Punkty krytyczne: Dlaczego możemy nie być w stanie odwrócić zmian klimatycznych

19 minute read

Zaktualizowano Thu Jun 03 2021

Co to jest punkt krytyczny?

Wyobraź sobie toczenie piłki pod górę. Gdy wejdziesz na wzgórze, jeśli trochę popchniesz piłkę, po prostu potoczy się ona z powrotem w twoje ręce.

Jednak po przerzuceniu piłki przez szczyt wzgórza będzie się ona sama toczyć i stracisz ją. Tutaj szczyt wzgórza jest „punktem krytycznym”; w tym momencie, jeśli dasz piłce najmniejsze dodatkowe pchnięcie, odtoczy się ona od ciebie i nie zatrzyma się!

Analogia punktu krytycznego

Normalnie systemy naszej Ziemi zachowują się w podobny sposób jak kula u podnóży wzgórza – jeśli nieco je popchniemy, zmieniając nieznacznie te systemy, w końcu powrócą do swojego naturalnego stanu. Jeśli jednak sprawimy, że nasz system Ziemi bardzo się zmieni (np. przez znaczne zwiększenie ilości gazów cieplarnianych (GHGs) w atmosferze), kula przesunie się na szczyt wzgórza, więc każdy mały dodatkowy nacisk spowoduje ogromną i nieodwracalną zmianę. Nazywa się to „punktem krytycznym”.

Przekroczenie punktu krytycznego jest nieodwracalne, ponieważ nie można się cofnąć, unieważniając małą zmianę. Ta niewielka zmiana spowodowała zmianę systemu, która może być natychmiastowa lub opóźniona o kilkanaście lat w przyszłość.

Czy przekroczyliśmy jakieś punkty krytyczne?

Do niedawna naukowcy uważali, że jest mało prawdopodobne, że przekroczymy jakiekolwiek klimatyczne punkty krytyczne na skalę światową w tym stuleciu. Teraz jednak pojawia się coraz więcej dowodów i zgodności co do tego, że jesteśmy bliżej przekroczenia punktów krytycznych, niż sądziliśmy.

Mapa niektórych punktów krytycznych

Punkt krytyczny 1: Oscylacje południowe El Niño (ENSO)

Zwykle na południowym Pacyfiku występują silne wiatry, które wieją na zachód od Ameryki Południowej po Australię. Popychają one ciepłe wody powierzchniowe na zachód, powodując, że na wschodzie podnosi się zimna woda z głębin oceanu.

Silne wiatry zachodnie

Ciepła woda powierzchniowa z oceanu powoduje, że powietrze się podnosi, zwiększając ilość chmur i opadów deszczu na zachodzie, i prowadząc w efekcie do przepływu powietrza w atmosferze. Wzmacnia on silne wiatry.

Stały przepływ powietrza

Skąd więc bierze się El Niño? Mniej więcej co 2-7 lat, zachodnie wiatry zaczynają się osłabiać z powodu nietypowej zmiany w dystrybucji ciśnienia na powierzchni południowego Oceanu Spokojnego.

Słabsze wiatry zachodnie

Jak myślisz, co dzieje się potem?


Z powodu słabszych wiatrów mniej ciepłej wody pchane jest na zachód, przez co mniej zimnej wody płynie na wschód. W efekcie na środku Oceanu Spokojnego pojawia się gorąca woda.

Przepływ powietrza El Niño

To zjawisko zwane El Niño. Powoduje zmianę wzorców ruchu wiatru i powietrza w atmosferze, wywołując efekty na całym świecie. Należą do nich wzmożone susze w Indonezji, Indiach i niektórych częściach Brazylii, a także wzmożone powodzie w Peru. Podczas El Niño w sezonie 2015/2016 ponad 60 milionów ludzi doświadczyło trudności z dostępem do wystarczającej ilości jedzenia. Poniższa mapa pokazuje wzorce pogodowe, których możemy spodziewać się podczas zjawiska El Niño:

Wpływ El Niño na opady atmosferyczne

Jeśli globalne ocieplenie spowoduje, że oceany będą wchłaniać więcej ciepła, warstwa ciepłej wody powierzchniowej może pogłębić się tak bardzo, że ENSO przekroczy punkt krytyczny. To by sprawiło, że El Niño byłoby na stałe intensywniejsze i częstsze. Poziom globalnego ocieplenia wymagany, żeby przepchnąć ENSO przez punkt krytyczny, prawdopodobnie zostanie osiągnięty w tym stuleciu, a efekty będą odczuwalne przez kolejne tysiąc lat.

Poza wzmożeniem powodzi w Peru El Niño zwiększy też susze w Amazonii. To sprawia, że przekroczenie kolejnego punktu krytycznego, który stoi przed nami, jest jeszcze bardziej prawdopodobne.

Punkt krytyczny 2: Utrata amazońskiego lasu deszczowego

Jak sądzisz, co sprawi, że Amazonia przekroczy punkt krytyczny?


Amazonia jest tak duża, że uwalnia ogromną ilość wody do atmosfery – ponad 8 bilionów ton rocznie! Dzieje się to podczas procesu zwanego fotosyntezą, w którym drzewa łączą wodę z gleby oraz CO₂ z atmosfery, tworząc dla siebie pożywienie. Żeby zabrać CO₂ z atmosfery, drzewa muszą otworzyć małe wgłębienia w liściach, co jednak oznacza, że ucieka z nich sporo wody. Woda ta trafia do atmosfery i staje się chmurami. Utrzymuje to zimną temperaturę powietrza i tworzy więcej deszczu, dzięki któremu drzewa rosną.

Drzewa i cykl hydrologiczny

Z powodu znacznej utraty drzew do atmosfery trafi mniej wody. W miarę załamywania się cyklu hydrologicznego, niektóre obszary Amazonii będą robiły się coraz suchsze. Tak się już dzieje w południowej i wschodniej Amazonii, gdzie pory suche trwają dłużej co najmniej od dwóch dekad.

Globalne ocieplenie zwiększy te szkody. Wraz z wylesianiem doprowadzi do częstszych pożarów lasu, lokalnych suszy i powodzi, oraz zniszczy bioróżnorodność.

Amazonia przekroczy punkt krytyczny, kiedy cykl hydrologiczny będzie tak zniszczony, że obszary lasu przestaną wytwarzać wystarczająco dużo deszczu, żeby las deszczowy mógł rosnąć. Zostanie on bezpowrotnie utracony i przekształcony w zdegradowane sawanny.

Punkt krytyczny Amazonii

Jeśli mierzymy punkt krytyczny tylko przez pryzmat globalnego ocieplenia, wiele badań sugeruje, że temperatury musiałyby wzrosnąć o 4°C, żeby środkowy, południowy i wschodni amazoński las deszczowy przekroczył swój punkt krytyczny.

Jeśli jednak weźmiemy pod uwagę wysuszające efekty wylesiania, niektórzy twierdzą, że punkt krytyczny osiągniemy nawet wcześniej, przy wylesieniu rzędu 20-40%. To szczególnie niepokojące, ponieważ od 1970 roku wycięliśmy już 17% amazońskiego lasu deszczowego!

Punkt krytyczny 3: Zniknięcie pokrywy lodowej Oceanu Arktycznego latem

Czy uważasz, że pokrywa lodowa na Oceanie Arktycznym jest taka sama przez cały rok?


Nie – w rzeczywistości każdego roku około 9 milionów km² (czyli mniej więcej połowa całkowitej pokrywy lodowej) jest tracone między marcem a wrześniem, ale ponownie zamarza zimą.

Jednak jest bardzo prawdopodobne, że ilość lodu obecnego w każdym miesiącu roku zmniejszyła się w latach 1979-2018. We wrześniu nastąpiła największa zmiana pokrywy lodowej w ciągu ostatnich 1000 lat, tracąc około 83 000 km² rocznie od 1979 r.! Możesz zobaczyć znaczenie tego na poniższym wykresie!

Utrata pokrywy lodowej Oceanu Arktycznego we wrześniu

Jak myślisz, co sprawia, że pokrywa lodowa Oceanu Arktycznego topnieje bardziej, niż powinna?


To wysokie temperatury letnie zwiększają topnienie lodu. Przyczyną jest także pętla zwrotna. Oznacza ona, że topnienie lodu sprawia, że topnieje jeszcze więcej lodu. Kiedy tak się dzieje, odkryte zostaje więcej powierzchni oceanicznej. Ma ona ciemniejszy kolor niż lód, wchłania więc więcej światła słonecznego. Dlatego im więcej lodu topnieje, tym cieplejsza staje się powierzchnia oceaniczna, przez co prawdopodobieństwo topnienia większej ilości lodu jest jeszcze większe!

Pętla zwrotna topnienia lodu

Arktyczny lód morski przekroczy punkt krytyczny, gdy temperatury staną się tak wysokie, że dalsza utrata lodu morskiego stanie się niemożliwa do zatrzymania. Doprowadzi to do punktu w przyszłości, w którym latem nie będzie arktycznego lodu morskiego. Jest to jeden z najbardziej nagłych i prawdopodobnych punktów zwrotnych przyjętych w modelu klimatycznym przewidywania.

Naukowcy przewidują, że istnieje 10–35% szans, że wzrost globalnej temperatury o 2°C spowoduje nieuniknione lata bez lodu do 2100 roku. Co gorsza, niedawna utrata arktycznego lodu morskiego była znacznie wyższa niż przewidywania modelu klimatycznego, więc punkt krytyczny dla lodu letniego może zostać przekroczony znacznie wcześniej niż przewidują modele. Niektórzy naukowcy uważają, że już to przekroczyliśmy!

Utrata lodu arktycznego znacznie zaszkodzi lokalnej faunie i bezpieczeństwu żywności/wody dla rdzennych ludności. Może również wpływać na wzorce pogodowe na większości północnej półkuli, wpływając na znacznie więcej ludzi, jednak naukowcy nie są całkowicie pewni dynamiki tej relacji.

Punkt krytyczny 4: Topnienie lądolodu antarktycznego i grenlandzkiego

Inny związany z lodem punkt krytyczny to topnienie lądolodów w Grenlandii i na Antarktydzie. Lądolody to ogromne obszary lodu, które pokrywają ląd; jeśli stracą za wiele lodu, przekroczą punkt krytyczny, od którego nie będzie już można powstrzymać pozostałego lodu przed topnieniem. To by doprowadziło do kilkumetrowego podniesienia się poziomu mórz w ciągu kolejnych paru stuleci.

Bardziej szczegółowo omówimy to w rozdziale poświęconym zmienności poziomu morza!

Czy możemy ufać prognozom punktów krytycznych?

Nie osiągnięto porozumienia co do tego, czy jakiekolwiek punkty krytyczne zostaną przekroczone przed rokiem 2100 ze względu na brak danych i trudności, z jakimi borykają się modele klimatu w przedstawianiu tych procesów. Dlatego też prognozy dotyczące przekroczenia konkretnego punktu krytycznego są bardzo niepewne.

Jak uważasz, w jaki sposób powinniśmy udoskonalić prognozy?


Choć najlepsze modele klimatu potrafią obecnie brać pod uwagę wiele nagłych zmian klimatycznych, pewne procesy pozostają niewyjaśnione. Niektóre modele nie uwzględniają na przykład sprzężeń zwrotnych, które powodują kurczenie się lądolodów lub uszkodzenie roślinności.

Sprzężenia zwrotne lądolodów i roślinności z większym prawdopodobieństwem będą mieć znaczący wpływ na punkty krytyczne w przyszłych stuleciach, bo ich reakcja jest dość wolna i nie widzimy natychmiast ich efektów. Wykluczenie ich z modeli oznacza, że może być nawet więcej lądowych punktów krytycznych.

Więcej sprzężeń zwrotnych, więcej punktów krytycznych

Podsumowanie

Wielu naukowców twierdzi, że globalne ocieplenie o 2°C jest bezpieczną granicą, która zapobiegnie przekroczeniu punktów krytycznych.

Ostatnio jednak najwybitniejsi naukowcy zajmujący się tą dziedziną orzekli, że powinniśmy utrzymywać globalne ocieplenie dużo poniżej 2°C, żeby uniknąć przekroczenia jakichkolwiek punktów krytycznych. Kiedy testowano 37 potencjalnych punktów krytycznych, modele klimatu przewidziały, że 18 z nich nastąpi poniżej 2°C! (Pamiętaj, że już ociepliliśmy naszą planetę o 1,1°C).

Ryzyko jest jeszcze większe, ponieważ wielu ekspertów uważa, że w większości przypadków, kiedy jeden punkt krytyczny zostanie przekroczony, z większym prawdopodobieństwem przekroczony zostanie następny. Oznacza to, że wiele punktów krytycznych może nastąpić w tym samym czasie. To tak jakby uruchomić reakcję łańcuchową!

Dlatego naukowcy zalecają podjęcie natychmiastowych międzynarodowych działań w sprawie niezrównoważonych praktyk (takich jak spalanie paliw kopalnych i wylesianie), żeby uniknąć ryzyka punktów krytycznych.

Następny rozdział