O que sabemos sobre os limites decisivos do clima

À medida que as mudanças climáticas continuam, partes do sistema terrestre, como camadas de gelo, solos congelados ou a floresta amazônica, podem mudar – algumas rapidamente, outras lentamente – depois de cruzar limites importantes ou pontos críticos.

Para muitos processos diferentes da Terra, ecossistemas e partes do sistema terrestre, um incremento adicional da mudança de temperatura global causa uma pequena mudança correspondente nesse processo ou sistema. Por exemplo, o aquecimento gradual da temperatura do ar aumenta gradualmente a quantidade de vapor de água que o ar pode reter.

Em contraste, “elementos de ponta” podem exibir um ou vários limiares onde uma pequena mudança em uma variável produz uma grande mudança na resposta. Essa mudança pode acontecer rapidamente, como quando as chuvas em uma floresta tropical caem abaixo do nível necessário para sustentar algumas espécies de árvores, fazendo com que morram em décadas e mudem a composição do ecossistema. Alternativamente, essas mudanças podem acontecer muito lentamente, como é o caso de camadas de gelo desestabilizadas que podem levar vários séculos para deslizar em direção à costa antes de se fragmentarem e derreterem.

Um estudo recente em Reviews of Geophysics resume a compreensão científica atual de dez elementos de inclinação potencial do sistema climático da Terra. Pedimos ao autor principal que fornecesse uma visão geral desses elementos críticos, como eles são avaliados e quais questões permanecem.

Por que você defende o uso do termo “elemento de inflexão” em vez do “ponto de inflexão” mais comumente usado?

O termo “elemento basculante” ajuda a evitar confusão, pois se refere mais diretamente ao elemento do sistema terrestre em questão.

Em conversas sobre mudança climática, muitos escritores e comentaristas confundem um “ponto de inflexão”, que se refere a um limite crítico como a temperatura de um sistema, com o próprio sistema maior, como solos permafrost do Ártico ou gelo marinho do Ártico. O termo “elemento de inflexão” ajuda a evitar parte dessa confusão, pois se refere mais diretamente ao elemento do sistema terrestre em questão, deixando mais claro que um “ponto de inflexão” indica o ponto além do qual esse sistema começa a sofrer uma grande mudança de escala.

Além disso, o termo “ponto de inflexão” muitas vezes transmite a impressão de que um limite crítico é conhecido com precisão, que um sistema “cai” muito abruptamente quando esse limite é ultrapassado e que esse único limite governa um ecossistema que pode ser vasto, complexo e dependente em vários limiares. Na prática, nem todas – se é que alguma – dessas condições podem necessariamente ser verdadeiras para um determinado elemento de inclinação.

Quais são alguns dos desafios de avaliar elementos de tombamento?

Os elementos de tombamento representam uma série de obstáculos para os pesquisadores que tentam estudá-los. Em primeiro lugar, geralmente são sistemas grandes e complexos, às vezes abrangendo um ou mais continentes. Para um determinado elemento de inflexão, a mudança climática pode influenciar vários feedbacks e mecanismos diferentes ao mesmo tempo, com efeitos que às vezes se opõem. Os cientistas muitas vezes ainda estão tentando resolver as lacunas de conhecimento relacionadas a muitas dessas questões. Isso torna os elementos basculantes muito difíceis de modelar com precisão. Em segundo lugar, o tamanho e a complexidade dos elementos basculantes também dificultam que os pesquisadores usem estudos de campo ou experimentos para avaliar sua vulnerabilidade às mudanças climáticas, pois as condições podem diferir amplamente em diferentes paisagens e regiões. Finalmente, as evidências de como os elementos de inclinação responderam às mudanças no clima passado da Terra podem ser escassas.

Mapa global simplificado de regiões do mundo onde alguns dos candidatos a elemento de inflexão mais discutidos podem mostrar grandes mudanças em resposta às mudanças climáticas.

Quais são os dez candidatos a elemento adicional explorados em sua análise?

Em terra, exploramos as principais considerações e questões relacionadas à perda de longo prazo das principais camadas de gelo na Groenlândia e na Antártida, mudanças em larga escala no ecossistema da floresta amazônica e das florestas perenes do norte, e quanto carbono do efeito estufa descongelando os solos do permafrost podem liberar .

Vários elementos críticos envolvem mudanças nos sistemas oceânicos, como a perda de espécies de recifes de corais, o encolhimento do gelo marinho do Ártico e o potencial enfraquecimento da Circulação Meridional do Atlântico – um importante padrão de circulação oceânica no Atlântico Norte com implicações importantes para os padrões climáticos e o movimento das águas oceânicas. Discutimos por que o metano congelado preso nos sedimentos do fundo do mar é bastante resistente às mudanças climáticas.

Também revisamos algumas propostas de mudanças na circulação atmosférica e explicamos por que as teorias sobre mudanças abruptas nos padrões das monções desapareceram com o tempo. Também descrevemos uma nova teoria incerta de que as nuvens que protegem grande parte do oceano da luz solar podem se dissipar em níveis muito altos de CO₂.

Que critérios você usou para avaliar esses dez elementos de indicação de candidato?

Procuramos resumir a pesquisa existente para ajudar a abordar uma série de questões importantes. Quais processos e interações impulsionam cada sistema? Que mudanças os pesquisadores observaram até agora? Há evidências de que um sistema mudou significativamente em resposta a um limite crítico no passado? A compreensão científica do sistema mudou ou melhorou à medida que a comunidade de pesquisa continuou a estudá-lo?

Olhando para o futuro, o que os modelos dizem sobre a possibilidade de limites críticos, onde eles podem estar e como cada sistema pode mudar em resposta a diferentes níveis de aquecimento futuro? Com que rapidez ou lentidão o sistema responderia à influência das mudanças climáticas? Quais seriam as implicações dessas mudanças para outros sistemas naturais e para as comunidades humanas? Seria possível reverter essas mudanças se o clima voltasse a esfriar até o nível de temperatura pré-industrial? Finalmente, que perguntas sem resposta permanecem para futuros esforços de pesquisa?

O que é uma “cascata de tombamento”?

Uma “cascata de tombamento” envolve um possível conjunto de interações nas quais fatores climáticos físicos podem fazer com que um ou mais elementos de inclinação façam a transição para um novo estado, causando mais mudanças climáticas que, por sua vez, empurram outros elementos de inclinação para além de seus limiares críticos.

Por exemplo, o derretimento da camada de gelo da Groenlândia pode aumentar os fluxos de água doce para o Atlântico Norte, causando mudanças nos padrões de circulação oceânica e afetando a maneira como as correntes oceânicas movimentam a água e o calor globalmente. Tais interações potenciais permanecem muito incertas, podem se desdobrar em escalas de tempo relativamente longas de alguns séculos ou mais, e dependem fortemente de quais elementos de inflexão são de ação rápida ou de ação lenta.

A possibilidade de tombamento de cascatas é preocupante e requer estudos mais aprofundados. No entanto, a maioria das pesquisas sugere que as emissões humanas contínuas de gases de efeito estufa influenciam significativamente mais os elementos de tombamento do que os feedbacks climáticos menores dos quais os próprios elementos de tombamento provavelmente participarão. elementos e suas possíveis interações.

Diferentes candidatos a elementos decisivos responderiam às mudanças climáticas em velocidades diferentes, com algumas mudanças ocorrendo de forma relativamente rápida em algumas décadas, mas outras mudanças ocorrendo ao longo de muitos séculos ou mesmo milênios. Alguns sistemas já estão sob pressão e mostram sinais de mudança hoje.

Que elementos basculantes podem começar a sofrer grandes mudanças neste século?

Os recifes de corais tropicais são muito sensíveis às mudanças climáticas e muitas espécies construtoras de recifes podem enfrentar riscos existenciais mesmo com 1,5°C de aquecimento. A floresta amazônica enfrenta pressão de chuvas reduzidas, aumento de incêndios florestais e queimadas e exploração madeireira, e pode estar se aproximando de limites importantes do ecossistema. A mudança climática já está provocando mudanças nas florestas perenes do norte e causando degelo em grandes áreas de solo congelado, e essas mudanças podem se acelerar nas próximas décadas.

O aquecimento moderado neste século também poderia desencadear a futura liberação de carbono do permafrost e a degradação em longo prazo das camadas de gelo na Groenlândia e na Antártica, que progrediriam ao longo de vários séculos e além. As incertezas nos modelos climáticos dificultam a previsão do tamanho das possíveis mudanças na circulação oceânica ao longo deste século e, portanto, o risco de mudanças em larga escala nos padrões do Oceano Atlântico Norte não pode ser descartado.

Quais são algumas das questões não resolvidas em que pesquisas, dados ou modelagem adicionais são necessários?

Estudar o clima da Terra no passado distante continua difícil, mas pode nos ajudar a determinar como os elementos basculantes podem ter respondido às mudanças climáticas ao longo da história da Terra.

Estudar o clima da Terra no passado distante continua difícil, mas pode nos ajudar a determinar como os elementos basculantes podem ter respondido às mudanças climáticas ao longo da história da Terra. Enquanto isso, nos dias atuais, a coleta de dados de alto volume de sensores, drones e satélites, juntamente com técnicas como aprendizado de máquina, pode fornecer mais informações sobre o funcionamento de ecossistemas vastos e complexos.

Melhores recursos de modelagem são outra prioridade importante. Por exemplo, os pesquisadores estão trabalhando para melhorar a forma como os modelos climáticos representam os principais padrões de circulação oceânica no Atlântico Norte e como os modelos de vegetação preveem possíveis mudanças nos ecossistemas florestais em resposta a um aquecimento adicional. Com o tempo, os avanços na computação podem permitir que os cientistas executem modelos mais realistas e refinados em um futuro distante, permitindo simulações mais precisas. Isso pode ser particularmente útil para estudar a possibilidade de interações de elementos basculantes.

Dado que vários elementos de inflexão são potencialmente sensíveis a pequenas mudanças no aquecimento futuro, mais esforços de modelagem que exploram uma ampla gama de cenários de baixo e médio aquecimento de longo prazo também podem ajudar a fornecer informações mais precisas sobre seus limites críticos. (ecodebate)