Kan Golfstrømmen kollapse hvis oppvarmingen fortsetter? Ingen kan si sikkert. Men hvis det skulle skje, vil følgene bli dramatiske. Vi har bedt professor i miljøkjemi, Hans Martin Seip, forklare mer om dette og andre mulige vippepunkter i jordas klimasystemer, der faren er at endringene kommer ut av kontroll og blir irreversible.
Hans Martin Seip har bakgrunn fra bl.a. Cicero Senter for klimaforskning, og skriver for nettsida om klimafaglige spørsmål.
Studier av klimaet i tidligere tider, paleoklimatiske studier, har vist at små temperaturendringer kan sette i gang prosesser som fører til at klimaet skifter fra en stabil tilstand til en annen. Vi kaller det vippepunkter. Dette fører gjerne til ytterlige klimagassutslipp. Modellberegninger tyder på at noen vippepunkter kan nås allerede ved en oppvarming på 1,5 – 2 grader. Mye er fortsatt usikkert, men følgene av at temperaturøkningen passerer vippepunkter, vil bli dramatiske.
Ifølge FNs klimapanel (IPCC) er et vippepunkt i jordens klimasystem en mekanisme som fører til at klimaet endres fra én stabil tilstand til en annen om temperaturøkningen passerer en terskelverdi. Endringene kan være brå og irreversible og i verste fall føre til store endringer av jordens klimasystem, omfattende skader på de fleste økologiske systemer og masseutryddelse av arter. Slike klimaendringer kan også gjøre det vanskelig å opprettholde avanserte samfunn. Kunnskapen om vippepunkter og deres eventuelle konsekvenser er mangelfull, men målet om å begrense den global oppvarmingen til 1,5 °C har blant annet til hensikt å unngå slike dramatiske endringer.
En artikkel i det anerkjente tidsskriftet PNAS (Proccedings of National Academy of Sciences, Kemp et al 2022) skriver om de svært dramatiske følger det kan få hvis den globale temperaturstigningen blir på 3°C eller mer, noe som lett kan skje hvis vippepunkter nås. De spør: Kan antropogen klimaendring føre til global sosial kollaps eller til og med utryddelse av menneskeheten?
Og i konklusjonen: sier de: Stilt overfor en fremtid med akselererende klimaendringer er det i beste fall naivt å vurdere risiko uten å ta de mest pessimistiske scenarier i betraktning, og i verste fall fatalt tåpelig.
Betegnelsen vippepunkt er kanskje ikke helt treffende for mange forbinder vel «vippe» med noe som går opp og ned, mens naturens vippepunkter oftest ikke lar seg reversere selv om konsentrasjonene av klimagasser avtar, i alle fall ikke på mange hundre år. På engelsk benyttes «tipping points». Kanskje burde en si «tippepunkt» på norsk.
Begrepet vippepunkter benyttes også i sosiologien om et tidspunkt der en gruppe mennesker, eller mange av medlemmene, raskt og dramatisk endrer oppførsel. Det er imidlertid ikke et tema i denne artikkelen.
Jeg har i stor grad basert dette notatet på to oversiktsartikler, en fra 2022 (McKay et al.) og en fra 2023 (Wang et al.). Artiklene gir i noen tilfeller ulike vurderinger. Enkelte andre nye artikler er også benyttet. Referansene er gitt på slutten av notatet.
Viktige vippepunkter
Vippepunkter deles ofte i globale og regionale selv om noen vippepunkter plasseres i forskjellig gruppe av ulike forfattere. Jeg vil derfor ikke legge særlig vekt på dette skillet. Blant de mest omtalte mulige vippepunkter er (jfr. Figurene 1 og 2)
- nedsmelting (kollaps) av innlandsisen på Grønland og i Vest-Antarktis,
- kollaps av Golfstrømmen eller «Omveltningssirkulasjonen i det nordlige Atlanterhavet». Engelsk: Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC),
- kollaps av dypvannsdannelsen i Labradorhavet, havområde i det nordlige Atlanterhavet, mellom Newfoundland, Labrador og Grønland, og i Den subpolare havvirvelen i det nordlige Atlanterhavet.
- tap av tropiske korallrev,
- dramatisk endring av regnskogen i Amazonas,
- karbonutslipp (CO2, metan) på grunn av tinende permafrost,
- storskala endringer i boreale (nordlige) skogøkosystemer,
- endringer i tropisk monsuner.
- tap av sommer-is i Arktis.
- metanutslipp ved at marine metanhydrater blir ustabile,
Fig. 1. Viktige vippepunkter med angivelse av antatte terskelverdier ifølge McKay et al. 2022.
Fig. 2. Sannsynligheten for å passere terskelverdier for ulike vippepunkter, lyseste farge svarer til «mulig», mørkeste til «Svært sannsynlig», prikket linje er mest sannsynlig verdi. Den svake kurven nedenfor viser temperaturutviklingen fra mer enn 20 000 år før vår tid. Figuren er fra McKay et al.
Nærmere omtale av noen vippepunkter
Innlandsisen på Grønland og i Vest-Antarktis
I begge disse områdene har en sett en gradvis nedsmelting. Det er forskjellige estimater av hvilken temperaturstigning som vil gi irreversibel nedsmelting. McKey et al. angir 1,5 grader som mest sannsynlig verdi, mens Wang et al. angir dette som en nedre grense. Begge artiklene operer med betydelig usikkerhet. Total nedsmelting, som vil ta mange hundre år, vil gi havnivåstigning på henholdsvis omtrent 7 m og nesten 5 m. Det vil være betydelige lokale variasjoner.
Golfstrømmen, Omveltningssirkulasjonen i det nordlige Atlanterhavet, AMOC
Figur 3 viser viktige havstrømmer i det nordlige Atlanterhavet. Den varme strømmen oppstår i Mexicogolfen og betegnes derfor Golfstrømmen. En del av den går langs norskekysten. Vannet avkjøles noe på vei nordover. Det går en kald strøm sørover langs Grønland og videre langs kysten av Labrador. I Labradorhavet er det dessuten en dypvannsstrøm delvis knyttet til Den nordatlantiske havvirvelen som også er vist på figuren.
Dette sirkulasjonsmønsteret som i stor grad er drevet av vindene, er en viktig del av jordens klimasystem. I det nordlige Atlanterhavet kalles sirkulasjonssystemet AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation). Den er en del av Golfstrømmen.
Dette er et svært komplekst system. En vet at det har endret seg tidligere, og at det hadde stor betydning for klimaet særlig i dette områder, men også globalt. Det er imidlertid svært usikkert hvordan systemet vi endres ved global oppvarming. Økt tilførsel av ferskvann på grunn av issmelting og mer nedbør vil påvirke systemet, men i hvilken grad vet en ikke. I IPCCs siste rapporter antydes en svekkelse av systemet, men ikke noen kollaps i dette århundret. De to oversiktsartiklene jeg har basert meg på, vurderer faren for store endringer ulikt. McKay et al. angir 1,8 grader som mest sannsynlig verdi for kollaps i Labradorhavet. For en mer total kollaps angir de en sannsynlig verdi på omkring 4 grader, men at usikkerheten er meget stor. De angir også at kollaps kan medføre en global temperaturendring på – 0,54 grader, og at regionalt kan den bli – 4 til – 10 grader. Wang et al. skriver at usikkerheten er svært stor og angir ingen verdi.
Et arbeid publisert i juli 2023(Ditlevsen & Ditlevsen, 2023) konkluderer at AMOC kan kollapse allerede mellom 2025 og 2095, mest sannsynlig omkring 2050 dersom utslippene fortsetter som nå. Dette har fått betydelig oppmerksomhet. De kan imidlertid ikke si sikkert om det er snakk om en delvis eller en fullstendig kollaps, noe som ikke alltid kommer fram i media. Arbeidet er blitt kritisert, blant annet av forskere ved Bjerknessenteret i Bergen. Det er blant annet blitt påpekt at datagrunnlaget er for dårlig. Det er imidlertid enighet om at muligheten for endringer er skremmende, og at dette er et sterkt argument for kraftig utslippsreduksjon. Se også NRK, 2023: Ny forskning: Golfstrømmen kan kollapse innen 2050
Figur 3. Overflatestrømmer (heltrukne) med utgangspunkt i Mexicogolfen og dypvannsstrømmer (stiplet) særlig i Labradorhavet og Den nordatlantiske virvelen.
Tap av tropiske korallrev.
Virkning av temperaturøkning på koraller viser seg først ved at de blekes siden alger, som lever i symbiose med korallene, støtes ut. Korallene kan komme seg av dette dersom stresset forsvinner, men skjer det for ofte eller for lenge, dør korallen. Virkninger observeres allerede i enkelte områder. Enkelte arter ser ut til å kunne tilpasse seg i alle fall noe temperaturendring, mens andre er mer sårbare. Korallene er i mange tilfeller også utsatt for annet stress som forurensing fra land og havforsuring. De to artiklene antyder et vippepunkt på 1,5 grader eller kanskje litt lavere. Dette vil imidlertid variere fra område til område. Korallrevene er viktige biotoper, så utbredt koralldød vil være svært alvorlig.
Dramatisk endring av regnskogen i Amazonas
Wang et al. skriver at skogdød i Amazonas (endring til savanne) er blant de mer sannsynlige og truende vippepunktene. Fremtidens skogskjøtsel vil spille en betydelig rolle. McKay et al. angir 2,0 grader som mest sannsynlig vippepunkt. Regnskogen i Amazonas er et av systemene der en har funnet at vippepunktet vil nås tidligere enn beregnet når det tas hensyn til at skogen blir utsatt for flere typer stress (se nedenfor). En av forfatterne sier i et intervju med «The Guardian» at det er mulig vi blir den siste generasjonen som opplever Amazonas.
Boreale (nordlige) skoger og tinende permafrost
Wang et al. skiver at det fortsatt er en utfordring å beregne endringer i boreale områder og hvilke utslipp av klimagasser dette vil medføre. I sørlige boreale områder antas det at skogarealet vil avta, mens skogen vil bre seg nordover når temperaturen øker. Det er mulig at endringer i den boreale sonen vil virke som en positiv tilbakekopling, altså gi ytterligere temperaturøkning, på grunn av frigjort karbon i jorda ved tining og mer branner. De mener dette er av de vippepunkter vi må bekymre oss mest for. McKay et al. angir 1,5 grader som sannsynlig verdi for et vippepunkt for brå økning i tining av permafrost og 4 grader for brå endringer i boreale skoger, men usikkerhetene er store.
Isfritt Arktis i september.
Issmelting i Arktis om sommeren har sannsynligvis ikke et vippepunkt, men Wang et al. diskuterer det likevel. Vanligvis er det minst is i september. IPCC konkluderte med at Arktis vil bli isfritt på denne tiden ved slutten av dette århundret med midlere og høye utslippsscenarier. Wang et al. konkluderer at Arktis kan bli isfritt ved midten av århundret. Senere artikler har både angitt både kortere (Kim et al. 2023) og lenger (Topál & Ding, 2023) tid.
Det er lite sannsynlig at Arktis blir isfritt hele året. McKay et al. skriver at det kan være et vippepunkt ved omtrent 6 grader.
Endringer i tropisk monsuner.
Modellberegninger tyder på at det vil bli mer nedbør i monsunområder i Afrika (Sahel) og Asia i dette århundret, men at det vil bli en reduksjon i Nord-Amerika. McKay et al. antyder et vippepunkt på 2,8 grader for Sahel og Vest-Afrika, og dermed et grønnere Sahel. Det vil bli større variasjon og økning i hyppighet og intensitet av ekstrem-nedbør. Dette vil medføre store sosioøkonomiske problemer i noen områder selv om det ikke er noe vippepunkt.
Metanutslipp ved at marine metanhydrater blir ustabile
I metanhydrater (eller metanklatrater) er metan omgitt av vannmolekyler i strukturer som minner om vanlig is. Disse er stabile ved lave temperaturer og/eller høyt trykk. Det finnes store mengder metan i slike forbindelser i sedimenter. Metan er en kraftig drivhusgass, og det har vært spekulert på om forbindelsene etter hvert blir ustabile ved økende oppvarming. Både McKay et al. og Wang et al. hevder at siden hydratene finnes i spredte områder under ulike forhold, er det tvilsomt om det er ett vippepunkt. Det vil også gå lang tid fra hydratet blir ustabilt til frigjort metan når atmosfæren. De konkludere derfor med at dette neppe blir noen stor trussel, i alle fall i noen hundre år.
Kaskader av vippepunkter.
Det diskuteres om passering av et vippepunkt kan forårsake utslipp som gjør at flere passeres. Allerede tittelen på artikkelen av McKay et al. antyder at en global temperaturstigning på mer enn 1,5 grader kan utløse flere vippepunkter.
Wang et al. er forsiktigere. De sier at selv om vippepunkter vil spille en betydelig rolle i klimautviklingen i dette århundret, er det usannsynlig at en kaskade av vippepunkter vil medføre en temperaturstigning på et par grader eller mer i løpet av de neste par hundre år.
Multiple stress
En artikkel fra juni i år vil sannsynligvis vekke betydelig debatt. Den hevder at vippepunkter i mange tilfeller vil nås betydelig raskere enn tidligere beregnet (Willcock et al.). Det begrunnes med at beregningene gjerne baserer seg på endring i en faktor som oftest temperaturen. For noen systemer, blant annet skogdød i Amazonas, har de lagt inn flere stressfaktorer og/eller lagt inn ekstreme hendelser. Det førte til at systemene kollapset innen kortere tid, reduksjonen var fra 38 til 81 %. Dette forsterker betydningen av å begrense oppvarmingen til ned mot 1,5 grader, noe som i øyeblikket synes svært lite sannsynlig.
Referanser
Ditlevsen & Ditlevsen, 2023. Warning of a forthcoming collapse of the Atlantic meridional overturning circulation. Nature Communications | 14:4254
https://doi.org/10.1038/s41467-023-39810-w
Kemp et al., 2022. Facing a future of accelerating climate change while blind to worst-case scenarios is naïve risk management at best and fatally foolish at worst.
Kim et al., 2023. Observationally-constrained projections of an ice-free Arctic even under a low emission scenario. Nature Communications | 14:3139
https://doi.org/10.1038/s41467-023-38511-8
McKay et al 2022, Exceeding 1.5°C global warming could trigger multiple climate tipping points. Science 377, 9 September 2022. Denne kom også i en litt endret versjon senere samme år. Denne versjonen finnes på:
25c0099969d2b05f790906b2c8023572.pdf (d197for5662m48.cloudfront.net)
Topál & Ding, 2023. Atmospheric circulation-constrained model sensitivity recalibrates Arctic climate Projections. Nature Climate Change, Volume 13, 710–718.
https://doi.org/10.1038/s41558-023-01698-1
Wang et al., 2023 Mechanisms and Impacts of Earth System Tipping Elements. Reviews of Geophysics, 61, e2021RG000757.
https://doi.org/10.1029/2021RG000757
Willcock et al. (2023), Earlier collapse of Anthropocene ecosystems driven by multiple faster and noisier drivers, Nature Sustainability, 2023.
https://doi.org/10.1038/s41893-023-01157-x
Takk til Hans Martin for en klargjørende, og skremmende, orientering.
Et vippepunkt for et spesifikt område er, slik jeg forstår det, en temperatur som gjør at områdets tilstand ikke kan reverseres, Betyr det at for eksempel innlandsisen på Grønland, selv om vi er i ‘gul sone’, kunne begynne å tilta igjen dersom vi stopper temperaturutviklingen på dagens nivå?
En annen refleksjon: noen vippepunkter vil i seg selv trigge raskere temperaturøkning mens andre ikke vil ha samme virkning. Bortfall av is i Barentshavet vil gi økt temperaturstigning fordi isfritt hav absorberer mer varme enn islagt hav. Tining av permafrosten med utslipp av metan vil ha tilsvarende virkning. Bortfall av koraller er viktig for livet i havet, men vil vel ikke på samme måte gi økt temperaturstigning? Kanskje reduksjon av is på Grønland og i Vest-Antarktis kommer i samme kategori som korallene, dersom is-reduksjon ikke ‘blottlegger’ hav aller land men tas av overflaten. Hvis disse resonnementene holder, er det vel de vippepunktene som i seg selv gir økt temperaturstigning som er de mest kritiske.
Det sies også at endringer i Golfstrømmen m. fl. kan gi vesentlig lavere temperaturer. Det gjelder vel spesielt Nord-Europa, men det angis også at det kan gi en reduksjon av temperaturen globalt, altså en motsatt effekt av de andre vippepunktene? Uansett er vel dette så langt fram at det ikke er noe vi kan hvile oss på.
Det mest skremmende fra orienteringen: sentrale vippepunkter nås med stor sannsynlighet før 2 grader temperaturøkning, en økning som nå må anses som høyst sannsynlig. Og to, kanskje fire, av de kritiske vippepunktene ligger i dette området.
Takk for interessante spørsmål.
Det er ikke veldig klart hva forskere mener når de snakker om vippepunkter og om effekten kan reverseres dersom driveren (temperaturen) reduseres. Selv IPCC bruker begrepene litt forskjellig i sine rapporter. Vanligst er det vel å kalle overgangen irreversibel dersom den ikke kan snus innen hundre år.
Det er stor forskjell på tilbakekoblingene for ulike vippepunkter. De kan være både positive og negative. Som du sier, vil det ikke bli større opptak av solenergi ved smelting av isen på Grønland og i Vest-Antarktis dersom det ikke blir mer isfritt land eller hav. Nå vil en vel anta at det gjerne blir noe mer av det, men effekten blir nok liten i alle fall i begynnelsen. Smeltingen vil imidlertid påvirke temperaturen mer indirekte ved tilførsel av mer ferskvann. Dette skulle en vel anta hadde en avkjølende effekt.
Jeg er også enig i at vippepunkter med betydelig positiv tilbakekopling (altså ytterligere temperaturøkning) gir størst grunn til bekymring. Utslipp av CO2 og metan ved tining av permafrost er nok mest skremmende. Men også vippepunkter som ikke har slik tilbakekopling, som tap av korallrev i stor målestokk, vil være dramatisk.
.
Når det gjelder innlandsisen på Grønland, sier IPCC (WG I, 2021) at det er enighet om at det er en eller flere terskler, men stor usikkerhet om hvor vippepunktet, eller punktene, er. Rapporten refererer blant annet til et arbeid som knytter irreversibilitet til massen av is som har smeltet. Dersom denne svarer til en økning i havnivået på omtrent 2 meter (total nedsmelting svarer til omtrent 7 meter) fant en at nedsmeltingen var irreversibel. Et nytt arbeid av blant andre forskere ved Universitetet i Tromsø, finner at det er stabile tilstander der det fortsatt er is igjen, dersom temperaturen går ned igjen etter å ha passert en terskel. De finner at både temperaturmaksimum og tiden temperaturen er over terskelen, bestemmer innlandsisens stabilitet. (Arbeidet er foreløpig ikke fagfellevurdert.)
IPCCs rapport fra WGI skriver at paleoklimatiske studier viser at en svekket AMOC gir en dramatisk kaldere nordlige halvkule og en varmere sørlige halvkule. For en styrket AMOC er det omvendt.
Et arbeid publisert i 2021 sier noe om usikkerhetene og mulige effekter på temperaturen i ulike områder. Utgangspunktet er riktignok litt urealistisk, nemlig en brå økning i CO2-konsentrasjonen til 4 ganger førindustriell verdi. Det ble kjørt 30 simuleringsmodeller og midlere resultater etter 90 – 139 år, er gitt. Det var stor spredning i virkningen på AMOC. Verdiene for de 10 modellene som ga minst svekkelse i AMOC (knapt 30% i middel) ble samlet i en gruppe, de som ga størst svekkelse (omtrent 54% i middel) endring i en annen. For gruppen med størst endring i AMOC var det et område i Det nordlige Atlanterhavet der det var svært liten temperaturendring, ellers var det stort sett temperaturstigning, med et globalt snitt på 4,5 grader. For gruppen med minst endring var det temperaturøkning også i Det nordlige Atlanterhavet, og global økning var 5,9 grader.
Som du sier, er det skremmende at flere vippepunkter kan nås ved temperaturstigninger som vi neppe unngår. Vi vet fortsatt for lite om hva dette vil føre til, men høyst sannsynlig vil det gi dramatiske effekter. En skulle jo tro det ville få politikerne til å reagere, men for tiden synes de fleste av dem mindre opptatt av klimatiltak enn å produsere mer våpen, som om det ikke var nok av det.