Föreställ dig abrupta förändringar av de tropiska monsunerna, minskning av nederbörden på norra halvklotet, och förstärkning av nordatlantiska stormspår inom årtionden. Detta är några av de effekter som klimatforskare förväntar sig om Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), som omfördelar värme från ekvatorialregioner till norra halvklotet, plötsligt tippar in i ett vilande tillstånd som ett resultat av global uppvärmning. Konsekvenserna skulle drastiskt förändra villkoren för jordbruket, biologisk mångfald, och ekonomin i stora delar av världen.

En modellstudie av Johannes Lohmann och Peter D. Ditlevsen från Physics of Ice, Klimat, och jorden, Niels Bohr Institute, Köpenhamns universitet, Danmark, föreslår nu AMOC, och eventuellt andra klimatsubsystem som närmar sig tipppunkter kan tippa långt innan förväntat på grund av hastighetsinducerad tippning. Arbetet, publicerad idag i PNAS är en del av TiPES -projektet som finansieras av EU:s Horisont 2020.

Tiden spelar roll

Det finns en växande oro bland klimatforskare att flera klimatsubsystem kan tippa oåterkalleligt och plötsligt till ett nytt tillstånd om atmosfärisk CO ₂ -nivåerna skjuts bortom ännu okända trösklar. Dessa delsystem inkluderar isarken på Antarktis och Grönland, Amazonas regnskog, den asien-australiska monsunen, havsisen i Ishavet, och AMOC.

Dessutom, det är fortfarande osäkert om hastighetsinducerade tippeffekter också kan uppstå. Dessa effekter manifesterar sig som en tippning av systemet till ett nytt tillstånd redan före en teoretisk tröskel i de yttre förhållandena (såsom atmosfärisk CO ₂ nivåer) uppnås. Vid hastighetsinducerad tippning, förändringstakten - inte mängden förändring - är den viktiga faktorn. Detta beror på att tippning sker lättare när systemets villkor förändras ganska snabbt.

För att studera hastighetsinducerad tippning i klimatsystemet undersökte Dr. Johannes Lohmann fenomenet i en komplex havsmodell, Veros.

I sig själv oförutsägbar

Först, modellens tipptröskel vid mycket långsamma ökningar av den nordatlantiska sötvattentillförseln identifierades. Sedan, en rad experiment utfördes, där sötvattentillförseln ökades i varierande takt, men bara till nivåer under tippgränsen. Resultaten visade tydligt egenskaperna hos hastighetsinducerad tippning.

Specifikt, när havsmodellen utsattes för ökningar av sötvattentillförsel till Nordatlanten, som simulerade accelererande smältning från Grönlands inlandsis över tidsskalor på 10 till 150 år, AMOC hade en stark tendens att tippa till ett vilande tillstånd innan dess tröskel nåddes.

Det framgick också att på grund av havsmodellens kaotiska dynamik, den hastighetsinducerade tippningen var mycket känslig för små förändringar i de initiala förhållandena och hastigheten för förändring av smältvattenökningen. Detta gör tipptröskeln suddig. Därför havscirkulationens kvalitativa öde, dvs. om det kommer att kollapsa eller förbli som den moderna staten, förblir i sig oförutsägbar.

Oroande, om det är riktigt

Förekomsten av hastighetsinducerad tippning i en global havsmodell ger viktiga bevis på att ett eller flera klimatsubsystem kan tippa från att bli pressade för snabbt till följd av global uppvärmning. Om detta verkligen är en verklighet återstår att visa på fler modeller i klimatmodellhierarkin.

Dock, fynden pekar på grundläggande begränsningar i klimatförutsägbarhet och bekräftar behovet av att begränsa CO ₂ utsläpp för att hålla sig borta från farligt och oförutsägbart tippande.

"Det är oroande nyheter. För om detta är sant, det minskar vårt säkra arbetsutrymme, säger Johannes Lohmann.