Vanaf welke temperatuurstijging zijn de klimaatveranderingen onomkeerbaar?

Kantelpunten

We kennen verschillende kantelpunten in het klimaat. Dit zijn onderdelen van het klimaatsysteem die abrupt en onomkeerbaar kunnen veranderen bij overschrijding van bijvoorbeeld een zekere mondiale opwarming, zoals het snelle afsmelten van de Groenlandse of Antarctische ijskappen, het stilvallen van de uitloper van de Warme Golfstroom of het verdwijnen van tropisch regenwoud in het Amazonegebied [1], zie Figuur 1. Bij overschrijding van een drempelwaarde in opwarming verandert de betreffende component van het klimaat abrupt: ijskappen smelten af en stabiliseren als kleine ijskappen of verdwijnen helemaal, de uitloper van de Warme Golfstroom reorganiseert zodanig dat veel minder warmte naar Europa gebracht wordt, of grote delen van het Amazonegebied veranderen in savanne. Deze veranderingen zijn onomkeerbaar omdat – in het beeld van een kantelpunt – de mondiale temperatuur behoorlijk onder de drempelwaarde teruggebracht moet worden voordat herstel naar de huidige situatie mogelijk is.

Afbeelding door Bianca Ackerman via unsplash.com

Vaak karakteriseren we kantelpunten in termen van mondiale opwarming, maar voor sommige kantelpunten ligt de directe drempelwaarde bij een andere grootheid (meestal gerelateerd aan mondiale opwarming); de Warme Golfstroom reageert bijvoorbeeld op de grootte en snelheid van zoet (smelt)water toevoer in de Noord-Atlantische Oceaan (lees daar meer over in dit artikel van de KlimaatHelpdesk). De toestand van het regenwoud in het Amazonegebied hangt af van (seizoensafhankelijke) neerslag- en droogteperiodes.

Figuur 1: Negen klimaat kantelpunten die bij opwarming van de aarde overschreden kunnen worden en abrupte en onomkeerbare veranderingen kunnen veroorzaken. Bron: https://www.carbonbrief.org/explainer-nine-tipping-points-that-could-be-triggered-by-climate-change

Aanvankelijk schatten IPCC-rapporten in dat het risico op het overschrijden van dit soort kantelpunten pas relevant zou worden bij een wereldgemiddelde opwarming van 5°C of hoger. Nieuwe inzichten in twee recente IPCC-rapporten [2,3] laten zien dat er al een aanzienlijke kans op overschrijding van enkele van de kantelpunten bestaat bij 1-2°C opwarming. Het doel van het Parijs Akkoord uit 2015 om de mondiale opwarming tot 1,5°C te beperken, krijgt daardoor extra urgentie [4].

IJskappen

De meeste kantelpunten met een drempelwaarde tussen de 1-2°C opwarming zijn gerelateerd aan ijs op land of op zee [5]. Observaties van de West-Antarctische ijskap over de afgelopen jaren doen vermoeden dat het onomkeerbaar terugtrekken van ijs al gaande is in de Amundsen Zee (ten westen van Antarctica)[2]. Dit betekent dat voor dit deel van de ijskap een kantelpunt mogelijk al overschreden is. Bovendien laten modelstudies zien dat het verdwijnen van een gedeelte van de ijskap kan leiden tot het destabiliseren van de gehele West-Antarctische ijskap [6]. Delen van de Oost-Antarctische ijskap zijn gevoelig voor vergelijkbare instabiliteitsmechanismen, en het afsmelten hiervan kan leiden tot 3-4m wereldgemiddelde zeespiegelstijging over een periode van 100 jaar of meer [2].

Ook de Groenlandse ijskap smelt steeds sneller, en modelstudies laten een drempelwaarde zien voor het onomkeerbaar afsmelten ervan van ongeveer 1,5°C opwarming.

Als de gegeven drempelwaardes voor ijskappen maar net bereikt worden, gaat het smelten relatief traag. Bij een opwarming van 1,5°C, moeten we op ongeveer 10 meter zeespiegelstijging in 10.000 jaar rekenen. Bij meer dan 2°C opwarming kan het al stukken sneller gaan, namelijk met 10 meter in 1000 jaar [7].

Biosfeer

Een aantal kantelpunten zijn gerelateerd aan de biosfeer (= alles dat leeft). Zo wordt bijvoorbeeld het regenwoud in het Amazonegebied door ontbossing en mondiale opwarming onder druk gezet, met destabilisatie en onomkeerbare verandering van regenwoud naar savanne als mogelijk resultaat voor grote delen van dit gebied. Niet alleen leven in het Amazonegebied één op de tien bekende soorten op aarde, ook neemt het regenwoud grote hoeveelheden CO₂ op. Bij het verdwijnen van het regenwoud komt dus ook een extra hoeveelheid CO₂ vrij, die nu is opgeslagen in biomassa. Dit zal de opwarming verder versterken [8].

Cascades van kantelpunten

De drempelwaardes voor individuele kantelpunten zijn al vrij onzeker, maar geen van de hierboven beschreven kantelpunten staan los van elkaar, omdat verschillende componenten van het klimaatsysteem elkaar beïnvloeden. Ook hebben niet alle kantelpunten een directe invloed op de gemiddelde temperatuur op Aarde; bijvoorbeeld de uitloper van de Warme Golfstroom (in het Engels “Atlantic Meridional Overturning Circulation”) verdeelt vooral warmte tussen de evenaar en hogere breedtegraden, maar een stilvallen zal niet direct leiden tot toe- of afname van de wereldgemiddelde temperatuur.

Doordat de kantelpunten elkaar beïnvloeden (omdat ze onderdeel zijn van het gehele klimaatsysteem) kunnen er cascades van kantelpunten ontstaan. Het smelten van de Groenlandse ijskap zorgt niet alleen voor zeespiegelstijging, maar ook voor zoetwatertoevoer in de Noord Atlantische Oceaan, wat weer een belangrijke factor voor de stabiliteit van de Warme Golfstroom is. Veel en snelle toevoer van zoet water kan dus de Warme Golfstroom aan zijn drempelwaarde brengen voor stilvallen. De mogelijke gevolgen van het stilvallen van de uitloper van de Warme Golfstroom zijn niet alleen een lokale afkoeling van het Noord-Atlantisch gebied, maar ook veranderingen in neerslagpatronen boven Zuid-Amerika en passaatwinden in de tropen. Deze veranderingen kunnen weer andere onderdelen van het klimaatsysteem met een kantelpunt beïnvloeden, bijvoorbeeld variabiliteit in El Niño [9] of het ecosysteem van het Amazonegebied [8].

De mogelijkheid van kantelpunt-cascades geeft bovendien aan dat onomkeerbare klimaatveranderingen als gevolg van kantelpunten al kunnen optreden bij een wereldgemiddelde opwarming minder dan voor individuele kantelpunten geschat [10], omdat een cascade begint bij de component met de kleinste drempelwaarde (bijvoorbeeld het afsmelten van de Groenlandse ijskap), en de volgende kantelpunten dan kunnen worden bereikt door gevolgen van deze eerste transitie en niet noodzakelijkerwijs als gevolg van de mondiaal gemiddelde temperatuurstijging. Een voorbeeld is het stilvallen van de Warme Golfstroom door toevoer van Groenlands smeltwater. Aan de andere kant is het ook mogelijk dat systemen gestabiliseerd worden door het overschrijden van andere kantelpunten. Met name naar de wisselwerking tussen verschillende kantelpuntsystemen is daarom nog veel onderzoek nodig.