Een van de belangrijkste vragen over klimaatverandering is de kracht van het broeikaseffect. In wetenschappelijke termen wordt dit omschreven als "klimaatgevoeligheid". Het wordt gedefinieerd als de hoeveelheid die de gemiddelde temperatuur van de aarde uiteindelijk zal stijgen als reactie op een verdubbeling van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer.

Klimaatgevoeligheid is moeilijk nauwkeurig vast te stellen. Klimaatmodellen geven een bereik van 1,5-4,5℃ per verdubbeling van CO₂, terwijl historische weerwaarnemingen wijzen op een kleiner bereik van 1,5-3,0℃ per verdubbeling van CO₂.

In een nieuwe studie gepubliceerd in Science Advances, Cristian Proistosescu en Peter J. Huybers van Harvard University lossen deze discrepantie op, door aan te tonen dat de modellen waarschijnlijk gelijk hebben.

Volgens hun statistische analyse, historische weerobservaties onthullen slechts een deel van de volledige reactie van de planeet op stijgende CO₂-niveaus. De echte klimaatgevoeligheid zal zich pas manifesteren op een tijdschaal van eeuwen, vanwege effecten die onderzoekers "langzame klimaatfeedbacks" noemen.

Snel en langzaam

Om dit te begrijpen, het is belangrijk om precies te weten wat we bedoelen als we het hebben over klimaatgevoeligheid. Zogenaamde "evenwichtsklimaatgevoeligheid", of trage klimaatfeedbacks, verwijst naar de ultieme consequentie van klimaatrespons – met andere woorden, de uiteindelijke effecten en milieugevolgen die een bepaalde broeikasgasconcentratie zal opleveren.

Deze kunnen langdurige klimaatfeedbackprocessen omvatten, zoals het uiteenvallen van de ijskap met daaruit voortvloeiende veranderingen in de reflectie van het aardoppervlak (albedo), veranderingen in vegetatiepatronen, en het vrijkomen van broeikasgassen zoals methaan uit de bodem, toendra of oceaansedimenten. Deze processen kunnen plaatsvinden op tijdschalen van eeuwen of meer. Als zodanig kunnen ze alleen worden voorspeld met behulp van klimaatmodellen die zijn gebaseerd op prehistorische gegevens en paleoklimaatgegevens.

Anderzijds, wanneer het forceren van broeikasgassen stijgt met een snelheid van wel 2-3 delen per miljoen (ppm) CO₂ per jaar, zoals het geval is geweest in de afgelopen tien jaar of zo, de snelheid van langzame feedbackprocessen kan worden versneld.

Metingen van veranderingen in de atmosfeer en de zee sinds de industriële revolutie (toen de mens voor het eerst begon met de massale uitstoot van broeikasgassen) leggen voornamelijk de directe opwarmingseffecten van CO₂ vast, evenals kortetermijnfeedbacks zoals veranderingen in waterdamp en wolken.

Een onderzoek onder leiding van klimatoloog James Hansen concludeerde dat de klimaatgevoeligheid ongeveer 3℃ is voor een verdubbeling van de CO₂ wanneer alleen kortetermijnfeedbacks in aanmerking worden genomen. Echter, het is potentieel zo hoog als 6℃ wanneer een eindevenwicht wordt overwogen waarbij een groot deel van het West- en Oost-Antarctische ijs smelt, of en wanneer wereldwijde kasniveaus het CO-bereik van 500-700ppm overschrijden.

Dit illustreert het probleem met het gebruik van historische weerwaarnemingen om de klimaatgevoeligheid te schatten - het veronderstelt dat de respons lineair zal zijn. In feite, er in de toekomst factoren zijn die de curve omhoog kunnen duwen en de klimaatvariabiliteit kunnen vergroten, inclusief tijdelijke omkeringen die de opwarming op lange termijn zouden kunnen onderbreken. Simpel gezegd, temperaturen hebben de stijgende broeikasgasniveaus nog niet ingehaald.

Prehistorische klimaatrecords voor het Holoceen (10, 000-250 jaar geleden), het einde van de laatste ijstijd ongeveer 11, 700 jaar geleden, en eerdere perioden zoals het Eemien (rond 115, 000-130, 000 jaar geleden) suggereren evenwichtsklimaatgevoeligheden zo hoog als 7,1-8,7 .

Tot nu toe hebben we sinds de industriële revolutie ongeveer 1,1 van de gemiddelde opwarming van de aarde meegemaakt. Gedurende deze tijd zijn de atmosferische CO₂-niveaus gestegen van 280ppm naar 410ppm – en het equivalent van meer dan 450ppm als we rekening houden met de effecten van alle andere broeikasgassen naast CO₂.

Over de drempel

Klimaatverandering zal waarschijnlijk niet lineair verlopen. In plaats daarvan, er is een scala aan mogelijke drempels, omslagpunten, en punten van geen terugkeer die kunnen worden overschreden tijdens opwarming of voorbijgaande kortstondige afkoelingspauzes gevolgd door verdere opwarming.

De prehistorische verslagen van de cycli tussen ijstijden, namelijk tussenliggende warmere "interglaciale" perioden, onthullen een aantal van dergelijke gebeurtenissen, zoals de grote bevriezing die plotseling omstreeks 12 uur greep, 900 jaar geleden, en de abrupte dooi omstreeks 8, 200 jaar geleden.

In het prehistorische record, plotselinge bevriezingsgebeurtenissen (genaamd "stadiale gebeurtenissen") volgen consequent de interglaciale piektemperaturen.

Dergelijke gebeurtenissen kunnen de ineenstorting van de Atlantische Mid-Ocean Circulation (AMOC) omvatten, met als gevolg wijdverbreide bevriezing geassocieerd met de instroom van uitgebreide ijssmelt van Groenland en andere poolijskappen. De instroom van koud ijssmeltwater zou het warme zoutrijke AMOC afbreken, wat leidt tot regionale afkoeling zoals wordt geregistreerd na elke temperatuurpiek tijdens eerdere interglaciale perioden.

In de afgelopen jaren hebben koudwaterpoelen ten zuiden van Groenland een dergelijke afkoeling van de Noord-Atlantische Oceaan aangetoond. Het huidige tempo van de opwarming van de aarde zou er mogelijk toe kunnen leiden dat het AMOC instort.

Een ineenstorting van het AMOC, die klimaatsceptici ongetwijfeld zouden verwelkomen als "bewijs van wereldwijde afkoeling", zou een zeer ontwrichtende voorbijgaande gebeurtenis zijn die de landbouw zou schaden, vooral op het noordelijk halfrond. Vanwege de cumulatieve ophoping van broeikasgassen in de atmosfeer zal zo'n koele pauze onvermijdelijk worden gevolgd door hervatte verwarming, consistent met IPCC-prognoses.

De uitstoot van broeikasgassen door de mensheid is ongekend in snelheid en schaal. Maar als we ver genoeg terug in de tijd kijken, kunnen we enkele aanwijzingen krijgen over wat we kunnen verwachten. Ongeveer 56 miljoen jaar geleden, De aarde ondervond een opwarming van 5-8℃ die enkele millennia duurde, na een plotseling vrijkomen van methaan-getriggerde terugkoppelingen die ervoor zorgden dat het CO₂-niveau steeg tot ongeveer 1, 800ppm.

Maar zelfs die plotselinge stijging van de CO₂-niveaus was een grote factor lager dan de huidige CO₂-stijging van 2-3 ppm per jaar. Op dit tempo, ongekend in de geregistreerde geschiedenis van de aarde van de afgelopen 65 miljoen jaar (met uitzondering van de gevolgen van asteroïde-inslagen), het klimaat kan werkelijk onbekend terrein betreden.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.