliver uholdbar.

Bevis for dette går tilbage til a seminalpapir udgivet i 1961 af en af ​​fæsterne til moderne oceanografi, Henry Stommel. Stommel indså, at AMOC er en slags konkurrence mellem virkningerne af temperatur og saltholdighed, som begge har indflydelse på havvandstætheden.

Kunne den omvendte cirkulation af Atlanterhavet lukke ned?

Figuren nedenfor illustrerer de forskellige mulige AMOC-tilstande. I nutidens klima dominerer temperaturen, og det kolde, tætte vand med høj breddegrad driver en stærk AMOC (rød kurve). Men i andre klimastater er det muligt for frisk vand (fra nedbør eller issmeltning) at friske - og så lette - vandet med høj bredde; i dette tilfælde er vandet ikke tæt nok til at drive AMOC, der kollapser (blå kurve).

Hvis ferskvandsindgangen til Atlanterhavet var stærk nok - fra hurtig smeltning af for eksempel den grønlandske isplade, ville den blå prik flytte til højre i figuren. I henhold til Stommel's model bliver den stærke AMOC-tilstand (rød) på et tidspunkt uholdbar, og AMOC kollapser til “slukket” tilstand (blå). Selv hvis de drivende klimaforandringer senere blev vendt (den blå prik bevægede sig tilbage til venstre på figuren), ville AMOC forblive på den blå kurve og ville ikke tænde igen igen, før klimaet havde overskredet de nuværende forhold i den modsatte retning. Dette fænomen kaldes ”hysterese”.

Kunne den omvendte cirkulation af Atlanterhavet lukke ned?

Tipspidser og hysterese af AMOC i Stommels enkle model. Mulige tilstande i AMOC afhænger af mængden af ​​ferskvandstilførsel til Atlanterhavet (x-akse). AMOC-styrke vises på y-aksen. [Bemærk, at begge måles i Sverdrups (Sv), hvor 1 Sv angiver en million kubikmeter vand transporteret pr. Sekund.] Når der er lavt ferskvandstilførsel, dominerer temperaturen strømningen og kun en stærk AMOC er mulig (rød kurve). Ved høj ferskvandstilførsel er kun en sammenbrudt tilstand mulig (blå kurve). I mellem er begge stater mulige. Hvis ferskvandstilførslen skulle stige ud over en kritisk værdi (vippepunktet), ville AMOC kollapse. Selv hvis ferskvandsindgangen blev returneret til sin oprindelige tilstand, ville AMOC derefter forblive slukket. Kredit: Met Office.

Langsigtede fremskrivninger

Stommels idé har udviklet sig gennem årene, men den grundlæggende indsigt er stadig relevant. Der er evidence at AMOC-ændringer kan have spillet en rolle i nogle store klimaforskyvninger fra fortiden - senest for ca. 8,200 år siden, da verden opstod fra den sidste istid.

På det tidspunkt blev en enorm sø i det nordvestlige Canada tilbageholdt af en ismur. Da temperaturerne varmet, kollapter isvæggen, deponering af det ferske vand fra søen ind i Nordatlanten og afbryder AMOC. En stor afkøling på dette tidspunkt kan ses i palæoklimatiske poster i Nordamerika, Grønland og Europa.

Omfattende klimamodeller projicerer normalt ikke en fuldstændig nedlukning af AMOC i det 21. århundrede, men for nylig er modeller blevet kørt længere ind i fremtiden. Under scenarier af fortsatte høje drivhusgaskoncentrationer, et antal modeller projicerer en effektiv AMOC-nedlukning inden 2300.

Modelfremskrivninger af den fremtidige AMOC spænder imidlertid vidt. Som et resultat af spørgsmålet om, hvilket niveau af global opvarmning der vil resultere i en AMOC-nedlukning, er det usandsynligt, at det videnskabelige samfund vil se nogen konvergens i den nærmeste fremtid.

Mens den grundlæggende mekanisme, der destabiliserer AMOC i Stommel's oprindelige model, synes at være vigtig i klimamodeller, er der andre processer, der forsøger at stabilisere AMOC. Mange af disse processer er vanskelige at modellere kvantitativt, især med den begrænsede opløsning, der er mulig med den aktuelle computerkraft. Så vores AMOC-fremskrivninger vil fortsat være underlagt en vis usikkerhed i nogen tid fremover.

Under hensyntagen til alle bevismaterialer konkluderede IPCC's AR5 og SROCC, at et AMOC-sammenbrud før 2100 var "meget usandsynligt”(Pdf). Imidlertid ville virkningerne af at passere et AMOC-vippepunkt være enorme, så det bedst ses som et ”lav sandsynlighed, høj indvirkning” -scenarie.

Hvad ville virkningerne af et kollaps have?

Klimamodeller kan bruges til at vurdere påvirkningen på klimaet, hvis AMOC lukker helt ned. Ved at tilføje store mængder ferskvand til Nordatlanten i en model lyser forskere kunstigt det kolde, tætte vand, der danner den nederste gren af ​​løkken. Dette stopper AMOC, og vi kan derefter se på påvirkningen på klimaet.

Figuren nedenfor illustrerer de ændringer, der resulterer i et sådant eksperiment. Nedlukning af AMOC resulterer i en afkøling (blå skygge) af hele den nordlige halvkugle, især regionerne tættest på zonen for det nordatlantiske varmetab (“radiatoren” for det nordatlantiske centralvarmesystem). I disse regioner overstiger afkøling den forventede opvarmning på grund af drivhusgasser, så en fuldstændig nedlukning i det 21. århundrede, selvom det er meget usandsynligt, kan resultere i en nettoafkøling i regioner som Vesteuropa.

Kunne den omvendte cirkulation af Atlanterhavet lukke ned?

Modeliseret ændring i overfladetemperatur (C) efter en kunstigt induceret sammenbrud af AMOC. Skygge angiver køling (blå) eller opvarmning (orange og rød). Genoptrykt med tilladelse fra Springer. Jackson et al. (2015) Globale og europæiske klimakonsekvenser af en afmatning af AMOC i en højopløsnings-GCM, Klimadynamik.

Andre påvirkninger inkluderer store forskydninger i nedbørsmønstre, stigninger i vinterstorme over Europa og en stigning i havniveauet op til 50 cm omkring det nordatlantiske bassin. I mange regioner vil disse effekter forværre tendenserne på grund af den globale opvarmning.

Mens sådanne modeleksperimenter er kunstige "hvad nu hvis?" scenarier, de illustrerer størrelsen af ​​de ændringer, der kan være resultatet af et AMOC-kollaps. Virkningerne på landbrug, dyreliv, transport, energiefterspørgsel og kystinfrastruktur ville være komplekse, men vi kan være sikre på, at der vil være store socioøkonomiske konsekvenser. For eksempel, en undersøgelse viste en 50% reduktion i græsproduktiviteten i større græsningsregioner i det vestlige UK og Irland.

Hvad kan der gøres ved risikoen for et kollaps?

Som forklaret ovenfor er forskere på en måde fra at være i stand til med sikkerhed at definere et niveau af global opvarmning, hvor AMOC ville være i fare for at krydse et vippepunkt.

Det kan dog være muligt at styre risikoen for AMOC-sammenbrud, selv uden at vide, hvor sandsynligt det er.

For at tage en indenlandsk analogi: Jeg ved, at det er muligt, men usandsynligt, at mit hus vil brænde - det er en begivenhed med stor sandsynlighed med stor indvirkning. Jeg har ikke meget idé om, hvor sandsynligt det er, at jeg får brand, men jeg kan alligevel styre risikoen ved at få kontrolleret den elektriske ledning og ved at installere røgalarmer. Ledningskontrollen reducerer risikoen for brand, mens røgalarmen giver mig en tidlig advarsel, hvis en brand starter, så påvirkningen kan reduceres - ved at evakuere huset og ringe til brandvæsenet.

For nylig sammen med kolleger på University of Exeter, vi har undersøgt muligheden for at udvikle et system til tidlig advarsel til tip af AMOC.

Ved hjælp af en simpel model vi har vist at den måde, saltindholdet i det subtropiske og subpolære Atlanterhav udvikler sig over tid, kan give en tidlig indikation, hvis AMOC er på vej til et kollaps, muligvis årtier, før der er set nogen større svækkelse i selve AMOC.

Det er tidlige dage for denne forskning, men ved at overvåge en sådan indikator kan det være muligt at give mere tid til at forberede sig på konsekvenserne af et AMOC-kollaps eller vedtage mere aggressive afbødende klimaændringsforanstaltninger for at få AMOC til en mere stabil vej .

Udestående spørgsmål

Efterhånden som verden får fat på udfordringerne ved at nå målene i Paris-klimaforordningen, øges interessen for klimaforløb derigennem midlertidigt overskride det endelige målniveau. Det er vigtigt, at sådanne overskridelser ikke krydser nogen irreversible tærskler på vej til den endelige destination, så forskning på vippepunkter er nødt til at knytte teoretiske resultater til disse mere praktiske spørgsmål.

Meget af modelleringen af ​​AMOC-vippepunkter til dato har brugt idealiserede scenarier med ferskvandsindgang til Nordatlanten. Dette er relevant for nogle tidligere AMOC-ændringer, men for at modellere fremtidige klimaændringer er vi nødt til at forstå, hvad der sker, når opvarmning og opfriskning finder sted sammen.

Dette er et mere udfordrende problem, fordi antallet af relevante processer og feedback er øget. Nogle af disse processer fungerer i små skalaer, som modeller kæmper for at løse med den aktuelle computerkraft. Forbedring af modellering af vigtige AMOC-processer kræver tålmodighed og langsigtet forpligtelse, men vil til sidst betale udbytte i mere selvsikre AMOC-forudsigelser.

Forskning om tidlig advarsel om AMOC-sammenbrud er i sin spædbarn, men kan være en frugtbar måde at reagere på risikoen. En ting er sikker: tidlig varsling kræver løbende observationer af de vigtigste aspekter af AMOC.

AMOC-overvågning trådte ind i en ny æra i 2004 med RAPID-MOCHA, en række fortøjede instrumenter, der spænder over Atlanterhavets bredde på 26.5 grader nord og giver kontinuerlig overvågning af AMOC. Før dette havde der kun været fem øjebliksbilleder af cirkulationen fordelt på 47 år.

Resultater har allerede ændret vores forståelse af, hvordan AMOC varierer i tid: for eksempel en uventet dukkert i AMOC - observeret i efteråret 2009 - menes at have spillet en rolle i de usædvanligt kolde europæiske vintre 2009-10 og 2010-11.

Mere for nylig a lignende overvågningsgruppe er installeret længere nord i det subpolare Atlanterhav. Sammen med kontinuerlige målinger af temperatur og saltholdighed fra drivende Argo-flydere, har oceanografer nu en hidtil uset database til at studere dette afgørende element i vores klimasystem og give verden en chance for at forberede sig på eventuelle grimme overraskelser.

Om forfatteren

Dr. Richard Wood, der leder klima-, kryosfære- og havgruppen på Det Forenede Kongeriges Met Office Hadley Center. Dr Laura Jackson, en videnskabsmand i samme gruppe.

Denne artikel blev oprindeligt vist på Carbon Brief

books_causes

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

følg InnerSelf på

facebook-ikonTwitter-ikonrss-ikon

Få det nyeste via e-mail

{Emailcloak = off}

SENESTE VIDEOER

Lille plankton drev processer i havet, der fanger dobbelt så meget kulstof som forskere troede
Lille plankton drev processer i havet, der fanger dobbelt så meget kulstof som forskere troede
by Ken Buesseler
Havet spiller en vigtig rolle i den globale kulstofcyklus. Drivkraften kommer fra lille plankton, der producerer ...
Klimaændringer truer drikkevandets kvalitet over de store søer
Klimaændringer truer drikkevandets kvalitet over de store søer
by Gabriel Filippelli og Joseph D. Ortiz
"Drik ikke / kog ikke" er ikke hvad nogen ønsker at høre om deres bys vand fra hanen. Men de kombinerede effekter af ...
At tale om energiforandringer kunne ødelægge klimaændringerne
At tale om energiforandringer kunne ødelægge klimaændringerne
by InnerSelf personale
Alle har energihistorier, hvad enten det drejer sig om en slægtning, der arbejder på en olierigg, en forælder der lærer et barn at vende sig…
Afgrøder kan møde dobbeltbesvær fra insekter og et opvarmende klima
Afgrøder kan møde dobbeltbesvær fra insekter og et opvarmende klima
by Gregg Howe og Nathan Havko
I årtusinder har insekter og planterne, de lever af, været involveret i en co-evolutionær kamp: At spise eller ikke være ...
For at nå nulemissioner skal regeringen rette op på hindringer, der udsætter folk for elbiler
For at nå nulemissioner skal regeringen rette op på hindringer, der udsætter folk for elbiler
by Swapnesh Masrani
Der er sat ambitiøse mål af de britiske og skotske regeringer til at blive kulstoføkonomier med nul-nul i 2050 og 2045 ...
Foråret ankommer tidligere overalt i USA, og det er ikke altid gode nyheder
Foråret ankommer tidligere overalt i USA, og det er ikke altid gode nyheder
by Theresa Crimmins
Overalt i store dele af USA har et opvarmende klima fremrykket ankomsten til foråret. Dette år er ingen undtagelse.
Den sidste istid fortæller os, hvorfor vi er nødt til at pleje en 2 ℃ temperaturændring
Den sidste istid fortæller os, hvorfor vi er nødt til at pleje en 2 ℃ temperaturændring
by Alan N Williams, et al
I den seneste rapport fra Det Mellemstatslige Panel for Klimaændringer (IPCC) hedder det, at uden et væsentligt fald ...
En by i Georgia får halvdelen af ​​dens elektricitet fra præsident Jimmy Carters solfarme
En by i Georgia får halvdelen af ​​dens elektricitet fra præsident Jimmy Carters solfarme
by Johnna Crider
Plains, Georgia, er en lille by, der ligger lige syd for Columbus, Macon og Atlanta og nord for Albany. Det er…

SENESTE ARTIKLER

Orkaner og andre ekstreme vejrkatastrofer beder nogle mennesker om at flytte og fange andre på plads
Orkaner og andre ekstreme vejrkatastrofer beder nogle mennesker om at flytte og fange andre på plads
by Jack DeWaard
Hvis det ser ud til, at ekstreme vejrkatastrofer som orkaner og ildebrande bliver hyppigere, alvorlige og ...
Hvis alle biler var elektriske, ville de britiske kulstofemissioner falde med 12%
Hvis alle biler var elektriske, ville de britiske kulstofemissioner falde med 12%
by George Milev og Amin Al-Habaibeh
COVID-19-lukningen har ført til reduceret forurening og emissioner i Storbritannien og i hele verden, hvilket giver en klar ...
Brasiliens Jair Bolsonaro ødelægger oprindelige lande, med verden distraheret
Brasiliens Jair Bolsonaro ødelægger oprindelige lande, med verden distraheret
by Brian Garvey og Mauricio Torres
Amazonas-brande i 2019 drev det største enkeltårstab af brasiliansk skov i et årti. Men med verden i…
Hvorfor lande ikke tæller emissioner fra varer, de importerer
Hvorfor lande ikke tæller emissioner fra varer, de importerer
by Sarah McLaren
Jeg vil gerne vide, om New Zealands kulstofemission på 0.17% inkluderer emissioner produceret fra produkter fremstillet ...
Grønne redningsoptagelser: At stole på kulstofudregning lader forurenende luftfartsselskaber fra krogen
Grønne redningsoptagelser: At stole på kulstofudregning lader forurenende luftfartsselskaber fra krogen
by Ben Christopher Howard
Coronavirus-pandemien har jordet tusinder af fly, hvilket har bidraget til det største nogensinde årlige fald i CO₂ ...
Længere voksende sæsoner har en begrænset effekt på bekæmpelsen af ​​klimaændringer
Længere voksende sæsoner har en begrænset effekt på bekæmpelsen af ​​klimaændringer
by Alemu Gonsamo
Klimaopvarmning fører til tidlige kilder og forsinkede søjler i koldere miljøer, så planter kan vokse til en ...
Både de konservative og de liberale ønsker en grøn energi-fremtid, men af ​​forskellige grunde
Både de konservative og de liberale ønsker en grøn energi-fremtid, men af ​​forskellige grunde
by Deidra Miniard et al
Politiske splittelser er en voksende armatur i USA i dag, uanset om emnet er ægteskab på tværs af partilinjer,…
Hvordan klimaeffekten af ​​oksekød sammenlignes med plantebaserede alternativer
Hvordan klimaeffekten af ​​oksekød sammenlignes med plantebaserede alternativer
by Alexandra Macmillan og Jono Drew
Jeg spekulerer på klimapåvirkningen af ​​vegansk kød kontra oksekød. Hvordan kan en stærkt forarbejdet patty sammenlignes med ...