Резкое изменение климата

Резкое изменение климата можно определить с точки зрения физики или с точки зрения последствий: «С точки зрения физики, это переход климатической системы в другой режим в масштабе времени, который быстрее, чем ответственное воздействие. С точки зрения последствий, резкое изменение — это изменение, которое происходит настолько быстро и неожиданно, что человеческие или природные системы испытывают трудности с адаптацией к нему. Эти определения дополняют друг друга: первое даёт некоторое представление о том, как происходит резкое изменение климата; Последнее объясняет, почему этому посвящено так много исследований»^[6].

Временные рамки событий, описываемых как резкие, могут сильно различаться. Изменения, зафиксированные в климате Гренландии в конце малого ледникового периода, согласно данным ледяных кернов, подразумевают внезапное потепление на +10 °C в течение нескольких лет^[7]. Другие резкие изменения — это повышение температуры на 4 °C в Гренландии 11 270 лет назад^[8] или резкое повышение температуры на 6 °C 22 000 лет назад в Антарктиде^[9].

Напротив, палеоцен-эоценовый термический максимум мог начаться в период от нескольких десятилетий до нескольких тысяч лет назад. Наконец, модели системы Земля прогнозируют, что при продолжающихся выбросах парниковых газов уже в 2047 году температура вблизи поверхности Земли может выйти за пределы диапазона колебаний за последние 150 лет.

В палеоклиматической летописи было выявлено несколько периодов резкого изменения климата. Примечательные примеры включают:

• Около 25 климатических сдвигов, называемых Осцилляции Дансгора — Эшгера, которые были идентифицированы в летописи ледяных кернов во время ледникового периода за последние 100 000 лет^[10].
• Событие Позднего Дриаса, особенно его внезапный конец. Это самый поздний из циклов Дансгора-Эшгера, он начался 12 900 лет назад и вернулся в режим тёплого и влажного климата около 11 600 лет назад. Было высказано предположение, что «чрезвычайная быстрота этих изменений в переменной, которая непосредственно представляет региональный климат, подразумевает, что события в конце последнего оледенения могли быть реакцией на некий порог или триггер в климатической системе Северной Атлантики»^[11]. Модель этого события, основанная на нарушении термохалинной циркуляции, была поддержана другими исследованиями^[12].
• Палеоцен-эоценовый термический максимум, произошедший 55 миллионов лет назад, который, возможно, был вызван высвобождением огромного количества метана^[13], хотя были определены потенциальные альтернативные механизмы^[14]. Это было связано с быстрым закислением океана^[15].
• Предполагается, что пермско-триасовое вымирание, в результате которого вымерло до 95 % всех видов, связано с быстрым изменением глобального климата^[16][17]. Для восстановления жизни на суше потребовалось 30 миллионов лет^[18].
• Вымирание тропических лесов в каменноугольном периоде произошло 300 миллионов лет назад, когда тропические леса были уничтожены из-за изменения климата. Более холодный и сухой климат сильно повлиял на биоразнообразие земноводных, основной формы жизни позвоночных на суше^[19].

Резкие изменения климата также связаны с катастрофическим осушением ледниковых озёр. Одним из примеров этого является событие 8,2-килолетней давности, связанное с осушением ледникового озера Агассис^[20]. Другим примером является Антарктический холодный перелом, произошедший примерно за 14 500 лет до настоящего времени, который, как полагают, был вызван импульсом талой воды, вероятно, либо из Антарктического ледяного либо из Лаврентийского ледяного щита^[21]. Предполагается, что эти быстрые события высвобождения талой воды являются причиной циклов Дансгаарда — Эшгера^[22].

Пятилетнее исследование, проведённое Оксфордской школой археологии и дополнительно проведённое Ройял Холлоуэй, Лондонским университетом, Музеем естественной истории Оксфордского университета и Национальным океанографическим центром Саутгемптона завершённое в 2013 году под названием «Реакция человека на резкие изменения окружающей среды» и получившее название «ПЕРЕЗАГРУЗКА», было направлено на то, чтобы выяснить, является ли гипотеза о том, что люди имеют большое значение. Изменения в развитии происходят во время или сразу после резких изменений климата с помощью знаний, полученных в результате исследований палеоэкологических условий, доисторической археологической истории, океанографии и вулканической геологии за последние 130 000 лет и на разных континентах^[23][24]. Он также был направлен на прогнозирование возможного поведения человека в случае изменения климата и сроков его изменения^[25].

Исследование 2017 года пришло к выводу, что условия, аналогичные сегодняшним антарктическим озоновым дырам (атмосферная циркуляция и изменения гидроклимата), ~17 700 лет назад, когда истощение стратосферного озона способствовало резкому ускорению таяния ледников в Южном полушарии. Это событие совпало с примерно 192-летней серией массивных извержений вулканов, приписываемых горе Такахе в Западной Антарктиде^[26].

Большинство резких изменений климата, вероятно, связаны с внезапными сдвигами циркуляции, аналогичными наводнению, прорезающему новое русло реки. Наиболее известными примерами являются несколько десятков отключений меридиональной опрокидывающей циркуляции в северной части Атлантического океана во время последнего ледникового периода, что повлияло на климат во всём мире^[27].

• Нынешнее потепление в Арктике, продолжительность летнего сезона, считается резким и масштабным^[28].
• Истощение озонового слоя в Антарктике привело к значительным изменениям в циркуляции атмосферы.
• Также было два случая, когда меридиональная опрокидывающая циркуляция в Атлантике потеряла важнейший фактор безопасности. В 1978 году прилив воды в Гренландском море на 75° северной широты прекратился, и в течение следующего десятилетия он восстановился. Затем второе по величине место промывки, Лабрадорское море, закрылось в 1997 на десять лет. В то время как в течение 50 лет наблюдений не наблюдалось перекрывающихся во времени отклонении, предыдущие полные отклонения имели серьёзные последствия для климата во всём мире^[27].

Было высказано предположение, что океанические и атмосферные процессы в разных временных масштабах — соединяют оба полушария во время резкого изменения климата^[29].

Одним из источников резких последствий изменения климата является процесс обратной связи, в котором потепление вызывает изменения, которые усугубляют дальнейшее потепление^[30]. Тоже самое можно сказать и о похолодании. Примерами таких процессов обратной связи являются:

• Обратная связь между льдом и альбедо, при которой продвижение или отступление ледяного покрова изменяет альбедо Земли и её способность поглощать солнечную энергию^[31].
• Обратная связь по углероду в почве — это высвобождение углерода из почвы в ответ на глобальное потепление.
• Гибель и сжигание лесов в результате глобального потепления^[32].

Вероятность резкого изменения некоторых обратных связей, связанных с климатом, может быть низкой^[33]. Факторы, которые могут увеличить вероятность резкого изменения климата, включают более высокие масштабы глобального потепления, потепление, которое происходит быстрее, и потепление, которое сохраняется в течение более длительных периодов времени^[34].

Возможные переломные моменты в климатической системе включают региональные последствия изменения климата, некоторые из которых проявились внезапно и поэтому могут рассматриваться как внезапное изменение климата. Учёные заявили: «Наш анализ имеющихся данных позволяет предположить, что различные переломные моменты могут достичь критической точки в течение этого столетия в условиях антропогенного изменения климата»^[36].

В науке о климате точка невозврата — это критический порог, пересечение которого приводит к масштабным, ускоряющимся и зачастую необратимым изменениям в климатической системе. Если точки невозврата будут пересечены, они, скорее всего, окажут серьёзное влияние на человеческое общество и могут ускорить глобальное потепление^[37]. Переломные моменты наблюдаются во всей климатической системе, например, в ледяных щитах, горных ледниках, циркуляционных процессах в океане, в экосистемах и атмосфере. Примерами переломных моментов являются таяние вечной мерзлоты, при котором высвобождается метан, мощный парниковый газ, или таяние ледяных щитов и ледников, снижающее альбедо Земли, что приводит к более быстрому потеплению планеты. Таяние вечной мерзлоты усугубляет проблему, поскольку в ней содержится примерно в два раза больше углерода, чем в атмосфере в настоящее время^[38].

Гляциоизостазия в ответ на отступление ледников и увеличение местной солёности были связаны с увеличением вулканической активности в начале резкого потепления по шкале Бёллинга-Аллерёда. Они связаны с интервалом интенсивной вулканической активности, намекая на взаимодействие между климатом и вулканизмом: усиленное кратковременное таяние ледников, возможно, за счёт изменений альбедо от выпадения частиц на поверхности ледников^[39].

В прошлом резкое изменение климата, вероятно, вызывало широкомасштабные и серьёзные последствия, а именно:

• Массовые вымирания, в первую очередь пермско-триасовое вымирание (часто называемое в просторечии Великим вымиранием) и вымирание тропических лесов в каменноугольном периоде, предположительно были вызваны резким изменением климата.
  • Утрата биоразнообразия: без вмешательства в виде резкого изменения климата и других вымираний биоразнообразие Земли продолжало бы расти^[40].
  • Изменения в циркуляции океана, такие как:
  • увеличение частоты явлений Эль-Ниньо^[41][42]
  • потенциальное нарушение термохалинной циркуляции, подобное тому, что могло произойти во время малого ледникового периода^[43]
  • изменения в североатлантическом колебании^[44]
  • изменения в Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции, которые могут привести к более суровым погодным явлениям^[45].