מדע האופטימיים של מנגנוני האקלים וההשלכות שלהם

שם מקור: The Hidden Drivers of Climate Change

מנגנוני משוב אקלים הם הכוחות הבלתי נראים שיכולים להגביר או לחבק את ההשפעות של התחממות כדור הארץ.בניגוד פליטות גזי חממה ישירות, תהליכים אלה באים מאינטראקציות בתוך מערכת האקלים של כדור הארץ - בין האווירה, האוקיינוסים, הקרח, האדמה והאורגניזמים החיים.הבנתם אינה רק פעילות אקדמית; חיוני לחיזוי טמפרטורות עתידיות, עלייה בים ואירועי מזג אוויר קיצוניים.

מאמר זה חוקר את המדע מאחורי מנגנוני משוב אקלים, מחלחל אותם לסוגיות חיוביים ושליליים, בוחן את השפעותיהם בעולם האמיתי, ומשוחח על ההשלכות העמוקות שלהם על מדיניות האקלים ועל הציוויליזציה האנושית.

מה הם משככי כאבים?

מנגנון משוב אקלים הוא תהליך שמשנה את ההשפעה הראשונית של אילץ אקלים, כגון עלייה בריכוז CO2 אטמוספרי, אם המשוב מדגימה את השינוי המקורי, הוא נקרא AFLT:0 משוב חיובי FLT:1 (אם הוא מקטין את השינוי המקורי, הוא משוב על פני כדור הארץ (FLT:2negativerated) יכול לפעול על פני זמן החל מתקופות של מים (או ירידה) או ירידה של מים.

הרעיון הוא אנלוגי לצליל משוב במערכת כתובת ציבורית: מיקרופון אוסף קול, המגבר מגביר אותו, והרמקול פולט צליל חזק יותר שהמיקרופון שוב מרים, ויוצר לולאה מתפתלת. במערכת האקלים, ה"צליל" הראשוני עשוי להיות עלייה קטנה בטמפרטורה, ואת הלולאות המשוב יכולות לגרום לכך לגדולה או לייצב אותה.

מדענים לכמת משובים באמצעות פרמטר הנקרא FLT:0 (climateרגישות) 1 (ההתחממות של איזון הנגרמת על ידי הכפלת CO2.ללא משוב, כי התחממות תהיה בערך 1.2&Deg;C. אך בשל משובים, טווח סבירות בפועל הוא 2.5&Deg; C עד 4.0&Deg; C, עם הערכה טובה יותר קרוב 3.0&Deg; C.

תפקיד התוספת באקלים Sרגישות

רגישות אקלים היא ככל הנראה המספר החשוב ביותר במדעי האקלים.זה קובע כמה כדור הארץ יהיה חם לרמה מסוימת של פליטות. Feedbacks הם המקור העיקרי של אי הוודאות בהערכה זו.לדוגמה, אם משובי ענן יתבררו להיות חיובי יותר מאשר ההנחה הקודמת, רגישות יכולה להיות גבוהה מ-4.5&Deg; C - תרחיש קטסטרופלי.

מאחר משובים לפעול על פני לוחות זמנים שונים, תצפיות קצרות טווח (למשל, מהנתונים הלווין לאורך עשור) לא יכולות ללכוד את התגובה לטווח הארוך המלא. רשומות הפליקוביות מליבות קרח ושכבות הסחוס מספקות ראיות מכריעות כיצד משובים המופעלים במהלך תקופות חמות קודמות, כגון Pliocene (3 מיליון שנה) כאשר רמות CO2 היו דומות כיום, אך היו 2-3-C; ו- 15 מטר חם יותר.

הבנת המנגנונים האלה אינה רק עבור אנשי אקדמיה. קובעי מדיניות, מהנדסים ומנהיגי עסקים מסתמכים על מודלים של אקלים המשלבים משובים להעריך סיכונים, להציב מטרות פליטה, ולתכנן תשתיות לעתיד שכמעט בוודאות יהיה חם יותר מההווה.

משככי כאבים חיוביים

משוב חיובי הם מאיצים של שינויי האקלים.הם לוקחים התחממות ראשונית והופך אותו להתחממות גדולה יותר.למטה הם המשוב החיובי המשפיע ביותר, כל אחד עם תהליכים פיזיים שונים ודרגות שונות של ודאות.

Ice-Albedo Feedback

קרח ושלג הם רפלקטיביים מאוד (אלבדו גבוה), כלומר הם קופצים את רוב אור השמש בחזרה לחלל.כאשר התחממות מתמסת שלג או קרח, משטחים כהים – מים ים, אדמה חשופה או צמחייה – נחשפים למשטחים אלה לקרינה סולארית יותר, אשר גורמת להמיסה נוספת, אשר חושפת אפילו יותר פני השטח האפלים, וכן הלאה.

הארקטי חווה משוב זה בעוצמה רבה.מאז שרשומות לוויין החלו ב-1979, היקף הקרח הימי בספטמבר ירד בכ-13% בעשור.אובדן קרח רפלקטיבי חושף אוקיינוס כהה יותר, סופג יותר חום, מאיץ את ההתחממות האזורית. תופעה זו, המכונה "FLT:0Arctic amplificationFLT:1", גורמת לחום חם פי שניים מתוצאותיה של מזג האוויר הארקטי, מעבר לחלומי אוויר קרירים, כמו קשקשים חמים יותר, כמו קשקשים חמים יותר, וכדורי אוויריים חמים יותר, יכול לשנות את פני השטח הצפוני, כמו בוהקים חמים יותר, כמו טמפרטורות אוויריים חמים יותר מאשר אזוריים חמים יותר, כמו טמפרטורות אוויריים חמים יותר, כמו טמפרטורות קר יותר, כמו טמפרטורות קר יותר, וטרנטיבות אוויריים יותר, יותר, כמו טמפרטורות קר יותר, כמו טמפרטורות אוויריים, וטרנטיבות אוויריים, יותר, יותר, יותר, יותר, יכול לשנות את פני השטח.

מחקרים אחרונים מראים כי הארקטי יכול להיות כמעט ללא קרח בקיץ עד 2030, ציר זמן שעבר קדימה כבר עשרות שנים בהשוואה לתחזיות מוקדמות של IPCC.

מים Vapor Feedback

מים vapor הוא גז חממה בשפע ביותר, למרות הריכוז נשלט על ידי טמפרטורה ולא פליטות אנושיות ישירות. כמו האווירה חם, זה יכול להחזיק יותר לחות - כ 7% יותר מעלות צלזיוס, לאחר מערכת היחסים קלאוסוס-קלירון.

משוב זה נחשב חזק מאוד ומבונן היטב מודלים אקלים להראות באופן עקבי כי משוב מים מתפוגג בערך כפול ההתחממות מ CO2 בלבד.

בעוד שהפיזיקה הבסיסית היא מוצקה, מורכבות מתעוררת כי הפצת מים אינה אחידה.הסטרופה העליונה היא אזור חשוב במיוחד: אם היא הופכת להיות יותר לחימה שם, אפקט החממה הוא חזק במיוחד.מודלים ותצפיות מסכימים כי לחות גבוהה-טרופית גדלה בטרופיים, חיזוק נוסף של משוב.

Permafrost Thawing ו- Carbon

Permafrost - שטח שנשאר קפוא במשך שנתיים רצופות לפחות - מסתמך על רבע משטח הקרקע של צפון המיספרה.הוא מאוחסן כמויות עצומות של פחמן אורגני, שצבר יותר מאלפי שנים מצמחים מתים ובעלי חיים.

כאשר permafrost thaws, microbes להתחיל להיפטר חומר אורגני, שחרור פחמן דו חמצני (CO2) ומתאן (CH4) הוא חזק יותר כמו גז חממה על פני זמן קצר, אם כי יש לו חיים אטמוספיריים קצרים יותר מאשר CO2.שחרור של גזים אלה גורם התחממות נוספת, אשר ספוג יותר permafrost, יצירת משוב חיובי מסוכן.

משוב זה כבר מתקדם. בסיביר ובאלסקה, מכתשים גדולים נוצרו מפרסום מתאן נפץ, ואגמים תרמוקארתיים הם מבולטים עם גז.ההערכות הנוכחיות מראות כי פליטות permafrost יכול להוסיף 0.2-0.3 ° C של התחממות נוספת על ידי 2100 אם פליטות להמשיך ללא בדיקה.עם זאת, הגודל המדויק נשאר מאוד לא בטוח כי התהליך תלוי כמה מהר חומר אורגני למטה, אם זה קורה COobs (מחדש) או מתרסק עמוק (מחדש) או מתרסק עמוק (מחדש) או מתרסק).

Cloud Feedback (Positive Component)

עננים הם המקור היחיד הגדול ביותר של אי ודאות ברגישות אקלים.הם יכולים לפעול כמו משוב חיובי או שלילי בהתאם לסוג שלהם, גובה, תכונות אופטיות. ענני קוארורוס גבוהים הם דקים וגלוע; הם תופסים קרינה אינפרא אדום מתמשכת תוך כדי מתן אור שמש דרך, ובכך להתחממות כדור הארץ.כפי שהאקלים חם, מודלים מציעים כי גובה והיקף גבוה של עננים עלול להגדיל, להחמיר את ההתחממות זה מרכיב חיובי.

מחקרים תצפיתיים באמצעות נתונים של לווייניים ומודלים לפתרון ענן מצביעים על כך שעננים גבוהים אכן מגיבים להתחממות בדרכים שמשפרות את אפקט החממה.

משוב ענן נטו – האיזון בין רכיבים חיוביים ושליליים – הוא עדיין התורם המוביל להתפשט בהערכות רגישות האקלים על פני מודלים.הפחתת אי הוודאות הזו היא בראש סדר העדיפויות של מדעי האקלים.

משככי כאבים

משוב שלילי הם המייצבים.הם נגד השינוי הראשוני ולעזור למערכת האקלים לחזור לאיזון. בלעדיהם, הפלנטה כבר הייתה חווה תנודות טמפרטורה קיצוניות הרבה יותר בעבר.

קרינת פלאנק (Blackbodyקרינה)

המשוב השלילי הבסיסי ביותר הוא חוק סטפאן-בולצמן: ככל שכל חפץ מתחממת יותר אנרגיה.פני כדור הארץ והאווירה פולטים יותר קרינה אינפרא אדום לחלל כטמפרטורות עולות, אשר נוטה לקרר את הפלנטה. משוב זה תמיד שלילי והוא הסיבה העיקרית לכך שהמערכת לא תתפרק ללא הגבלת זמן.

« « « LICK

שיעור הנפילה הוא השיעור שבו הטמפרטורה יורדת עם גובה.בטרופיים, כריתת לחות נוטה לשמור על שיעור הנפילה קרוב לערך הדו-לשוני לחות.תחת התחממות גלובלית, הטרופיה העליונה חם יותר מאשר פני השטח באזורים אלה.זה מפחית את קצב הטמפרטורות האנכי, כלומר כדור הארץ פולט יותר קרינה (מכיוון פליטה לחלל מגיע בעיקר מנפח גבוה יותר, אבל זה קורה משוב שלילי יותר מאשר קצב חום).

Cloud Feedback (Negative Component)

stratus וענני סטרטומולוס נמוכים הם עבה ומכסה אזורים גדולים של האוקיינוסים הסובטרופיים.הם משקפים חלק משמעותי של אור השמש הנכנס בחזרה לחלל, קירור כדור הארץ.אם אקלים התחממות גורם לעננים נמוכים אלה להיות נרחבים יותר או רפלקטיביים, אשר יהוו משוב שלילי. חלק מהמחקרים מציעים כי עננים נמוכים עשויים דקים או כמו האקלים החמים, המוביל לענן חיובי נטו, אך עדיין חתים, אך הם עדיין וויכוח.

מחקר עדכני באמצעות תצפיות לוויין ומודלים ברזולוציה גבוהה מצביע על כך שכיסוי ענן נמוך עשוי לרדת מתחת להתחממות, להגביר את ההתחממות ולא להלחות אותה.זו אחת הסיבות מדוע מודלים רבים של אקלים המדינה- of-the-art עכשיו להראות רגישות גבוהה יותר מאשר גרסאות קודמות. הדור האחרון של מודלים (CM6) יש רגישות איזון אמצעית של כ-4.5&Deg; C, גבוה משמעותית מההערכות הקודמות, בעיקר בגלל משוב חיובי יותר.

כמות הפחמן

עלייה ברמות CO2 יכולה לעורר צמיחה צמחית, תהליך המכונה דשן CO2. צמחייה נוספת פירושה יותר ספיגה פחמן דרך פוטוסינתזה, אשר יכול לפעול כ משוב שלילי על ידי הסרת כמה מעודף CO2 מהאווירה. תצפיות לוויין להראות מגמה ירוקה גלובלית, במיוחד באמצע הגישות, המיוחסת במידה רבה ל- CO2 גבוה.

עם זאת, משוב זה מוגבל.מגבלות תזונתיות (במיוחד חנקן ו זרחן) מעצימות את הצמיחה הנוספת, והתחממות עצמה יכולה לדכא פוטוסינתזה ביערות טרופיים.יתר על כן, נשימות מוגברת ממיקרובים וצמחים כמו אדמה חם כמה מהרווחים.אפקט נטו הוא כי הקרקע והאוקיינוס כבר מאטים את היעילות הנוכחית שלהם.

השלכות על פרויקטים אקלים

משובי אקלים מכתיבים את ההבדל בין 1.5° עולם C ו- 4&Deg קטסטרופלי; C+ העולם.טווח הטמפרטורות העתידיות האפשריות תלוי ישירות בשאלה כמה חזקים יהיו המשוב החיוביים ועד כמה מהר הם נכנסים. אי הוודאות הזו נלכדת במושג FLT:0 [climate FLT:1] הפאנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים (IP) ככל הנראה בטווח של 2.5 מעלות צלזיוס; לא ניתן לשלוט בערכים אלה; אך לא ניתן לשלוט ב-C.

עבור קובעי מדיניות, משמעות הדבר היא שאסטרטגיות הקטנת חייבות להיות חזקות למגוון רחב של תוצאות.גם אם משוב שלילי מתברר להיות חזק יותר מאשר צפוי, המסלול הנוכחי של פליטות (עדיין עולה בכ-1.5% בשנה לפני COVID) סיכונים מעבר לסף מעבר לים אשר משוב חיובי הופך להיות irversible.לדוגמה, ההיתוך של גרינלנד ואנטארקטיקה קרח יש נקודת תצפית: פעם אחת, ירידה של פני השטח החיוביים, עלולים, ירידה של פני הים, ירידה של פני השטח, ירידה של פני השטח, ירידה של פני הים.

מודלים אקלים שאינם כוללים משובים במדויק יפחיתו את הסיכונים.לכן סוכנויות כמו נאס"א, NOAA, ו- UK Met Office לחדד את המודלים שלהם באופן קבוע כדי לשלב את ההבנה האחרונה של תהליכי משוב:0NASA מצפה כדור הארץ מספק משאבים חינוכיים מצוינים על מנגנוני משוב FLT:1, ואת FLT:2IPCC AR6 עבודה אני דוח פרק שלם כדי לקבל משובים ורגישות 3FLT:1.

משככי כאבים ו-Tipping Points

כמה משובים חזקים כל כך שהם יכולים לדחוף את מערכת האקלים מעבר ל-FLT:0 ⁇ נקודת מפנה 1 - סף מעבר לכך, שינוי הופך להיות בעל-עצמי ובלתי הפיך על פני אזורי זמן אנושיים. אלמנטים כוללים את גיליון הקרח של גרינלנד, את הקרח המערבי באנטארקטיקה, יערות הגשם האמזונס (שיכול לעבור מערות יער הגשם ועד סוואנה בשל אש יבשה ואוקיינוס האטלנטי).

האינטראקציות בין אלמנטים אלה של טיפינג יוצרות משוב נוסף.לדוגמה, אמזון קרסה תשחרר מיליארדי טונות של פחמן, התחממות נוספת של כדור הארץ וצמצום קרח.היתוך קרח מגרינלנד מוסיף מים טריים לצפון האוקיינוס האטלנטי, שעלולה להאט את ה- AMOC, אשר בתורו משפיע על דפוסי מזג האוויר ברחבי העולם. משובים מתקפלים אלה מיוצגים בצורה גרועה במודלים כיום, אך הם מייצגים תרחיש "לילה" של שינויים עצמיים.

מחקר חדש באמצעות נתונים חיוורים מצביע על כך שהאקלים של כדור הארץ יכול לעבור בין מדינות במהירות יחסית – עם עשרות שנים עד מאות שנים – כאשר משובים תואמים.המעבר האחרון של קרחוני-גזעי הוא דוגמא אחת, אך הוא מונע על ידי שינויים איטיים במסלול כדור הארץ.ההתחממות של היום מתרחשת הרבה יותר מהר מאשר כל שינוי טבעי ב-50 מיליון השנים האחרונות, נותן מערכות אקולוגיות וזמן קצר להסתגל.

מדיניות ומייגציה

הבנת מנגנוני משוב היא חיונית לתכנון מדיניות אקלים יעילה.קיום משוב חיובי חזק פירושו שככל שנחכה יותר להפחית את פליטות, כך קשה יותר לייצב את האקלים.הפעלת אי-אפשר רק לדחף הראשוני (ריכוז CO2) להגדיל, אך גם מפעילה הגדלת משובים המנעולים בהתחממות נוספת.

לדוגמה, אם permafrost taw מוסיף 0.3 °C עד 2100, כי התחממות יש לפצות על ידי קיצוץ פליטות עמוק יותר במגזרים אנושיים. בדומה, אם משוב על קרח מאיץ התחממות הארקטי, ייתכן שהוא דורש אפילו יותר אגרסיבי הפחתה גלובלית להישאר מתחת ל- 1.5 ° של הסכם פריז; המטרה.

כמה הצעות גיאוגריננטליות, כגון הזרקת אווירוסול הסטריטוספירי, נועדו למנוע משוב חיובי ישירות על ידי צמצום אור השמש הנכנס.עם זאת, גישות אלה אינן מתייחסות לגורם השורש (ריכוזי גז ירוק) ו לשאת סיכונים משלהם, כולל הפרעה פוטנציאלית של מערכות מונסון ומחיקת האוזון.

האסטרטגיה הבטוחה והיעילה ביותר נותרה מרתיעה מהירה – הפעלת שימוש בדלק מאובן, הפסקת המחיקה, והפצה של טכנולוגיות להסרת CO2 מהאטמוספירה. משובי אקלים עושים זאת עוד יותר דחוף.

ברמה האישית, המודעות הציבורית למנגנוני משוב יכולה לטפח תמיכה לפעולה נועזת.כאשר אנשים מבינים כי התכה של קרח חושפת מים כהים סופגים יותר חום, או כי thawing permafrost משחרר פחמן עתיק, הם מבינים מדוע לחכות לפעולה אינה אפשרות נייטרלית - כל שנה של חוסר פעולה מחזקת את הלולאות משוב שהופכות את הבעיה לגרועה יותר.

מסקנה

מנגנוני משוב אקלים הם המגברים הנסתרים והייצובים של טמפרטורת הפלנטה שלנו הם קובעים האם דחיפה קטנה מפני פליטות אנושיות הופכת להתחממות קטסטרופלית או לשינוי מתון יותר. משוב חיובי - s-albedo, מים vapor, פחמן permafrost, ושינויים בענן - הם כבר מאיצים שינוי האקלים בזמן אמת.

שיפור ההבנה שלנו של משובים אלה הוא אחד האתגרים המדעיים החשובים ביותר של העידן שלנו.זה דורש השקעה מתמשכת בתצפיות לוויין, לימודי שדה, מודלים על מחשבי העל, אבל המדע לבדו אינו מספיק; הידע חייב להיות מתורגם למדיניות המפחיתה את פליטות במהירות ובשוויון.הלאה המשוב האולטימטיבית היא זו בין פעולה אנושית ותגובה כדור הארץ: אם נצמצם כעת פליטות, אנו מחלישים את החיוביות שמאיים על פני הציוויליזציה, אם נחזקה אותנו.

בסופו של דבר, מדע משובי האקלים אינו רק על קרח, עננים, מחזורי פחמן.זה על עתיד החיים על פני כדור הארץ, וכי העתיד עדיין נכתב - על ידי הבחירות שאנו עושים כיום.