En klimafeedback er det fænomen, hvormed en effekt på klimaet virker til gengæld for dets årsager på en måde, der kan stabilisere det eller tværtimod forstærke det. I det første tilfælde taler vi om negativ feedback (modsat effekten) i det andet om positiv feedback (forstærkning af effekten), hvilket kan føre til løbsk . Dette fænomen er vigtigt for forståelsen af den globale opvarmning, fordi disse tilbagemeldinger kan forstærke eller dæmpe effekten af hver klimatvingning og derfor spiller en vigtig rolle i bestemmelsen af klimafølsomhed og fremtidige klimaprognoser.
Udtrykket "tvinger" betyder en ændring, der kan "skubbe" klimasystemet i retning af opvarmning eller afkøling . Et eksempel på klimatvingning er stigningen i drivhusgaskoncentrationer i atmosfæren . Per definition er tvangsstyrker uden for klimasystemet, mens deres tilbagemeldinger er interne; i det væsentlige repræsenterer tilbagemeldinger interne processer i systemet. Nogle tilbagemeldinger kan fungere relativt isoleret fra resten af klimasystemet; andre kan tværtimod være tæt koblet ; Derfor er det ikke altid let at bestemme, hvor meget en bestemt proces påvirker systemet.
Tving og feedback sammen bestemmer størrelsen og hastigheden af klimaændringer. Den vigtigste positive feedback fra global opvarmning er tendensen til opvarmning til at øge mængden af vanddamp, der er til stede i atmosfæren, hvilket fører til en stigning i drivhuseffekten og derfor til større opvarmning. Den vigtigste negative reaktion kommer fra Stefan-Boltzmanns lov : mængden af varme, som jorden udsender i rummet, ændres med den fjerde kraft af jordens overfladetemperatur og atmosfære. Observationer og modeller viser, at nettobalancen for tilbagevendende tilbagemeldinger er positiv. Store positive tilbagemeldinger kan give pludselige eller irreversible effekter afhængigt af hastigheden og størrelsen af klimaændringerne.
Forudsigelser og beviser understøtter tanken om, at global opvarmning kan medføre, at terrestriske økosystemer mister kulstof til fordel for øgede CO 2 -niveaueratmosfærisk. Flere klimamodeller peger på, at den globale opvarmning i XXI th århundrede kunne fremskyndes ved svaret fra det terrestriske kulstofkredsløb til en sådan opvarmning. De 11 modeller i C4MIP- undersøgelsen forudsagde CO 2 -niveaueroprindelige menneskeskabte atmosfæriske uabsorberede økosystem på grund af klimaopvarmning. Ved slutningen af det XXI th århundrede, CO 2Yderligere intervaller fra 20 til 200 ppm for de to ekstreme modeller, hvor størstedelen af modellerne ligger mellem 50 og 100 ppm . Stigningen i CO 2 niveauerdrevet har en ekstra global opvarmning mellem 0,1 og 1,5 ° C . Der var dog stadig stor usikkerhed med hensyn til omfanget af disse følsomheder. Otte modeller tilskrev de fleste ændringer til landet, mens tre tilskrev det havet. De stærkeste tilbagemeldinger skyldes øget kulstofudgassning fra jorden i boreale skove med høj breddegrad på den nordlige halvkugle. Især en model ( HadCM3 ) identificerer en sekundær feedback af kulstofcyklussen på grund af tabet af meget af Amazonas regnskov som reaktion på en signifikant reduktion i nedbør i tropiske Sydamerika . Selvom modellerne ikke er enige om intensiteten af feedback fra Jordens kulstofcyklus, konkluderer de alle, at sådan feedback vil fremskynde den globale opvarmning.
Observationer viser, at britiske jordarter har mistet kulstof med en hastighed på fire millioner ton om året i 25 år, ifølge en artikel af Bellamy et al. , offentliggjort i Nature i september 2005, der rapporterer, at fænomenet sandsynligvis ikke kan forklares med ændringer i arealanvendelse. Sådanne resultater er baseret på et fint maske i territoriet og er derfor ikke tilgængelige på global skala. Ekstrapolering til hele Det Forenede Kongerige estimerer de de årlige tab til 13 millioner tons om året. Dette svarer til den årlige reduktion i kuldioxidemissioner, som Det Forenede Kongerige har opnået i henhold til Kyoto-traktaten (12,7 millioner ton kulstof om året).
Chris Freeman foreslog også, at frigivelsen af opløst organisk kulstof (DOC) i vandveje fra tørvområder (hvorfra det undslipper til atmosfæren) ville give en positiv feedback-loop på den globale opvarmning. Det kulstof, der i øjeblikket er lagret i tørvemarker (mellem 390 og 455 gigaton eller en tredjedel af alt jordbaseret kulstof, der er lagret), repræsenterer mere end halvdelen af den mængde kulstof, der allerede findes i atmosfæren. DOC-niveauer i floder stiger markant. Freemans hypotese er, at det ikke er de høje temperaturer, men de høje niveauer af CO 2som er ansvarlige for det takket være stimulering af primær produktivitet .
Trædødelighed menes at stige på grund af global opvarmning. Dette fænomen reducerer kulstoflagringskapaciteten, hvilket udgør en positiv feedbackeffekt.
Undersøgelser tyder på, at vådområder og ferskvandsøkosystemer kunne blive den største bidragyder til metan klima tilbagemeldinger .
Optøning af arktisk permafrostGlobal opvarmning får permafrost til at smelte, hvilket igen fremhæver global opvarmning og så videre, det er en tilbagekoblingssløjfe: Efterhånden som global opvarmning intensiveres, smelter permafrost med høj breddegrad forårsager frigivelse af kuldioxid (CO 2 ) og metan (CH 4 ) i jord, hvilket igen øger den globale opvarmning.
Den tø forårsaget af den globale opvarmning frigiver enorme mængder af kulstof (hovedsagelig i form af methan) til atmosfæren i arktiske områder. Den metan, der frigøres ved optøning af permafrost , såsom frosne tørvemarker i Sibirien , og metanklatrat fra havbunden skaber positiv feedback. Iapril 2019, Turetsky et al . rapporter, at permafrost tø hurtigere end forventet.
Metan, der udsendes ved optøning af tørvemarkerVestlige Sibirien er det største tørveland i verden, en region på en million kvadratkilometer permafrost, der dannedes for 11.000 år siden i slutningen af den sidste istid. Smeltningen af permafrosten forventes at føre til frigivelse af enorme mængder metan i flere årtier. Op til 70.000 millioner tons metan, en gas, som stærkt bidrager til drivhuseffekten , kunne frigives i de kommende årtier, i høj grad forværre udledningen af drivhusgasser . Denne smeltning er blevet observeret i det østlige Sibirien. Lawrence et al . (2008) fandt ud af, at hurtig smeltning af arktisk havis ville skabe en feedback-loop, der førte til hurtig optøning af arktisk permafrost, hvilket igen genopfyldte drivhusopvarmningen.
Methan frigivet fra hydraterDen methan hydrat eller clathrat methan er en form for is vand, som fanger en stor mængde methan i sin krystallinske struktur . Ekstremt store aflejringer af metanhydrat er blevet opdaget i jordbundens sedimenter . Undersøgelser mener, at pludselig frigivelse af store mængder gas fra metanhydrataflejringer under påvirkning af global opvarmning kan forårsage galopperende global opvarmning (i) fortid eller endda fremtid. Frigivelsen af denne fangede metan er en af de største konsekvenser af en temperaturstigning; det antages, at dette kan øge temperaturen på planeten med 5 ° C mere, idet metan producerer en meget stærkere drivhuseffekt end CO 2. Derudover bør denne frigivelse af metan i alvorlig grad påvirke iltindholdet i atmosfæren. Denne teori er blevet foreslået for at forklare verdens mest alvorlige masseudryddelsesfænomen, kendt som Permian-Triassic-udryddelsesbegivenheden , såvel som den termiske maksimale begivenhed af Paleocen - Eocen- overgangen . I 2008 opdagede en amerikansk geofysisk unions forskningsekspedition methan niveauer op til 100 gange højere end normalt i Arktis Sibirien. Fænomenet blev forklaret ved afgasning af methanhydrater gennem huller, der dukkede op i det frosne "dæksel" dannet af permafrosten af havbunden nær mundingen af Lena- floden og i området mellem Laptevhavet og det østlige Sibiriske Hav .
Pludselig stigning i atmosfærisk metanDet mellemstatslige panel for klimaændringer (IPCC) og det amerikanske klimaprogram (CCSP) har undersøgt muligheden for, at fremtidige klimaændringer vil medføre en hurtig stigning i atmosfærisk metan . Den IPCCs tredje vurderingsrapport , som blev offentliggjort i 2001, undersøgte mulige hurtige stigninger i metan på grund af enten reduktion i atmosfæriske kemiske dræn eller frigivelse af begravede metan i jorden. I begge tilfælde blev det bedømt, at en sådan frigivelse ville være "usædvanligt usandsynlig" (mindre end 1% sandsynlighed efter ekspertudtalelse). PSAB-vurderingen, der blev offentliggjort i 2008, konkluderede, at en pludselig frigivelse af metan i atmosfæren syntes "meget usandsynlig" (mindre end 10% sandsynlighed efter ekspertudtalelse).
I sin vurdering bemærkede PSAB imidlertid, at global opvarmning "meget sandsynligt" ville fremskynde hastigheden (med en sandsynlighed større end 90% ved ekspertudtalelse) hastigheden af permanente emissioner fra både hydratkilder og vådområder .
NedbrydningOrganisk materiale opbevaret i permafrost afgiver varme, da det nedbrydes som reaktion på smeltende permafrost.
Nedbrydning af tørvDen tørv , der dannes i moser, er et vigtigt reservoir af organisk stof globalt. Når tørven tørrer, bliver det et brændstof, der kan brændes. Justeringen af vandbordet på grund af den globale opvarmning kan føre til store udflugter af kulstof fra tørvemarker. Det kan frigives i form af metan, som fremhæver feedback-fænomenet på grund af dets høje potentiale for global opvarmning .
Udtørring af regnskovenDe regnskove , især tropiske regnskove , er særligt sårbare over for den globale opvarmning. Flere effekter kan forekomme, men to er særligt bekymrende. For det første kan tørrere vegetation forårsage fuldstændig kollaps af regnskovens økosystem . For eksempel vil Amazonas regnskov tendens til at blive erstattet af caatinga økosystemer . Desuden kan selv tropiske regnskovsøkosystemer , der ikke kollapser helt, miste meget af det kulstof, de opbevarer, når vegetationen tørrer ud.
skovbrandDen IPCC fjerde vurderingsrapport forudsiger, at mange midten breddegrader regioner, såsom Middelhavet Europa, vil opleve formindsket nedbør og øget risiko for tørke , som ville tillade skovbrande at forekomme mere regelmæssigt og større målestok. Disse brande frigiver mere lagret kulstof i atmosfæren, end kulstofcyklussen naturligt kan absorbere, samtidig med at det samlede skovareal på planeten reduceres, hvilket skaber en positiv feedback-loop. En del af denne feedback-loop inkluderer hurtigere vækst i udskiftningsskove og nordlig migration af skove, da klimaet i nordlige breddegrader bliver mere befordrende for skovbevaring.
ØrkendannelseDen ørkendannelse er en konsekvens af den globale opvarmning i nogle miljøer. Ørkenjord indeholder lidt humus og understøtter lidt vegetation. Som et resultat er overgangen til ørkenøkosystemer normalt forbundet med atmosfæriske kulstofudflugter.
ModelleringsresultaterDe globale opvarmningsprognoser, der præsenteres i IPCCs fjerde vurderingsrapport (AR4), tager højde for feedback-løkker til kulstofcyklus. Forfatterne af AR4 bemærkede imidlertid, at videnskabelig viden om tilbagemeldinger fra kulstofcyklus var dårlig. AR4 projektioner var baseret på en række scenarier for emissioner af drivhusgasser og foreslog en opvarmning mellem den sene 20 th og slutningen af det 21. th århundrede fra 1,1 til 6.4 ° C . Dette er det "sandsynlige" interval (sandsynlighed større end 66%) ifølge ekspertvurderingen fra forfatterne af IPCC. Forfatterne bemærkede, at den nedre grænse af det "sandsynlige" interval syntes at være bedre kontrolleret end den øvre grænse, delvist på grund af kulstofcyklusfeedback. The American Meteorological Society har angivet, at der er behov for mere forskning for at modellere virkningerne af kulstofcyklusfeedback i klimaforandringsprognoser.
Isaken et al. (2010) undersøgte hvordan fremtidige arktiske metanemissioner kunne bidrage til global opvarmning. Deres undersøgelse antyder, at hvis globale metanemissioner skulle ganges med en faktor på 2,5 til 5,2 i forhold til aktuelle emissioner, ville det indirekte bidrag af strålingstvingning være ca. 250% og 400% af den tvang, der direkte tilskrives metan . Denne forstærkning af opvarmningen på grund af metan forklares med de forventede ændringer i atmosfærisk kemi.
Schaefer et al. (2011) undersøgte, hvordan det kulstof, der frigives af permafrost, kunne bidrage til global opvarmning. Deres undersøgelse forudsagde ændringer i permafrost baseret på et gennemsnitligt drivhusgasemissionsscenarie ( SRES A1B). Ifølge undersøgelsen kunne tilbagelevering af permafrost i 2200 generere 190 ± 64 gigaton kulstof kumulativt i atmosfæren. Forfatterne mener, at dette skøn kan være lavt.
Konsekvenser for klimapolitikkenUsikkerheden omkring tilbagemeldinger om klimaændringer har konsekvenser for klimapolitikken. For eksempel kan usikkerhed om tilbagemeldinger fra kulstofcyklus påvirke målene for reduktion af drivhusgasemissioner. Emissionsmål er ofte baseret på et målniveau til stabilisering af drivhusgaskoncentrationer i atmosfæren eller på et mål for at begrænse den globale opvarmning til et bestemt temperaturniveau. Men at definere disse mål (koncentrationer eller temperaturer) kræver en forståelse af den fremtidige udvikling i kulstofcyklussen. Hvis modeller forkert forudsiger fremtidige ændringer i kulstofcyklussen, kan koncentrations- eller temperaturmålene være upassende. For eksempel, hvis modeller undervurderer mængden af kulstof, der frigives i atmosfæren på grund af positive reaktioner (som f.eks. Smeltning af permafrost), kan de også undervurdere størrelsen af de nødvendige emissionsreduktioner for at nå det tilsigtede mål.
Opvarmning forventes at ændre fordelingen og typen af skyer. Set nedefra reflekterer skyer infrarød stråling mod overfladen og har således en opvarmningseffekt; Set ovenfra reflekterer skyer sollys og udsender infrarød stråling ud i rummet og har således en kølende effekt. Nettobalancen mellem opvarmning eller afkøling afhænger af skyens type og højde. Høje skyer har tendens til at bevare mere varme og har derfor positiv feedback. Skyer i lav højde reflekterer normalt mere sollys og har derfor negativ feedback. Disse egenskaber blev observeret dårligt før satellitdata kom og er vanskelige at repræsentere i klimamodeller.
En simulering fra 2019 forudsiger, at hvis drivhusgasser når tre gange det nuværende niveau af kuldioxid i atmosfæren, kan stratocumulus-skyer pludselig sprede sig og bidrage til global opvarmning.
De udledninger af biologisk oprindelse kan blive påvirket af den globale opvarmning, men forskning på sådanne virkninger er stadig i sin vorden. Nogle af disse gasser, såsom nitrogenoxid frigivet af tørvemos eller optøning af permafrost , har direkte indvirkning på klimaet. Andre, såsom dimethylsulfid frigivet fra havene, har indirekte virkninger.
Når isen smelter, finder land eller åbent vand sted. Overfladevand og åbent vand er generelt mindre reflekterende end is og absorberer derfor mere solstråling. Dette bidrager til opvarmning, hvilket igen medfører mere smeltning, og sådan forstærkes cyklussen. I perioder med klimatisk køling på den anden side den yderligere ice flade stiger refleksionsevne , som reducerer absorptionen af solens stråling til og stigninger køling, forårsager planet gennemgå en større kølecyklus. Dette fænomen betragtes som særlig hurtig feedback.
Ændringen i albedo er hovedårsagen til, at IPCC forudsiger en stigning i temperaturer på Nordpolen op til dobbelt så høj som i resten af verden i en proces kendt som polær forstærkning . I september 2007 var arktisk isark cirka halvdelen af gennemsnittet af minimumsarealerne registreret mellem 1979 og 2000. Også i september 2007 faldt den arktiske havis så meget, at Nordvestpassagen blev tilgængelig for havet. navigation for første gang siden begyndelsen af den historiske periode. Rekordtabet i 2007 og 2008 kunne dog være midlertidigt. Mark Serreze fra US National Snow and Ice Data Center betragter 2030 som et "rimeligt skøn" for, hvornår den arktiske iskappe om sommeren kan smelte helt om sommeren. Den polære forstærkning af global opvarmning forventes ikke at forekomme på den sydlige halvkugle. Området med det antarktiske isark nåede sit maksimale i 2008 siden observationer begyndte i 1979, men stigningen i is i syd kompenserer ikke for det tabte område i nord. Den globale tendens (nordlige og sydlige halvkugler kombineret) er klart mod tilbagetrækning af isen.
Smeltende is i sig selv kan være genstand for intern tilbagemelding fordi på smeltning, isen dækker jorden årsag en stige eustatic niveau af havet, hvilket fører til en potentiel ustabilitet isshelfe og oversvømmelser kystnære is, såsom tunger gletschere . Derudover kan en anden feedback-loop være forårsaget af jordskælv på grund af post-glacial rebound , destabilisering af flere isdæmninger, gletschere og iskapper.
Glacial albedoen i nogle subarktiske skove ændrer sig også. Den lærk - der mister deres nåle om vinteren tillader sollyset at afspejle off sne i foråret og efteråret - er efterhånden erstattet af gran (som bevarer deres mørke nåle hele året.
Hvis atmosfæren varmes op, stiger det mættede damptryk, og mængden af vanddamp i atmosfæren har tendens til at stige. Da vanddamp er en drivhusgas , øger vanddampindholdet atmosfæren endnu varmere; denne opvarmning får atmosfæren til at tilbageholde mere vanddamp (positiv feedback) og så videre, indtil andre processer stopper feedback-sløjfen. Dette resulterer i en meget større drivhuseffekt end den, der udelukkende skyldes CO2. Selvom denne feedbackproces forårsager en stigning i luftens absolutte fugtighedsindhold, forbliver den relative fugtighed næsten konstant eller falder endda lidt, da luften er varmere. Klimamodeller indeholder denne feedback. Vanddampen feedback er stærkt positiv, idet de fleste data tyder en størrelsesorden på 1,5 til 2,0 W / m 2 / K , der er tilstrækkelig til næsten fordoble opvarmning, der ville have fundet sted uden denne virkning. Vanddampfeedback anses for at være en hurtigere feedbackmekanisme end andre.
Ethvert legeme, ligesom det sorte legeme , udsender termisk stråling i rummet, der øges i overensstemmelse med Stefan-Boltzmanns lov med kraften i fire af dets absolutte temperatur . Dette fænomen giver jorden mulighed for at udsende mere energi, når den opvarmes. Virkningen af denne negative feedback er medtaget i de generelle cirkulationsmodeller, der er oprettet af IPCC . Denne feedback kaldes også " Planck feedback ".
Efter Le Chateliers princip ændres den kemiske balance i kulstofcyklussen på Jorden ved hjælp af menneskeskabte CO 2 -emissioner. Havet er den vigtigste vasken for CO 2menneskeskabte via den såkaldte opløselighedspumpe (en) . I dag repræsenterer det kun omkring en tredjedel af de nuværende emissioner, men på lang sigt over en periode på flere århundreder vil ca. 75% af den CO2, der udsendes af menneskelige aktiviteter, ende med at blive absorberet af havene: "At beskrive i debatten offentlig levetid for CO 2af fossil oprindelse, er en god tilnærmelse at sige, at den kan vare i 300 år plus en uendelig varighed i 25% ” (af denne CO 2). Dog den hastighed, hvormed havene fanger denne CO 2i fremtiden er det usikkert og vil blive påvirket af deres lagdeling under påvirkning af opvarmning eller endda af ændringer i deres termohalincirkulation .
StenforvitringDen forvitring af klipper hjælper med at fjerne den geologisk tidsskala, CO 2atmosfærisk. Med den nuværende globale opvarmning øges forvitringshastigheden, hvilket indikerer en betydelig klimafeedbackeffekt, der involverer jordens overflade.
BioefterlæggelseDen biosequestration (en) er en binding af kuldioxid ved biologiske processer til opsamling og opbevare CO 2atmosfærisk gennem kulstofcyklus ligevægte . For eksempel absorberer dannelsen af skaller af marine organismer CO 2 på lang sigtopløst i havene, men dets sedimentering i form af kalksten tager tusinder, endda hundreder af tusinder af år; på den anden side forsyrer denne opløste CO 2 havene, hvilket gør det vanskeligere at integrere det i skaller i form af carbonationer.
Atmosfærens temperatur falder med højden i troposfæren . Da intensiteten af strålingen varierer med temperaturen, er den infrarøde stråling, der undslipper fra den relativt kølige øvre atmosfære ud i rummet, mindre end den, der udsendes til jorden af den nedre atmosfære. Således betydningen af drivhuseffekten afhænger af temperaturen gradient af atmosfæren med højden. Både teori og klimamodeller indikerer, at global opvarmning reducerer den lodrette temperaturgradient (in) , hvilket giver en negativ feedback, der svækker drivhuset. Målinger af den lodrette termiske gradient er meget følsomme over for nøjagtigheden af observationer, hvilket gør det vanskeligt at registrere modeller baseret på observationer.
Grafen overfor antyder, at den samlede effekt af global opvarmning på menneskelig demografi og udvikling kan være negativ. Hvis dette er tilfældet, kan vi forestille os i størrelsesorden et århundrede en ny balance mellem den jordbaserede biosfære , radikalt anderledes, hvis den menneskelige befolkning falder kraftigt under den globale opvarmnings virkning .
"Interessant nok er den ægte feedback konstant svagere end den konstante relative fugtighedsværdi, hvilket antyder en lille, men robust reduktion i relativ fugtighed i alle modeller i gennemsnit synes skyer at give en positiv feedback i alle modeller"