Under den globala uppvärmningen, tippande element i jordsystemet kan destabilisera varandra och så småningom leda till klimatdominoeffekter. Inlandsisarna på Grönland och Västantarktis är potentiella utgångspunkter för tippande kaskader, en ny nätverksanalys avslöjar. Den atlantiska vältande cirkulationen skulle då fungera som en sändare, och så småningom skulle element som Amazonas regnskog påverkas. Konsekvenserna för människor skulle sträcka sig från höjning av havsnivån till biosfärförstöring.

Interaktioner i nätverket kan sänka de kritiska temperaturtröskelvärdena bortom vilka individuella tippelement börjar destabiliseras på lång sikt, enligt studien ökar redan risken markant för en uppvärmning på 1,5°C till 2°C, alltså inom Parisavtalets temperaturintervall.

"Vi tillhandahåller en riskanalys, inte en förutsägelse, men våra resultat väcker fortfarande oro, säger Ricarda Winkelmann, Lead of FutureLab on Earth Resilience in the Anthropocene vid Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK). "Vi finner att växelverkan mellan dessa fyra tippelement kan göra dem totalt sett mer sårbara på grund av ömsesidig destabilisering på lång sikt. Återkopplingarna mellan dem tenderar att sänka de kritiska temperaturtrösklarna för den västantarktiska inlandsisen, den atlantiska vältande cirkulationen, och Amazonas regnskog. I kontrast, temperaturtröskeln för en tippning av Grönlandsisen kan i själva verket höjas vid en betydande avmattning av den nordatlantiska strömmens värmetransport. Allt som allt, det kan innebära att vi har mindre tid på oss att minska utsläppen av växthusgaser och ändå förhindra tippningsprocesser."

En tredjedel av simuleringarna visar dominoeffekter redan vid upp till 2°C global uppvärmning

Runt en tredjedel av simuleringarna i studien visar dominoeffekter redan vid globala uppvärmningsnivåer på upp till 2°C, där tippningen av ett element utlöser ytterligare tippprocesser. "Vi flyttar oddsen, och inte till vår fördel – risken ökar helt klart ju mer vi värmer vår planet, säger Jonathan Donges, även ledare för PIK:s FutureLab on Earth Resilience in the Anthropocene. "Den stiger avsevärt mellan 1 och 3°C. Om utsläppen av växthusgaser och den resulterande klimatförändringen inte kan stoppas, den övre nivån av detta uppvärmningsintervall skulle med största sannolikhet passeras i slutet av detta århundrade. Med ännu högre temperaturer, fler tippande kaskader är att vänta, med långvariga förödande effekter."

Tippelement är delar av jordsystemet som, en gång i ett kritiskt tillstånd, kan genomgå stora och möjligen irreversibla förändringar som svar på störningar. De kan verka stabila tills en kritisk tröskel för forcering överskrids. När den väl utlösts, själva dricksprocessen kan ta lång tid att utvecklas. Polarisarna skulle till exempel ta tusentals år att smälta och släppa ut de flesta av sina ismassor i haven, men med betydande effekter:höjning av havsnivån med många meter, hotande kuststäder som New York, Hamburg, Mumbai eller Shanghai. Även om detta är välkänt, dynamiken i interagerande tippelement var det inte.

"Här är bara ett exempel på de många komplexa interaktionerna mellan klimattippande element:om det finns en betydande smälta från Grönlands inlandsis som släpper ut sötvatten i havet, detta kan bromsa den atlantiska vältande cirkulationen som drivs av temperatur- och salthaltsskillnader och transporterar stora mängder värme från tropikerna till mellanbreddgraderna och polarområdena, " förklarar Nico Wunderling, första författare till studien. "Detta i sin tur kan leda till nettouppvärmning i södra oceanen, och kan därför på lång sikt destabilisera delar av Antarktis istäcke. Detta bidrar till att havsnivån stiger, och stigande vatten i utkanten av inlandsisarna på båda halvkloten kan bidra till att ytterligare ömsesidigt destabilisera dem."

"Det skulle vara en vågad satsning att hoppas att osäkerheten utspelar sig på ett bra sätt"

Eftersom jordsystemmodeller för närvarande är beräkningsmässigt för tunga för att simulera hur tippelementens interaktioner påverkar klimatsystemets övergripande stabilitet, forskarna använder en ny nätverksstrategi. "Vår konceptuella modell är tillräckligt mager för att vi ska kunna köra mer än tre miljoner simuleringar samtidigt som vi varierar de kritiska temperaturtrösklarna, interaktionsstyrkor och nätverksstruktur, " förklarar Jürgen Kurths, Chef för PIK:s komplexitetsvetenskapliga forskningsavdelning. "Genom att göra så, vi skulle kunna ta hänsyn till de avsevärda osäkerheterna relaterade till dessa egenskaper hos dricksinteraktioner."

"Vår analys är konservativ i den meningen att flera interaktioner och tipselement ännu inte beaktas, ", avslutar Ricarda Winkelmann. "Det skulle därför vara en vågad satsning att hoppas att osäkerheterna utspelar sig på ett bra sätt, med tanke på vad som står på spel. Ur ett försiktighetsperspektiv är en snabb minskning av utsläppen av växthusgaser oumbärlig för att begränsa riskerna för att passera tipppunkter i klimatsystemet, och potentiellt orsaka dominoeffekter."