Feedbacks en tipping points

In een zin

Terugkoppelingen (feedbacks) en omslagpunten (tipping points) vormen samen een kwetsbaar web in het klimaatsysteem, waarbij kleine verstoringen — zoals smeltend ijs of vrijkomend methaan — grootschalige, mogelijk onomkeerbare veranderingen kunnen veroorzaken door versterkende effecten en kettingreacties tussen verbonden systemen.

Eenvoudig uitgelegd

Terugkoppelingen en omslagpunten zijn cruciaal om te begrijpen hoe kleine veranderingen in ons klimaat kunnen leiden tot grootschalige veranderingen die onomkeerbaar kunnen zijn.

Feedback loops (terugkoppelingen) zijn processen die klimaatveranderingen kunnen versterken of afzwakken.

• Positieve terugkoppelingen versterken de effecten van klimaatverandering. Als poolijs bijvoorbeeld smelt, wordt er minder zonlicht teruggekaatst in de ruimte (lager albedo), wat leidt tot meer opwarming en verder smelten van het ijs.
• Omgekeerd werken negatieve terugkoppelingen om het systeem te stabiliseren, maar ze komen in de context van klimaatverandering minder vaak voor.

Tipping points (omslagpunten) zijn drempels in het klimaatsysteem waar een kleine verandering kan leiden tot significante en vaak onomkeerbare verschuivingen.

• Deze onderlinge verbondenheid betekent dat het overschrijden van een omslagpunt kan leiden tot het falen van meerdere andere systemen, met ernstige gevolgen voor ecosystemen en menselijke samenlevingen.
• Wanneer een omslagpunt wordt overschreden, kan dit terugkoppelingen activeren die het klimaatsysteem in een nieuwe toestand kunnen brengen. Het smelten van ijskappen kan bijvoorbeeld oceaanstromingen verstoren, die vervolgens weer omslagpunten elders in het systeem kunnen veroorzaken, waardoor een domino-effect ontstaat.
• Als de ijskap van Groenland bijvoorbeeld voorbij een bepaald punt smelt, veroorzaakt dat een reeks veranderingen die de zeespiegel drastisch kunnen doen stijgen en de mondiale weerpatronen kunnen veranderen. Andere voorbeelden zijn het ontdooien van de permafrost, waardoor methaan — een krachtig broeikasgas — vrijkomt in de atmosfeer, wat de opwarming verder versnelt.

Feedbacks en tipping points

Het klimaatsysteem telt een groot aantal terugkoppelingen, ofwel feedback loops, die veranderingen van het klimaat ofwel versterken of afremmen. Positieve terugkoppeling versterkt klimaatverandering en kan leiden tot een omslag (tipping point) waardoor het klimaat in een nieuwe toestand raakt die pas op lange termijn omkeerbaar is. Negatieve terugkoppelingen houden het klimaat juist stabiel.

Het vooruitzicht dat we een ’point of no return’ zullen overschrijden, is zorgwekkend, maar geen reden tot paniek. Omdat het klimaatsysteem traag reageert op door de mens veroorzaakte forcering, is er nog steeds ruimte om actie te ondernemen – op voorwaarde dat we de wetenschap goed genoeg begrijpen om realistisch en effectief beleid te kunnen ontwikkelen. Het is onze verantwoordelijkheid om het nodige onderzoek te doen om de risico's van een stilgevallen oceaancirculatie en de daaruit voortvloeiende enorme zeespiegelstijging te evalueren, gezien de mogelijk onomkeerbare gevolgen daarvan.

Feedback loops (terugkoppelingen)

Een terugkoppelingslus waarbij alle outputs van een proces beschikbaar zijn als causale inputs voor dat proces. Bron: Wikipedia.

Feedback loops in het klimaatsysteem spelen een cruciale rol in het versterken of afzwakken van de effecten van de opwarming van de aarde. Zij zijn bepalend voor het bereiken van een omslagpunt. Negatieve feedback vormt de kern van alle regulerende mechanismen en zorgt voor stabiliteit in een dynamisch systeem, doordat het helpt om veranderingen in het systeem te dempen. Veranderingen worden daarentegen juist versterkt door positieve feedback loops. Positief of negatief heeft dus niets te maken met gunstig of ongunstig, maar alleen met versterking (positief) of demping (negatief).

Sommige effecten van de opwarming van de aarde kunnen de opwarming versterken (positieve terugkoppelingen: rood) of afremmen (negatieve terugkoppelingen: blauw). Bron: Wikipedia.

Er is sprake van terugkoppeling wanneer outputs van een proces worden teruggeleid als inputs, als onderdeel van een keten van oorzaak en gevolg die een circuit of lus (loop) vormt. Het systeem voedt zichzelf dan terug (feedback). Zeker bij complexe systemen, met meerdere positieve en negatieve terugkoppelingen, zijn causale verbanden vaak moeilijk vast te stellen. Een kleine oorzaak in een onderdeel van het systeem kan dan onverwachte grote gevolgen hebben in andere onderdelen van het systeem.

In het geval van klimaatverandering is er sprake van een aantal positieve feedback loops die de uitstoot van broeikasgassen vergroten en daardoor de opwarming van de aarde versnellen (zie voorbeelden hieronder).

Omdat feedback loops lastig te integreren zijn in klimaatmodellen, geven de klimaatberekeningen de effecten van de verschillende feedback loops onvoldoende weer. Positieve feedback loops veroorzaken exponentiële toename van effecten als smelten van ijskappen, temperatuurstijging, productie van broeikasgassen, enzovoort. De opwarming kan dus nog sneller gaan dan voorspeld. Dat maakt het stoppen van broeikasgasuitstoot nog urgenter.

In Verdieping: Feedback loops staat een overzicht van 41 positieve en negatieve terugkoppelingen die van invloed zijn op klimaatverandering. De belangrijkste worden hier besproken.

Kaart van feedback loops. Bron: Ripple et al. (2023). Creative Commons License BY-SA 4.0.

Bronnen:

Positieve terugkoppelingen

Terugkoppeling door afnemende albedo van ijs en sneeuw

De albedo (letterlijk: witheid) van een oppervlak is de mate van terugkaatsing van licht. IJs en sneeuw hebben een hoge albedo, wat betekent dat ze veel zonnestraling reflecteren. Als ijs smelt, komen donkere oceaan- of landoppervlakken bloot te liggen, die in vergelijking met ijs een lagere albedo hebben (minder licht weerkaatsen en dus meer zonnestraling absorberen), wat leidt tot verdere opwarming en meer smeltend ijs. Dit heeft weer een verdere verlaging van albedo tot gevolg en dus meer verwarming.

Op de site van het Feedback Loops Project is een animatie te vinden van feedback door smeltend ijs.

Terugkoppeling waterdamp

Als de temperatuur stijgt, verdampt er meer water, waardoor er waterdamp aan de atmosfeer wordt toegevoegd. Waterdamp is een krachtig broeikasgas dat extra warmte vasthoudt, wat leidt tot verdere opwarming.

Dooi van permafrost en vrijkomen van methaan

Stijgende temperaturen zorgen ervoor dat permafrost ontdooit, waardoor het daarin opgeslagen methaan (een krachtig broeikasgas) vrijkomt in de atmosfeer, wat de opwarming versnelt.

Deze video laat zien hoe permafrost verdwijnt als gevolg van de opwarming. Daarbij komt methaan vrij dat de opwarming weer verder versterkt.

Insectenplagen

Insectenplagen zijn van alle tijden, maar door klimaatverandering nemen ze toe en treffen ze harder. De getroffen ecosystemen verliezen resistentie, kunnen niet meer als klimaatbuffer optreden en worden zelf nog harder geraakt door klimaatverandering.

Zo zijn door klimaatverandering fijnsparren minder vitaal. De Fijnspar (Picea abies) is een voor houtproductie veel aangeplante, noordelijke boomsoort, onder doe-het-zelvers beter bekend als ‘grenen’. Hierdoor heeft een kleine keversoort, de letterzetter (Ips typographus), zich kunnen ontwikkelen tot een enorme plaagsoort. Binnen enkele warme zomers zijn vele tienduizenden hectaren bos in midden-Europa door deze kever met de grond gelijk gemaakt. Monoculturen voor bosbouw zijn het zwaarst getroffen. Doordat de letterzetter zich in monoculturen zo extreem kan ontwikkelen, worden ook gezonde, natuurlijke ecosystemen met fijnsparren getroffen.

Het op grote schaal sterven van naaldbossen verzwakt een belangrijke koolstofput. Doordat minder bomen CO₂ opnemen, wordt de opwarming minder afgeremd.

Bronnen:

Negatieve terugkoppelingen

Terwijl positieve terugkoppelingen zelfversterkende processen zijn waardoor het klimaat op hol kan slaan, remmen negatieve terugkoppelingen klimaatverandering af. Met andere woorden, ze brengen het klimaat in evenwicht. Ze kunnen klimaatverandering op de lange duur zelfs terugdraaien. Negatieve terugkoppelingen spelen dan ook een belangrijke rol bij mitigatie.

Verbeterde vegetatiegroei (kooldioxidebemesting)

Hogere CO₂-niveaus stimuleren de plantengroei, waardoor CO₂ uit de atmosfeer wordt geabsorbeerd, waardoor de broeikasgas concentraties kunnen afnemen en de opwarming wordt vertraagd.

Daarbij moet worden opgemerkt dat jonge bomen over het algemeen sneller koolstof vastleggen dan volwassen bomen door hun krachtige groei. Terwijl jonge bomen snel CO₂ opnemen, bereiken volwassen bossen vaak een koolstofneutrale toestand waarin de groei de koolstofuitstoot door boomsterfte en ontbinding compenseert. Onderzoek geeft aan dat het 20-30 jaar kan duren voordat jonge bossen koolstofputten worden na de eerste groei, terwijl volwassen bossen meer totale koolstof opslaan, maar in een langzamer tempo. Jonge bossen zijn dus meestal effectiever in het vastleggen van koolstof.

Niettemin, oerbossen hebben een aanzienlijke koolstofopslagcapaciteit. Ze blijven koolstof vastleggen, zij het langzamer dan jongere bossen. Onderzoek wijst uit dat oerbossen enorme hoeveelheden koolstof kunnen opslaan, m.a.w. dat de koolstofbalans (de hoeveelheid CO₂ die wordt vastgelegd min de CO₂ die vrijkomt) positief blijft. Deze ecosystemen zijn cruciaal voor het beperken van de klimaatverandering, omdat ze gedurende hun hele levensduur koolstof verzamelen en deze eeuwenlang kunnen opslaan, zelfs na de dood van de bomen.

Toegenomen bewolking

Opwarming verhoogt de verdamping van water, wat kan leiden tot meer wolkenvorming. Wolken kaatsen zonnestraling terug naar de ruimte, waardoor er minder warmte het aardoppervlak bereikt. Feedback van wolken is een complex en intensief onderzocht gebied, waaruit blijkt dat het gedrag van wolken de opwarming zowel kan versterken als afzwakken, afhankelijk van factoren zoals hoogte, wolkentype en locatie.

Koolstofput oceanen

Oceanen absorberen een aanzienlijk deel van de antropogene CO₂-uitstoot. Koelere temperaturen aan het oceaanoppervlak kunnen de opname van CO₂ bevorderen, waardoor de opwarming van de atmosfeer wordt beperkt.

Doordat CO₂ minder goed oplost in warmer water, vermindert de opwarming van oceanen hun CO₂-opname. Daardoor wordt deze negatieve feedbackloop afgezwakt en de opwarming juist versterkt.

Conclusie

Deze diversiteit aan mechanismen illustreert de complexiteit van het klimaatsysteem, waarbij positieve feedback loops de klimaatverandering versnellen, terwijl negatieve feedback loops mogelijkheden bieden om het klimaat te stabiliseren. De kracht van een aantal positieve feedbacks neemt nu toe, waardoor er gevreesd wordt voor steeds verder versnellende opwarming als de wereldwijde CO₂-uitstoot niet wordt gestopt. Dit zou weer kunnen leiden tot tipping points: het klimaat slaat op hol.

Ter illustratie de complexe interactie van positieve en negatieve terugkoppelingen die optreden bij de verdroging van land als gevolg van klimaatverandering. Positieve (+) en negatieve (-) terugkoppelingen die droogte bepalen. Het schema toont de relatie tussen fysische en fysiologische aandrijvers van droogte door klimaatverandering en de gevolgen die verband houden met de beschikbaarheid van water, de productiviteit van de vegetatie en de sociaaleconomische situatie. VPD staat voor Vapour Pressure Deficit (Dampdruk tekort). PET staat voor Potentiële Evapotranspiratie. Link naar artikel op Research Gate.

Bronnen:

Tipping points (omslagpunten)

De term omslagpunt of kantelpunt (tipping point) verwijst naar een kritische drempel waarbij een kleine extra verstoring de toestand of ontwikkeling van een systeem volledig kan veranderen. De term omslagelement beschrijft grootschalige componenten van het aardsysteem die een omslagpunt kunnen passeren. Omslagpunten zijn vaak abrupt en/of onomkeerbaar en kunnen een ‘runaway climate’ veroorzaken, met andere woorden: het klimaat slaat op hol.  

Dat zou leiden tot een veel hogere gemiddelde temperatuur dan in enig interglaciaal in de afgelopen 1,2 miljoen jaar en tot een zeeniveau dat aanzienlijk hoger is dan ooit in het Holoceen (de periode 11.700 jaar geleden tot nu).

Een omslagelement is een onderdeel van een systeem dat gevoelig is voor een omslagpunt. De belangrijkste omslagpunten treden op bij het verdwijnen van de West-Antarctische en Groenlandse ijskappen, het ontdooien van de Arctische permafrost, het instorten van de Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) en het afsterven van het Amazonewoud.

Recent onderzoek toont aan dat sommige belangrijke omslagpunten al “mogelijk” zijn bij de huidige niveaus van opwarming en “waarschijnlijk” kunnen worden binnen het bereik van het Akkoord van Parijs van 1,5 tot 2 °C opwarming. Dit zet vraagtekens bij de voorheen algemeen aanvaarde opvatting dat omslagpunten voor het klimaat een kleine kans hebben om overschreden te worden bij lage niveaus van opwarming.

Doordat alles in het systeem aarde in meer of mindere mate met elkaar verbonden is, kan het overschrijden van een omslagpunt ernstige gevolgen hebben voor andere omslagelementen, en daarmee voor het wereldwijde klimaat- en ecologische systeem.

Er bestaan nog veel onzekerheden over de omslagpunten in het klimaatsysteem — zowel wat betreft de tijdschaal als de ernst van de gevolgen — en daar wordt volop onderzoek naar gedaan. Tegelijkertijd is dit geen excuus om een afwachtende houding aan te nemen. Van een aantal is het mechanisme redelijk goed bekend. De mensheid moet het risico niet lopen op de meest catastrofale gevolgen van bijvoorbeeld het instorten van de AMOC of het verdwijnen van de West-Antarctische IJskap.

Het bestaan van omslagpunten in het klimaatsysteem betekent dat het van vitaal belang is om de wereldwijde temperatuurstijging te beperken tot 1,5 °C, hoogstens met een overschrijding van beperkte duur. Ook wanneer beperking van de opwarming tot 1,5 °C niet meer mogelijk is — en daar wijs alles op — is het van het grootste belang verdere opwarming te beperken. Iedere tiende graad telt.

Zie Verdieping: The Global Tipping Points Report 2023.

Bronnen:

De risico’s

Onderzoekers van de Universiteit van Potsdam benadrukken de ernstige risico's van het destabiliseren van kantelelementen van de aarde, zoals ijskappen en oceaanstromingen, als gevolg van klimaatverandering, en benadrukken de noodzaak om de limiet van 1,5 °C die is vastgesteld in het Akkoord van Parijs aan te houden om ernstige gevolgen in de toekomst te voorkomen.

Een tijdelijke overschrijding van de Parijse limiet van 1,5 °C voor de opwarming van de aarde is inmiddels bijna onvermijdelijk. Als deze overschrijding permanent is, zou dat de kans op het veroorzaken van klimaatomslagpunten aanzienlijk vergroten.

De onderzoekers hebben berekend dat het omslagrisico toeneemt met elke extra 0,1 °C overschrijding boven 1,5 °C en sterk versnelt wanneer deze boven 2,0 °C komt. Het bereiken en handhaven van ten minste netto nul broeikasgasemissies tegen 2100 is van het grootste belang om het kantelrisico op de lange termijn te minimaliseren. (Netto nul is het punt waarop de uitstoot vrijwel geëlimineerd is, en alle onvermijdelijke klimaatvervuiling die overblijft uit de atmosfeer wordt gehaald door koolstofverwijdering.)

De onderzoeksresultaten onderstrepen dat strenge emissiereducties in het huidige decennium cruciaal zijn voor de stabiliteit van de planeet. Als we ons niet aan deze limieten houden, neemt de kans op kantelpunten toe, die de stabiliteit van het wereldklimaat eeuwenlang kunnen beïnvloeden.

Zie ook en Waarom elke tiende graad telt.

Bronnen:

Overzicht omslagpunten

Hieronder staat een overzicht van tipping points, hun drempel (in °C), tijdschaal waarop hun effect merkbaar is (in jaren) en hun maximum impact (in °C).

Tabel met op literatuur gebaseerde drempelwaarde-, tijdschaal- en impactinschattingen voor de omslagelementen die zijn gecategoriseerd als mondiale kern of regionale impact. De kleuren in de linkerkolom geven het domein van het aardsysteem aan (blauw, cryosfeer (de ijzige gebieden); groen, biosfeer; oranje, oceaan-atmosfeer) en de kleuren van de andere kolommen geven de subjectieve betrouwbaarheidsniveaus aan (groen, hoog; geel, gemiddeld; rood, laag). Bron: McKay et al. (2022).

Zie Verdieping: The Global Tipping Points Report 2023.

Bron:

Uitleg omslagpunten

Omslagpunten kunnen worden geïllustreerd aan de hand van een bal die rolt in een bekken met twee niveaus. De animatie (hieronder) laat zien dat dit model, net als veel complexe systemen, twee stabiele toestanden heeft. De bal begint op één niveau — waarvan de diepte aangeeft hoe stabiel die toestand is.

Animatie van een omslagpunt. Het linkerdeel toont een systeem met twee toestanden, waarbij de bal aangeeft in welke toestand hij zich bevindt en de diepte van elk niveau van het bekken een maat is voor de stabiliteit van die toestand. Het rechterdeel toont een tijdreeks van de beweging van de bal tussen toestanden. (N.B. Klik op de figuur als de animatie niet start.) Bron: Chris Boulton Creative Commons License BY-SA 4.0.

Druk op het systeem zorgt ervoor dat het linker deel van het bekken instabiel wordt. De bal wordt door korte termijn variabiliteit in het bekken heen en weer geduwd — vergelijkbaar met weergebeurtenissen in een klimaatsysteem.

Uiteindelijk wordt de bal voorbij het omslagpunt van het steeds instabielere linkerniveau geduwd en valt hij abrupt in het andere niveau. Hier bevindt hij zich in een nieuwe stabiele toestand van waaruit hij niet gemakkelijk kan terugkeren.

De kern van dit soort gedrag is een 'versterkende terugkoppeling' binnen een systeem die zo sterk wordt dat het zichzelf gaat aandrijven.

Verderop worden de volgende omslagpunten besproken:

• Gletsjers en poolijskappen
• Zee-ijs
• Toendra’s en permafrost
• AMOC
• Oceaanverzuring
• Regenwouden

Bron:

Gletsjers en poolijskappen

Positieve feedback >> versterkt opwarming

Wanneer het oppervlak van gletsjers en ijskappen (hoge albedo) afneemt, wordt minder zonlicht weerkaatst door het ijs en kan het het donkere aardoppervlak (lage albedo) verwarmen.

Arctische klimaat feedbacks. Bron: Tina Schoolmeester, Hanna Lønning Gjerdi, John Crump, Björn Alfthan, Joan Fabres, Kathrine Johnsen, Laura Puikkonen, Tiina Kurvits, Elaine Baker, GRID Arendal.

De volgende kaart uit het Global Tipping Points Report geeft een overzicht van ijskappen en gletsjers en de mate waarin die zich ontwikkelen in de richting van omslagpunten.

Kaart van cryosfeer systemen die in dit hoofdstuk worden beschouwd (arcering). De markeringen geven aan welke van de systemen in dit rapport worden beschouwd als een omslagsysteem (+++ hoog vertrouwen, ++ gemiddeld vertrouwen en + laag vertrouwen) en welke niet (- - hoog vertrouwen, - - gemiddeld vertrouwen en - laag vertrouwen). Grijs geeft systemen aan waarvoor geen duidelijke beoordeling mogelijk is op basis van huidige inzichten. Bron: Global Tipping Points Report.

Bronnen:

Antarctica

Antarctica vergeleken met Europa. Het oppervlak van West-Antarctica is ongeveer 75 keer dat van Nederland. Bron: Cool Antarctica.

Naast het warmer worden van de atmosfeer hebben zowel de opwarming van de oceanen als de stijging van de zeespiegel gevolgen voor het volume van de ijskappen op Antarctica. Hier is weer sprake van positieve terugkoppeling.

Het is belangrijk onderscheid te maken tussen de Oost Antarctische IJskap (EAIS) en de West Antarctische IJskap (WAIS). De EAIS ligt op land grotendeels boven zeeniveau en de WAIS voor een groot deel op de zeebodem. Dat maakt de laatste veel gevoeliger voor opwarming — met name van het zeewater — en zeespiegelstijging. Daar komt bij dat de zeebodem van het Antarctische continentale plat landinwaarts helt waardoor het ijs gaat drijven naarmate het volume afneemt. Als de WAIS in zijn geheel zou instorten en smelten, zou de zeespiegel wereldwijd met 3,3 meter stijgen; dit proces zou echter eeuwen tot millennia kunnen duren. Maar sommige WAIS ijsstromen staan op het punt instabiel te worden, met name de Thwaites Gletsjer.

Schematische weergave van de huidige toestand en een toekomstig scenario in West Antarctica. IJsstromen van de ijskap bewegen naar de kust en vormen ijsplaten (ice shelves), het drijvende verlengstuk van de ijskap op het oceaanwater. De grounding line is het punt waarop de ijskap niet meer dik genoeg is om op vaste grond te rusten en begint te drijven. Wanneer warm oceaanwater de ijsplaten van onderaf bereikt, smelt het ijs daar (basaal smelten). Als dit basale smelten toeneemt, worden de ijsplaten dunner. In extreme gevallen kunnen ijsplaten instabiel worden. Bron: Alfred-Wegener-Institut / Martin Künsting (CC-BY 4.0).

Wanneer door een combinatie van opwarming van oceaanwater, basaal smelten en zeespiegelstijging ijsplaten instabiel worden, gaan ijsstromen en afvoergletsjers sneller stromen. Dat destabiliseert de ijskap en versterkt uiteindelijk het proces waardoor het Antarctische ijs op den duur kan verdwijnen.

Zie Verdieping: Doomsday Gletsjer

Bronnen:

Groenland

De Groenlandse ijskap heeft geen grootschalige ijsplaten zoals Antarctica, maar er zijn drijvende gletsjertongen in de fjorden die ook het risico lopen van smelten aan de basis. Op dit moment zijn er slechts drie drijvende gletsjertongen in het noorden van Groenland, maar in het zuiden zijn ze al gesmolten, waardoor de gletsjers zich sneller naar de kust hebben verplaatst. Het noorden van de Groenlandse ijskap verliest ook veel massa.

De Groenlandse ijskap is veel gevoeliger voor veranderingen in de luchttemperatuur dan de Antarctische ijskap. De lucht in Groenland is in de zomer boven het vriespunt, wat betekent dat de sneeuw en het ijs aan het oppervlak ook smelten. Het smeltwater aan het oppervlak van de ijskap kan door scheuren in het ijs naar de basis van de ijskap stromen, waar het de stroomsnelheid van het ijs kan veranderen. Als het ijs sneller stroomt, stroomt er meer ijs in de smeltzone, wat bijdraagt aan de zeespiegelstijging.

Deze video toont de ontwikkeling van verschillende regio's van de Groenlandse ijskap tussen 2008 en 2300 op basis van drie verschillende klimaatscenario's. Elk scenario weerspiegelt een mogelijk toekomstig klimaatresultaat op basis van de huidige en toekomstige uitstoot van broeikasgassen. De paarse gebieden zijn blootgestelde delen van de Groenlandse bodem die in 2008 door de ijskap werden bedekt. Bron: NASA's Scientific Visualization Studio, Cindy Starr.

Nieuw onderzoek onder leiding van de Universiteit van Barcelona toont dat extreme smeltperioden - perioden van snel smeltende sneeuw en ijs - bijna twee keer zo vaak voorkomen tijdens zomers in de afgelopen decennia vergeleken met de periode 1950-1990. Een simulatie van de invloed van uitstroomgletsjers op de dikte van de ijskap, gekoppeld aan betere gegevens en uitgebreide klimaatmodellen voor verschillende toekomstige klimaatscenario's, is onlangs gebruikt om te schatten hoeveel Groenland zal bijdragen aan de zeespiegel in het volgende millennium. Groenland zou 5 tot 34 cm kunnen bijdragen aan de zeespiegel tegen 2100 en tot 162 cm tegen 2200. Afvoergletsjers zijn waarschijnlijk verantwoordelijk voor ongeveer 19 tot 40% van het totale massaverlies.

Uit de analyse blijkt dat de grootste onzekerheden bij het voorspellen van het massaverlies zitten in klimaatscenario's en oppervlakteprocessen, gevolgd door ijsdynamica. Onzekerheden in de oceaanomstandigheden spelen een kleine rol, vooral op de lange termijn. Het is zeer waarschijnlijk dat als we onze broeikasgasuitstoot niet verminderen, Groenland binnen een millennium ijsvrij wordt.

Nieuw onderzoek onder leiding van de Universiteit van Barcelona toont dat extreme smeltperioden - perioden van snel smeltende sneeuw en ijs - bijna twee keer zo vaak voorkomen tijdens zomers in de afgelopen decennia vergeleken met de periode 1950-1990.

Het onderzoek laat zien dat er de afgelopen tien jaar een piek is geweest in jaren van extreem smelten in Groenland. Tijdens de zomer van 2012 smolt bijvoorbeeld 610 gigaton ijs (het equivalent van 244 miljoen Olympische zwembaden), en in 2019 smolt 560 gigaton (224 miljoen Olympische zwembaden).

Het smelten van de Groenlandse ijskap heeft wereldwijde gevolgen, omdat het een grote bijdrage levert aan de stijging van de zeespiegel, de stabiliteit van zeestromen in de Atlantische Oceaan (zie De AMOC), en ook de circulatiepatronen in de atmosfeer beïnvloedt. Volgens de onderzoekers heeft dit ook invloed op het Europese klimaat. “Deze veranderingen in temperatuur- en neerslagpatronen kunnen van invloed zijn op sociaaleconomische activiteiten en ecosystemen en kunnen bijdragen aan een toename van klimaatextremen in nabijgelegen regio's van de Noord-Atlantische Oceaan,” merken de onderzoekers op.

Volledig verdwijnen

De tijdschaal voor het volledig verdwijnen van de ijskappen is regionaal verschillend. (Zie Overzicht omslagpunten.) Voor de Groenlandse ijskap wordt dat geschat op 10 tot 15 duizend jaar. Voor de ijskap van West Antarctica tussen de 500 en 13 duizend jaar. De ijskap van Oost Antarctica doet er minsten 10 duizend jaar over om compleet te verdwijnen. Daarvoor is ook een flink grotere opwarming nodig dan in de meeste scenario’s waarschijnlijk wordt gedacht.

De oorzaak van deze verschillen is een combinatie van de verschillende ijsvolumes en de ondergrond van de ijskappen. De West Antarctische IJskap is een zg. mariene ijskap met een basis die grotendeels onder de zeespiegel ligt. Dat maakt de ijskap gevoelig voor zeespiegelstijging en basaal smelten van de ijsplaten en daardoor potentieel instabiel.

Bronnen:

Gevolgen voor de zeespiegel

Het massaal afsmelten van de West-Antarctische ijskap was een belangrijke oorzaak van de hoge zeespiegel tijdens een periode die bekendstaat als het Laatste Interglaciaal (129.000-116.000 jaar geleden). Het extreme ijsverlies veroorzaakte een stijging van meerdere meters in de wereldgemiddelde zeespiegel — en daar was minder dan 2 ˚C oceaan opwarming voor nodig.

Bijdragen aan veranderingen van het zeeniveau in het verleden en in de toekomst. Uit IPCC AR6: FAQ 9.2.

IPCC scenario’s projecteren een zeespiegelstijging in 2100 van ongeveer 50 cm voor de lage-emissiescenario’s en 80 cm of meer voor de hoge-emissiescenario’s. Veel onderzoekers vrezen dat deze schattingen te optimistisch zijn.

Projecties van zeespiegelstijging in de 21e eeuw, inclusief scenario’s met een lage waarschijnlijkheid en een grote impact. De rechter figuur is een projectie voor 2300. Uit IPCC AR6: Figuur SPM.8.

Voor de langere termijn, tot 2300, moet worden gerekend met veel hogere zeeniveaus, tot meerdere meters of zelfs meer dan 10 meter boven het niveau van 1971. Deze meest sombere scenario’s hebben een lage waarschijnlijkheid maar de gevolgen zijn dusdanig ernstig dat ze ten koste van alles moeten worden vermeden.

Zie Verdieping: Zeespiegelstijging.

Bronnen:

Zee-ijs

Positieve terugkoppeling >> versterkt opwarming.

Het verdwijnen van zee-ijs als gevolg van de opwarming van de atmosfeer en de oceanen, met name in het Noordpoolgebied, heeft nauwelijks effect op de zeespiegel. (Zie Verdieping: Zee-ijs en zeespiegelstijging.) Een veel belangrijker effect is de afname van de albedo.

Albedo (letterlijk: witheid) is het deel van het zonlicht dat diffuus gereflecteerd wordt door een lichaam. Het wordt gemeten op een schaal van 0 (wat overeenkomt met een zwart lichaam dat alle invallende straling absorbeert) tot 1 (wat overeenkomt met een lichaam dat alle invallende straling reflecteert).

Sneeuw en ijs hebben een hoge albedo, zeewater en land een lage. Wanneer zee-ijs en sneeuw verdwijnen, absorbeert het vrijkomende, donkere oppervlak meer warmte. Die warmte draagt bij aan de opwarming van de atmosfeer en de oceanen, waardoor weer meer sneeuw en ijs smelten, enzovoort. Dat is een zelfversterkend effect, ofwel een positieve terugkoppeling.

Zie Verdieping: Zee-ijs en zeespiegelstijging.

Toendra’s en permafrost

Positieve feedback >> versterkt opwarming

De snelle dooi van permafrost is een zorgwekkend aspect van klimaatverandering, omdat het een positieve feedbackloop kan worden die verdere opwarming in de hand werkt. Permafrost bevat grote hoeveelheden koolstof in de vorm van organisch materiaal, dat vrijkomt als kooldioxide (CO₂) en methaan (CH₄) wanneer het smelt. Methaan is een bijzonder krachtig broeikasgas, met een 25 keer sterkere opwarmingseffect op de korte termijn dan CO₂.

Wanneer permafrost dooit, komen deze broeikasgassen in de atmosfeer vrij, wat de opwarming versnelt. Dit kan leiden tot nog meer dooi van permafrost, wat op zijn beurt weer meer koolstofemissies veroorzaakt. Et cetera.  

De uitstoot van broeikasgassen door smeltende permafrost wordt niet altijd meegenomen in de huidige klimaatmodellen, waardoor het werkelijke risico op verdere opwarming mogelijk wordt onderschat. Dit betekent dat zelfs met ambitieuze reductiedoelen, zoals die zijn vastgelegd in het Akkoord van Parijs, de wereldwijde temperatuurstijging moeilijk binnen de beoogde limieten te houden zal zijn. Zelfs als de wereld de uitstoot zou verminderen volgens de huidige afspraken van het Akkoord van Parijs, zouden de wintertemperaturen in de Noordelijke IJszee tegen het midden van de eeuw met 3-5 °C stijgen.

Permafrost en klimaatverandering. Bron: Tina Schoolmeester, Hanna Lønning Gjerdi, John Crump, Björn Alfthan, Joan Fabres, Kathrine Johnsen, Laura Puikkonen, Tiina Kurvits, Elaine Baker, Global linkages – a graphic look at the changing Arctic (rev.1).

Een recente modelstudie laat een zichzelf in stand houdende dooi van de permafrost zien voor honderden jaren, zelfs als de wereldgemeenschap onmiddellijk stopt met alle uitstoot van door de mens veroorzaakte broeikasgassen. De dooi (in het model) is het resultaat van een voortdurende, autonome stijging van de globale temperatuur. Deze opwarming is het gecombineerde effect van drie fysische processen: (1) afnemende albedo aan het oppervlak (door het smelten van de Arctische ijsbedekking), (2) toenemende hoeveelheden waterdamp in de atmosfeer (door hogere temperaturen) en (3) veranderingen in de concentraties van broeikasgassen in de atmosfeer (door de absorptie van CO₂ in biomassa en oceanen en de uitstoot van koolstof (CH₄ en CO₂) door ontdooiende permafrost).

Dooiende permafrost in het Noordpoolgebied. Bron: Tina Schoolmeester, Hanna Lønning Gjerdi, John Crump, Björn Alfthan, Joan Fabres, Kathrine Johnsen, Laura Puikkonen, Tiina Kurvits, Elaine Baker, Global linkages – a graphic look at the changing Arctic (rev.1).

Snel dooiende permafrost kan de klimaatverandering verder versnellen en de inspanningen om te voldoen aan de langetermijndoelstelling van het Akkoord van Parijs om de wereldwijde temperatuurstijging te beperken tot 2 °C, doen ontsporen.

Bronnen:

De AMOC

Positieve feedback > > versterkt opwarming op het zuidelijk halfrond

AMOC is de afkorting van Atlantic Meridional Overturning System. De Golfstroom is onderdeel van de AMOC en is een oppervlakte stroming die warm, tropisch water naar het noorden en noordoosten van de Atlantische Oceaan transporteert. Deze zorgt voor milde klimaten in noordwest Europa en Scandinavië. Volgens model berekeningen dreigt de AMOC te vertragen als gevolg van de opwarming. Naast koudere winters in Europa zal dit leiden tot snellere opwarming op het zuidelijk halfrond, verzwakte tropische moessons en verstoring van ecosystemen wereldwijd.

Net zoals het hart bloed door het menselijk lichaam pompt, circuleert dit stromingssysteem gigantische hoeveelheden water door de Atlantische Oceaan. Het systeem wordt aangedreven door de wind, dichtheidsverschillen en de draaiing van de aarde De dichtheid van het water wordt bepaald door de temperatuur en het zoutgehalte. Warm zout water stroomt noordwaarts aan het oppervlak. Eenmaal aangekomen in het noorden bij Groenland, koelt het af waardoor de dichtheid toeneemt. Het dichte koude water zinkt en stroomt op diepte terug naar het zuiden.

De AMOC verplaatst elke seconde 17 miljoen kubieke meter (17 Sverdrup of 17 Sv).Ter vergelijking, de Amazone, de grootste rivier van de aarde, transporteert 0,2 Sv. De AMOC verplaatst 1,2 petawatt aan warmte — in de orde van 50 keer de energieconsumptie van de hele mensheid . Het systeem wisselt warmte, water en koolstof uit met de atmosfeer en reguleert het weer in Europa en mariene ecosystemen .

De AMOC is de Atlantische tak van de ‘wereldwijde lopende band’ (Global Conveyor Belt). De kleur van het water geeft de dichtheid aan, die wordt bepaald door saliniteit (zoutgehalte) en temperatuur. Bron: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio.

Naarmate het klimaat warmer wordt, zal de sub-polaire Noord-Atlantische Oceaan warmer worden door de algemene opwarming van de aarde en minder zout door het smelten van land- en zee-ijs. Hierdoor zal het oppervlaktewater in de Noord-Atlantische Oceaan minder dicht worden, waardoor het zinken van Noord-Atlantische wateren als reactie op afkoeling aan het oppervlak zal afnemen. Daardoor zal er minder water op diepte terugstromen en zal de gehele omkerende circulatie vertragen .

Verzwakking van de AMOC als reactie op klimaatverandering werd waargenomen in alle modellen die werden gebruikt voor het 6de IPCC rapport vertragen . Dit leidde ertoe dat het IPCC een afname van de AMOC als zeer waarschijnlijk voor de 21e eeuw beoordeelde, voor alle hiervoor gebruikte emissiescenario's . Daarnaast zijn er zorgen dat de verzwakking van de AMOC kan leiden tot een ineenstorting van de circulatie, waarbij deze abrupt verzwakt en daarna in een zeer zwakke staat blijft. Paleo-klimaatstudies suggereren dat de AMOC in het verleden dergelijke verschuivingen heeft laten zien, geassocieerd met grote klimaatveranderingen . Hoewel geen van de modellen zo'n AMOC-instorting voor de 21e eeuw laat zien, suggereren verschillende recente studies dat het risico op instorting hoger kan zijn dan door deze modellen wordt geschat .

[[Bestand:Verzwakken van de Golfstroom.jpg|gecentreerd|miniatuur|650x650px|Zwakker worden van de Golfstroom, onderdeel van de AMOC. Figuur rechts: 1) Water in de noordelijke Atlantische Oceaan wordt zoeter en zinkt daardoor minder snel. 2) Minder warmte wordt noordwaarts getransporteerd. 3) De Golfstroom verzwakt maar een deel van  het water wordt door windsystemen voortgestuwd. Bron: IPCC AR6.

Recent onderzoek geeft aanwijzingen voor afzwakking van de AMOC sinds 1950 van 0,46 Sv per 10 jaar .

Oceanografen bestuderen hoe de AMOC werkt en hoe het zich de afgelopen decennia en eeuwen heeft gedragen met instrumenten op verschillende locaties in de Atlantische Oceaan. Hiermee willen ze beter te kunnen voorspellen wat er in de toekomst zal gebeuren. De instrumenten worden beheerd door internationale groepen wetenschappers. Het langst lopende project, RAPID, werd aan het begin van de eeuw geïnstalleerd op 26°N. Een recenter project, OSNAP waar ook Nederlandse onderzoekers aan mee werken, bestaat pas 10 jaar in de sub polaire regio (50-70°N, instrumenten meten tussen Labrador en Groenland en tussen Groenland en Schotland). Deze waarnemingen hebben ons veel geleerd over de AMOC, maar hebben tot nu toe geen verzwakking van het signaal door klimaatverandering gedetecteerd . Dit komt ondermeer doordat de oceaancirculatie ook varieert over korte tijdschalen en langere waarnemingen nodig zijn om een langdurige verzwakking te kunnen detecteren.Oceanografen gebruiken ook proxy's waarmee ze kunnen reconstrueren hoe de circulatie in het verleden was, om daarmee te proberen te bepalen of deze de afgelopen jaren is verzwakt. Studies gebaseerd op dergelijke proxy's vinden vaker bewijs van een reeds bestaande verzwakking . Ten slotte gebruiken oceanografen ook oceaansimulaties om de stabiliteit van de AMOC te testen, te onderzoeken wanneer deze kan instorten en wat de gevolgen van zo'n instorting zouden zijn.

nieuw figuur

De gemiddelde jaarlijkse verandering in de sterkte van de AMOC volgens simulaties gestuurd door een set van 6 scenarios, denk aan verschillende CO2 emissies. De veranderingen zijn relatief ten opzichte van de gemiddelden van 1995–2014. De curves tonen gemiddelden en de schaduwen liggen in het bereik van 5–95% waarschijnlijkheid volgens de scenarios. De cirkels rechts van het paneel tonen de anomalieën gemiddeld van 2081–2100 voor elk van de beschikbare modelsimulaties. De getallen binnen het paneel zijn het aantal modelsimulaties. Bron: IPCC AR6 chapter 4 Figure 4-6 .

Een sterke verzwakking of ineenstorting van de AMOC kan grote gevolgen hebben voor het klimaat die bovenop de bestaande klimaatverandering zou komen met enorme consequenties voor menselijke activiteiten: - Het zou leiden tot een sterke afkoeling van het noordelijk halfrond, met name van Europa. - Het zou leiden tot verdere opwarming van het zuidelijk halfrond, wat de gevolgen van klimaatverandering verergert - Dit zou leiden tot een zuidwaartse verschuiving van neerslagpatronen, wat de moesson zou kunnen beïnvloeden - De veranderingen in oceaancirculatie kunnen leiden tot een stijging van de zeespiegels langs de oostkust van Noord-Amerika en Noord-Europa Een AMOC-instorting zal leiden tot afkoeling op het noordelijk halfrond en opwarming op het zuidelijk halfrond. Het gevolg zal een zuidwaartse verschuiving van tropische neerslagpatronen zijn en een afname van neerslag over het noordelijk halfrond . Een groter verschil in temperatuur versterkt de atmosferische circulatie en zal sterkere winterstormen veroorzaken . De verandering in oceaanstromingen en de verdeling van de oceaandichtheid zal een stijging van het zeeniveau veroorzaken langs de oostkust van Noord-Amerika en Noord-Europa . Een verzwakte AMOC zal minder CO2 opnemen en zo een cumulatief effect op klimaatverandering hebben . Sommige studies suggereren dat een AMOC-instorting een directe impact op ecosystemen kan hebben door stratificatie en nutriëntenbeschikbaarheid te beïnvloeden . De omvang van deze effecten hangt af van de snelheid van verandering en de omvang van de verzwakking van de AMOC en tegelijkertijd van de achtergrond van de opwarming van de aarde .

Nieuwe figuur

Locaties waar extreme gebeurtenissen kunnen gaan plaatsvinden met een geïdentificeerd verband met oceaanveranderingen. Bron: IPCC AR6. .

Door de koppeling met andere elementen van het klimaatsysteem zullen de gevolgen wereldwijd merkbaar zijn, zoals mondiale klimaatverschuivingen, die neerslagpatronen beïnvloeden en mogelijk regen- en droge seizoenen omkeren in regio's zoals het Amazonegebied. Dit zorgwekkende scenario wordt momenteel vrijwel volledig over het hoofd gezien in de discussies over klimaatbeleid en klimaatadaptatie. De impact is echter zo ingrijpend dat het onverantwoord zou zijn om deze dreiging te negeren. Het is vergelijkbaar met het beseffen dat er een reëel risico is dat de boiler in je kelder explodeert en delen van je huis verwoest, maar ervoor kiezen om dit risico simpelweg te negeren.

Zie Verdieping: Volledige instorting van de AMOC.

Bronnen:

Oceaanverzuring

Volgens het Global Tipping Points Report blijft de grens van de oceaanverzuring binnen de groene veilige speelruimte, maar hij staat aan de rand van de afgrond. Ander onderzoek suggereert dat de veilige limiet al is overschreden. Toenemende verzuring kan kwetsbare koraalriffen en fytoplankton populaties verwoesten, die worden beschouwd als de basis van het voedselweb in zee. Naarmate de verzuring versnelt, kunnen wereldwijd de visvangsten achteruitgaan en zelfs instorten.

Zie ook: Planetaire grenzen.

Oceaanverzuring heeft dezelfde oorzaak als klimaatverandering: stijgende CO₂-niveaus in de atmosfeer door het gebruik van fossiele brandstoffen. De vooruitzichten om binnen de veilige limiet voor deze planetaire grens te blijven, lijken somber. Afgaande op de snelheid waarmee het nu verandert, lijkt het moeilijk om het overschrijden van die limiet te stoppen.

De term oceaanverzuring is eigenlijk onjuist. De oceanen worden niet zuurder, ze worden minder basisch als gevolg van het oplossen van meer kooldioxide. De pH wordt lager; van ongeveer 8,20 in 1940 naar 8,05 nu. Wanneer de pH beneden een kritische drempelwaarde van 7,95 zakt, heeft het grote en onomkeerbare gevolgen voor het leven in de oceanen en daardoor voor de rest van het leven op aarde.

In het rapport Planetary Health Check wordt de concentratie van het mineraal aragoniet in het oppervlaktewater gebruikt als indicator voor oceaanverzuring. Aragoniet is een vorm van calciumcarbonaat, (CaCO₃), dat door veel mariene organismen wordt gebruikt bij de opbouw van hun skeletten en schelpen.

Als de oceaan steeds meer kooldioxide uit de lucht opneemt, produceert het meer koolzuur, waarbij waterstofionen vrijkomen die de pH-waarde en de aragonietverzadiging verlagen. De verzadigingsindex is een waarde voor de mate waarin zeewater is verzadigd met opgeloste calcium- en carbonaationen. Is de index groter dan 1, dan is het zeewater oververzadigd en kan calciumcarbonaat neerslaan en kunnen organismen hun (micro-)skeletten en schelpen opbouwen. Is die kleiner dan 1 dan is het zeewater onderverzadigd. De huidige veilige grens is vastgesteld op 2,75 verzadiging van aragoniet en is gebaseerd op niveaus van 3,44 vóór de industriële revolutie. Niveaus onder de 3 kunnen ervoor zorgen dat sommige mariene organismen gestrest raken, en als de niveaus onder de 1 komen, kunnen schelpen beginnen op te lossen.

Vandaag de dag ligt de wereldwijde aragonietverzadiging op 2,80. Het passeren van die veilige grens betekent niet dat er onmiddellijk een drempel zal worden overschreden, maar wel dat de problemen voor het zeeleven en de voedselketen in de oceaan steeds ernstiger zullen worden.

Verwacht wordt dat oceaanverzuring in de komende 10 tot 20 jaar zal leiden tot een aanzienlijk verlies van mariene biodiversiteit, waarbij ecosystemen zullen verschuiven naar soorten die lagere pH-waarden kunnen verdragen, zoals kwallen en giftig fytoplankton. Ondanks deze dreigende crisis erkennen veel regeringen en industrieën de bijbehorende risico's niet en blijft de ernst van de situatie grotendeels verborgen voor het publiek.

Meer dan 3 miljard mensen zijn voor hun voedselvoorziening afhankelijk van het zeeleven, terwijl oceanen een cruciale rol spelen bij het reguleren van meer dan 70% van de klimaatverandering. De huidige klimaatmodellen onderschatten de situatie mogelijk, en de gevolgen van klimaatverandering zouden vier keer erger kunnen zijn dan voorspeld, omdat deze modellen onvoldoende variabelen in beschouwing nemen.

Voor alle duidelijkheid: als de wereld door een wonder netto nul bereikt in 2045, dan toont bewijs uit het BIOACID-rapport van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) aan dat deze vermindering niet genoeg zal zijn om een daling van de pH-waarde van de oceanen naar 7,95 te stoppen. Als het niveau van het zeeleven (zowel plantaardig als dierlijk) daalt, dan wordt het vermogen van de oceanen om koolstof in de diepe oceaan vast te houden uitgeput.  

In het geologische verleden heeft oceaanverzuring naar alle waarschijnlijkheid al eerder geleid tot massaal uitsterven van marien leven. Dat was een gebeurtenis die bekendstaat als de Permo-Triassische uitsterving, 252 miljoen jaar geleden — de grootste massa-extinctie ooit. De oorzaak toen was verhoogde CO₂-concentratie in de atmosfeer als gevolg van de eruptie van enorme hoeveelheden lava in Siberië.

Bronnen:

Regenwouden

Positieve feedback > > versterkt opwarming

Tropische bossen beslaan ongeveer 1,95 miljard hectare (inclusief aangetaste delen) en zijn belangrijke onderdelen van het systeem aarde. Ze herbergen een onevenredig groot aantal soorten op aarde, slaan enorme hoeveelheden koolstof op (circa 471 ±93 GtC) in hun bodems en biomassa, en hebben, door evapotranspiratie en hun effect op wolkenvorming, een algemeen verkoelend en bevochtigend effect op regionale schaal. Er wonen ook veel inheemse volkeren en lokale gemeenschappen, met een lange geschiedenis van menselijke bewoning en een grote bioculturele diversiteit.

Wereldwijde omvang van tropische bossen, inclusief tropische regenwouden (donkergroen) en tropische droge bossen (bruin). Bron: The Global Tipping Points Report.

De tropische bossen in Zuid-Amerika en Azië hebben niet alleen te maken met ontbossing en aantasting als gevolg van veranderingen in landgebruik, maar ook met ongekende verstoringen door het klimaat, zoals een toename van de lengte en intensiteit van het droge seizoen, meer intense en frequente regenval en temperatuurextremen.

Een omslagpunt in het Amazonegebied zou wereldwijde gevolgen hebben door mogelijk grote verliezen van koolstof in de atmosfeer. De beste schattingen suggereren dat een grootschalige ineenstorting van 40% van het bos voor het einde van deze eeuw zou kunnen leiden tot een uitstoot van ~30 GtC en een extra opwarming van de aarde van ~0,1 °C. Het afsterven van het Amazonegebied zou ook leiden tot een aanzienlijke vermindering van de regenval in het hele Amazonebekken en in het zuidelijk deel van Zuid-Amerika. Via 'teleconnecties' kan het ook rechtstreeks invloed hebben op andere delen van het aardsysteem, bijvoorbeeld op het Tibetaanse Plateau.

Tropische regenwouden zijn niet alleen het gevolg van hoge neerslag in de Intertropische Convergentie Zone, ze produceren zelf de neerslag die de bossen in stand houdt.

Neerslagproductie door regenwouden, Bomen halen water uit de grond en geven waterdamp af via hun bladeren, waardoor atmosferische rivieren van vocht ontstaan. Dat komt elders in hetzelfde regenwoudgebied als neerslag terug. Boskap en bosbranden leiden tot verdroging en versterken het verdwijnen van het regenwoud.

De recente droogte in het Amazonegebied kan het “eerste waarschuwingssignaal” zijn dat het regenwoud een omslagpunt nadert, aldus nieuw onderzoek, gepubliceerd in Science Advances.

Het Amazonegebied is het grootste regenwoud ter wereld en krijgt jaarlijks 2-3 meter regen. Door toenemende droogte en door mensen veroorzaakte ontbossing beginnen delen van het bos echter uit te drogen.

Het onderzoek stelt vast dat ontbossing het begin van de Zuid-Amerikaanse moesson vertraagt, waardoor er minder regen valt in het Amazonegebied. De auteurs waarschuwen dat voortdurende ontbossing de regio voorbij een omslagpunt kan duwen waarbij een verdere, snelle vermindering van de regenval grote delen van de bomen zou doden.

In de afgelopen 40 jaar is het droge seizoen in het Amazonegebied al langer geworden. Dit zou het vroege waarschuwingssignaal kunnen zijn dat het gecombineerde regenwoud en de Zuid-Amerikaanse moessonsystemen een kritieke drempel naderen.

Het verdwijnen van tropische regenwouden heeft grote gevolgen voor de waterhuishouding op aarde. Grootschalige ontbossing in een van de drie belangrijkste tropische bosgebieden ter wereld — het Congobekken in Afrika, Zuidoost-Azië en vooral het Amazonegebied — zou de watercyclus voldoende kunnen verstoren om een aanzienlijk risico te vormen voor de landbouw in belangrijke landbouwgebieden halverwege de wereld in delen van de VS, India en China.

Bronnen:

Verdieping

Verdieping: Feedback loops

Verdieping bij Feedback loops.

De volgende tabel geeft een overzicht van 41 terugkoppelingen, waarvan 27 positieve (versterkende), 7 negatieve (remmende) en 7 onzekere terugkoppelingen. Sommige terugkoppelingen kunnen in verband worden gebracht met belangrijke omslagpunten die het mondiale klimaatsysteem en de biosfeer ernstig kunnen verstoren zodra kritieke drempels worden overschreden.

Lang niet alle positieve feedbacks zullen leiden tot dramatische gevolgen. Specifieke punten van zorg zijn het vertragen van de oceaancirculatie en het grootschalige verlies van ijskappen, permafrost en bossen.

Tabel van 41 terugkoppelingen. Bron: Ripple et al. (2023), Supplemental information.

Bron:

Verdieping: The Global Tipping Points Report 2023

Verdieping bij Tipping points.

Het Global Tipping Points Report werd gelanceerd tijdens COP28 op 6 december 2023. Het rapport is een gezaghebbende beoordeling van de risico's en kansen van zowel negatieve als positieve omslagpunten in het aardsysteem en de samenleving.

Het Global Tipping Points project wordt geleid door professor Tim Lenton van het Global Systems Institute van de Universiteit van Exeter met de steun van meer dan 200 onderzoekers van ruim 90 organisaties in 26 landen.

Delen van het aardsysteem die door het rapport zijn geïdentificeerd als potentiële tipping points.

De hoofdpunten van het Global Tipping Points Report:

1. Klimaatverandering en natuurverlies kunnen binnenkort 'omslagpunten' veroorzaken in de natuur.
2. Deze omslagpunten vormen bedreigingen van een omvang waarmee de mensheid nog nooit eerder is geconfronteerd.
3. De effecten van omslagpunten zullen worden doorgegeven en versterkt in onze geglobaliseerde wereld.
4. Het stoppen van deze bedreigingen is mogelijk, maar vereist urgente wereldwijde actie.
5. Zelfs met dringende wereldwijde actie zijn sommige omslagpunten van het aardsysteem onvermijdelijk
6. 'Positieve omslagpunten' kunnen een ontwikkeling naar duurzaamheid versnellen.
7. Eén positief omslagpunt kan andere in gang zetten, waardoor een domino-effect van verandering ontstaat.
8. Het in gang zetten van positieve kantelpunten vereist gecoördineerde actie die rekening houdt met rechtvaardigheid en rechtvaardigheid.
9. We moeten meer inzicht krijgen in omslagpunten — maar zonder actie uit te stellen.
10. Positieve kantelpunten kunnen een krachtig tegeneffect creëren tegen het risico dat kantelpunten in het aardsysteem uit de hand lopen.

Bron:

Verdieping: Doomsday gletsjer

Verdieping bij Antarctica.

Thwaites Glacier, een van de grootste afvoergletjers van West Antarctica. Groot Brittannië voor schaal. Bron: John Englander.

Wanneer door een combinatie van opwarming van oceaanwater, basaal smelten en zeespiegelstijging ijsplaten instabiel worden, gaan ijsstromen en afvoergletsjers sneller stromen. Dit proces is het meest dreigend in het geval van de Thwaites Gletsjer, een gletsjer zo groot als Engeland en een van de grootste afvoergletsjers van West Antarctica.

De Thwaites gletsjer, die bekendstaat als de “Doomsday glacier”, vormt een serieuze bedreiging voor de wereldwijde zeespiegel door zijn snelle smelten en instabiliteit. Thwaites is een van de snelst terugtrekkende gletsjers op Antarctica. in de afgelopen 30 jaar is de hoeveelheid ijsverlies van Thwaites en nabijgelegen gletsjers verdubbeld. Op dit moment draagt de gletsjer voor ongeveer 4% bij aan de jaarlijkse zeespiegelstijging en een volledige instorting zou kunnen leiden tot een wereldwijde stijging van 65 cm.

Recente studies geven aan dat deze omstandigheden kunnen leiden tot onomkeerbare veranderingen binnen jaren in plaats van eeuwen, waardoor er dringende zorgen ontstaan over kustoverstromingen en de ontheemding van miljoenen mensen wereldwijd. De ijsplaat van de gletsjer zal waarschijnlijk binnen tien jaar instorten, wat mogelijk een kettingreactie teweeg kan brengen die naburige gletsjers beïnvloedt en tot een extra stijging van 1,5 meter kan leiden.

Deze video legt uit waarom Thwaites Glacier zo snel verandert en wat dit betekent voor de zeespiegelstijging.

Bronnen:

Verdieping: Zeespiegelstijging verschillende scenario’s

Verdieping bij Gevolgen voor de zeespiegel.

Een modelstudie uit 2021 vergelijkt de gevolgen van verschillende opwarmingsscenario’s voor de zeespiegel. Volgens deze studie zou een opwarming van 1,5 °C leiden tot een stijging van de gemiddelde zeespiegel van ongeveer 10 centimeter in 2100 en iets meer bij 2 °C. In het meest ongunstige scenario zou de zeespiegel ongeveer 40 centimeter stijgen.

Antarctische bijdrage aan de stijging van de GMSL bij een reeks emissiescenario's. De waaiergrafieken tonen de in de tijd veranderende onzekerheid en het bereik rond de mediane ensemblewaarde (zwarte lijn) in stappen van 10%. De panelen in de linkerkolom tonen de resultaten van het ensemble van 2000 tot 2100, inclusief de mediaan van de GMSL-stijging (rode lijn). De rechterkolom is uitgebreid tot 2300. a, b, Emissies die overeenkomen met een +1,5 ºC wereldwijd gemiddeld opwarmingsscenario. c, d, Emissies die overeenkomen met +2,0 ºC, e, f, Emissies die overeenkomen met +3,0 ºC. g, h, RCP8.5. h, Twee extra RCP8. 5 simulaties worden getoond met gemiddelde gekalibreerde parameterwaarden in verband met natte crevassing/hydrofracturing (CALVLIQ=107 m-1 jr2) en ijsafkalving (VCLIFF=7,7 km jr-1 ), maar met atmosfeer- en oceaanforcering geleverd door de NCAR CESM1.2.2 GCM met (blauwe lijn) en zonder (rode lijn) Antarctische smeltwaterfeedback43 . Let op de uitgerekte y-assen in g en h.

Bron:

Verdieping: Zee-ijs en zeespiegelstijging

Verdieping bij Zee-ijs.

Het is een wijdverbreid misverstand dat zeespiegelverandering alleen wordt veroorzaakt door ijs dat op land ligt, en niet door drijvend zee-ijs. Hoewel dat meestal waar is, blijkt er toch een effect te zijn, ook al is het klein.

Links: Een smeltend ijsblokje in een glas water verhoogt het waterniveau niet omdat een massa ijs een groter volume inneemt dan eenzelfde massa zoet water. Rechts: Smeltend zoetwater-ijs in zeewater verhoogt het zee-niveau enigszins. Bron: NASA.

Eén ding dat vaak over het hoofd wordt gezien is de invloed van het zoutgehalte. Het maakt een significant verschil. Verschillende onderzoeken tonen aan dat, omdat drijfijs gemaakt is van zoet water, het eigenlijk de zeespiegel iets verhoogt wanneer het smelt in de zoute zee, wat anders is dan wat er gebeurt in je waterglas.

Wanneer een ijsberg of ander zee-ijs in het water drijft, verplaatst het zijn eigen gewicht. Maar zoet water heeft een lagere dichtheid dan zout water, dus als het smelt en vloeibaar wordt, neemt het meer ruimte in dan het zeewater dat het verplaatste toen het ijs was. Dit heeft ongeveer 3% van het effect van het smelten van ijs dat op land rust en verhoogt het zeeniveau.

Hoewel het effect minimaal is, heeft smeltend zee-ijs tussen 1994 en 2017 toch 1,1 millimeter bijgedragen aan de zeespiegel en is het belangrijk om deze veranderingen goed te kunnen begrijpen.

Bron:

Verdieping: Volledige instorting van de AMOC

Verdieping bij AMOC.

In een open brief aan de Scandinavische Raad van Ministers waarschuwt een groep van 43 klimaatwetenschappers voor de ernstige gevolgen van een volledige instorting van de AMOC.

Lange-termijn (300 jaar) respons van de jaarlijkse gemiddelde temperatuursverandering in een toekomstig CO₂-verdubbelingsscenario waarin de AMOC volledig is ingestort. Bron: Liu et al. (2017). Creative Commons License BY-SA 4.0.

Een reeks wetenschappelijke studies van de afgelopen jaren suggereert dat dit risico tot nu toe sterk onderschat is. Een dergelijke verandering in de oceaancirculatie zou verwoestende en onomkeerbare gevolgen hebben.

In deze regio zijn de Groenlandse ijskap, het Barents zee-ijs, de boreale permafrost-systemen, de subpolaire draaistroom, diepwater vorming en de Atlantische Meridionale Overturning Circulatie (AMOC) allemaal kwetsbaar voor grote, onderling verbonden veranderingen. De AMOC, het dominante mechanisme van noordwaarts warmtetransport in de Noord-Atlantische Oceaan, bepaalt de levensomstandigheden voor alle mensen in het Noordpoolgebied en daarbuiten en loopt steeds meer het risico dat het omslagpunt wordt gepasseerd.

Recent onderzoek sinds het laatste IPCC-rapport suggereert dat het IPCC dit risico heeft onderschat en dat het passeren van dit omslagpunt al in de komende decennia een serieuze mogelijkheid is.

De gevolgen voor met name de Scandinavische landen zouden waarschijnlijk catastrofaal zijn, zoals een grote afkoeling in de regio terwijl de omliggende regio's opwarmen (zie figuur), en waarschijnlijk leiden tot ongekend extreem weer. Hoewel de gevolgen voor weerpatronen, ecosystemen en menselijke activiteiten verder moeten worden bestudeerd, zouden ze mogelijk de levensvatbaarheid van de landbouw in Noordwest-Europa bedreigen.

Het doel van de brief is om de aandacht te vestigen op het feit dat slechts “gemiddeld vertrouwen” (IPCC) in het niet instorten van de AMOC niet geruststellend is en duidelijk de mogelijkheid openlaat van een instorting van de AMOC tijdens deze eeuw. En het is zelfs nog waarschijnlijker dat een ineenstorting deze eeuw wordt ingezet, maar pas in de volgende eeuw volledig tot ontwikkeling komt.

Instorting van de AMOC heeft wereldwijde gevolgen. Het Noordelijk Halfrond koelt af en het Zuidelijk Halfrond warmt nog sterker op. Bron: De Correspondent.

Een publicatie in Nature, november 2024, stelt dat een 30% verzwakking van de AMOC al rond 2040 kan optreden.

Een publicatie van de Utrechtse groep oceanografen in 2025 suggereert dat de AMOC bij een gematigd emissiescenario deze eeuw al het omslagpunt kan passeren. Dat betekent overigens niet dat de AMOC van de ene op de andere dag stilvalt: het duurt waarschijnlijk zo’n honderd jaar voordat de stroming daadwerkelijk substantieel zwakker is. In het scenario met lage uitstoot en dus minder opwarming is de kans op een instorting van de AMOC kleiner.

Bronnen: