En av nyckelfrågorna om klimatförändringarna är styrkan i växthuseffekten. I vetenskapliga termer beskrivs detta som "klimatkänslighet". Det definieras som hur mycket jordens medeltemperatur i slutändan kommer att stiga som svar på en fördubbling av atmosfärens koldioxidnivåer.

Klimatkänsligheten har varit svår att fastställa exakt. Klimatmodeller ger ett intervall på 1,5-4,5 ℃ per fördubbling av CO₂, medan historiska väderobservationer tyder på ett mindre intervall på 1,5-3,0 ℃ per fördubbling av CO₂.

I en ny studie publicerad i Science Advances, Cristian Proistosescu och Peter J. Huybers från Harvard University löser denna diskrepans, genom att visa att modellerna sannolikt har rätt.

Enligt deras statistiska analys, historiska väderobservationer avslöjar bara en del av planetens fulla reaktion på stigande CO₂-nivåer. Den verkliga klimatkänsligheten kommer bara att visa sig på en tidsskala av århundraden, på grund av effekter som forskare kallar "långsamma klimatåterkopplingar".

Snabbt och långsamt

För att förstå detta, det är viktigt att veta exakt vad vi menar när vi pratar om klimatkänslighet. Så kallad "jämviktsklimatkänslighet", eller långsamma klimatåterkopplingar, hänvisar till den yttersta konsekvensen av klimatresponsen – med andra ord, de slutliga effekterna och miljökonsekvenserna som en given växthusgaskoncentration kommer att ge.

Dessa kan inkludera långsiktiga klimatåterkopplingsprocesser som sönderfall av istäcke med åtföljande förändringar i jordens ytreflektion (albedo), förändringar i vegetationsmönster, och utsläpp av växthusgaser som metan från marken, tundra eller havssediment. Dessa processer kan äga rum på tidsskalor av århundraden eller mer. Som sådana kan de bara förutsägas med hjälp av klimatmodeller baserade på förhistoriska data och paleoklimatbevis.

Å andra sidan, när växthusgaspådrivningen ökar med en hastighet så hög som 2–3 miljondelar (ppm) CO₂ per år, som fallet har varit under det senaste decenniet eller så, hastigheten för långsamma återkopplingsprocesser kan accelereras.

Mätningar av atmosfären och marina förändringar som gjorts sedan den industriella revolutionen (när människan först började massutsläppa växthusgaser) fångar främst de direkta uppvärmningseffekterna av CO₂, samt kortsiktiga återkopplingar som förändringar av vattenånga och moln.

En studie ledd av klimatologen James Hansen drog slutsatsen att klimatkänsligheten är cirka 3 ℃ för en fördubbling av CO₂ när man endast överväger kortsiktiga återkopplingar. Dock, det är potentiellt så högt som 6 ℃ när man överväger en slutlig jämvikt som involverar mycket av den västra och östra Antarktiska isen smälter, om och när globala växthusnivåer överstiger intervallet 500-700 ppm CO₂.

Detta illustrerar problemet med att använda historiska väderobservationer för att uppskatta klimatkänsligheten – det antar att svaret kommer att vara linjärt. Faktiskt, det finns faktorer i framtiden som kan driva kurvan uppåt och öka klimatvariabiliteten, inklusive övergående vändningar som kan avbryta långvarig uppvärmning. Enkelt uttryckt, temperaturerna har ännu inte hunnit ikapp de stigande växthusgasnivåerna.

Förhistoriska klimatrekord för holocen (10, 000-250 år sedan), slutet av den senaste istiden ungefär 11, 700 år sedan, och tidigare perioder som Eemian (omkring 115, 000-130, 000 år sedan) föreslår en jämviktsklimatkänslighet så hög som 7,1-8,7 ℃.

Hittills har vi upplevt cirka 1,1 ℃ av genomsnittlig global uppvärmning sedan den industriella revolutionen. Under den här tiden har atmosfärens CO₂-nivåer ökat från 280 ppm till 410 ppm – vilket motsvarar mer än 450 ppm efter att ha räknat in effekterna av alla andra växthusgaser förutom CO₂.

Går över tröskeln

Det är osannolikt att klimatförändringarna kommer att ske på ett linjärt sätt. Istället, det finns en rad potentiella trösklar, vändpunkter, och punkter utan återvändo som kan passeras under antingen uppvärmning eller övergående kortlivade nedkylningspauser följt av ytterligare uppvärmning.

De förhistoriska uppteckningarna av cyklerna mellan istider, nämligen mellanliggande varmare "interglaciala" perioder, avslöja flera sådana händelser, som den stora frysningen som plötsligt tog grepp omkring 12, 900 år sedan, och den plötsliga upptiningen omkring 8, 200 år sedan.

I det förhistoriska dokumentet, plötsliga frysningshändelser (kallade "stadialhändelser") följer konsekvent topptemperaturer mellan istider.

Sådana händelser kan inkludera kollapsen av Atlantic Mid-Ocean Circulation (AMOC), med åtföljande utbredd frysning i samband med inflödet av omfattande issmältning från Grönland och andra polarisar. Inflödet av kallt issmältvatten skulle avbryta den varma saltrika AMOC, vilket leder till regional kylning såsom registreras efter varje temperaturtopp under tidigare interglaciala perioder.

Under de senaste åren har kallvattenpooler söder om Grönland indikerat sådan nedkylning av Nordatlanten. Den nuvarande takten av global uppvärmning kan potentiellt få AMOC att kollapsa.

En kollaps av AMOC, vilka klimatskeptiker utan tvekan skulle välkomna som "bevis på global kylning", skulle representera en mycket störande övergående händelse som skulle skada jordbruket, särskilt på norra halvklotet. På grund av den kumulativa uppbyggnaden av växthusgaser i atmosfären kommer en sådan sval paus att följas av återupptagen uppvärmning, överensstämmer med IPCC:s prognoser.

Mänsklighetens utsläpp av växthusgaser är oöverträffad i hastighet och omfattning. Men om vi tittar tillräckligt långt tillbaka i tiden kan vi få några ledtrådar om vad vi kan förvänta oss. För cirka 56 miljoner år sedan, Jorden upplevde en uppvärmning med 5-8 ℃ som varade i flera årtusenden, efter ett plötsligt släpp av metanutlösta återkopplingar som fick CO₂-nivån att stiga till cirka 1, 800 ppm.

Ändå var även den plötsliga ökningen av CO₂-nivåerna en stor faktor lägre än den nuvarande CO₂-ökningshastigheten på 2-3 ppm per år. I denna takt, utan motstycke i jordens nedtecknade historia under de senaste 65 miljoner åren (med undantag för konsekvenserna av asteroidnedslag), klimatet kan komma in på ett verkligt okänt territorium.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.