نه عنصر تغییر اقلیم و آستانه‌های دمایی که تغییرات برگشت‌ناپذیر را رقم می‌زنند

برخی از متخصصان دینامیک اقلیم استدلال می‌کنند که سیستم زمین به شدت حساس است و سیستم‌های بیوفیزیکی به هم پیوسته آن آماده‌اند تا به محض عبور از آستانه سخت‌گیرانه گرمایش ۱.۵ درجه سانتی‌گراد، مانند دومینو فرو بریزند و فارغ از اقدامات بعدی انسان، گرمایشی فاجعه‌بار و برگشت‌ناپذیر را تثبیت کنند.

در مقابل، پژوهشگران دیگری بر این باورند که اقلیم تاب‌آوری بیشتری دارد؛ آن‌ها این «نقاط بی‌بازگشت» را نه به عنوان پرتگاه‌هایی ناگهانی، بلکه به شکل گذارهایی تدریجی و احتمالی می‌بینند که آستانه‌هایشان بسیار نامشخص است و عبور از ۱.۵ درجه سانتی‌گراد، به جای تضمین یک واکنش زنجیره‌ای فوری و غیرقابل توقف، صرفاً خطر وقوع آن را افزایش می‌دهد.[2][8]

پیش از ارزیابی این خطر، باید درک کنیم که یک عنصر تغییر (Tipping element) دقیقاً چگونه کار می‌کند. عنصر تغییر اقلیمی، بخش بزرگی از سیستم زمین است که می‌تواند با یک آشفتگی خارجی کوچک، به حالتی کاملاً متفاوت رانده شود.

این اتفاق از طریق چرخه‌های بازخورد مثبت رخ می‌دهد؛ مکانیسم‌هایی که در آن‌ها تغییر در یک سیستم، همان فرآیندی را که باعث ایجاد آن تغییر شده است، تقویت می‌کند. زمانی که این چرخه بازخورد به حالت خودپایدار برسد، سیستم از یک نقطه بی‌بازگشت عبور می‌کند و این تغییر در مقیاس زمانی عمر انسان‌ها برگشت‌ناپذیر می‌شود، حتی اگر عامل محرک اولیه از بین برود.[1][6]

در سال ۲۰۰۸، یک مقاله بنیادین در نشریه آکادمی ملی علوم آمریکا (PNAS) به طور رسمی چندین مورد از این عناصر را شناسایی کرد. تا سال ۲۰۲۲، یک ارزیابی مجدد و جامع که در مجله Science منتشر شد، این فهرست را اصلاح کرد و آن‌ها را بر اساس آستانه‌های دمایی‌شان دسته‌بندی نمود.

امروزه، پژوهشگران در موسساتی مانند موسسه تحقیقات اثرات اقلیمی پوتسدام (PIK) و بررسی سلامت سیاره‌ای (Planetary Health Check)، نه عنصر عمده تغییر جهانی را ردیابی می‌کنند. این عناصر به طور کلی به سه دسته تقسیم می‌شوند: کرایوسفر (یخ‌ها)، بیوسفر (اکوسیستم‌ها) و الگوهای گردش اقیانوسی-اتمسفری.[1][2][5][6]

کرایوسفر شامل برخی از حساس‌ترین عناصر تغییر است که مهم‌ترین آن‌ها صفحه یخی گرینلند است. مکانیسمی که فروپاشی احتمالی آن را پیش می‌راند، بازخورد ذوب-ارتفاع است. با ذوب شدن صفحه یخی، سطح آن به ارتفاعات پایین‌تر و هوای گرم‌تر نزول می‌کند که این امر ذوب شدن را بیشتر تسریع می‌بخشد. اگر دمای جهانی همچنان بالا بماند، این چرخه بازخورد می‌تواند خودپایدار شود. ذوب کامل صفحه یخی گرینلند حدود ۷ متر به سطح آب دریاهای جهان می‌افزاید و خطوط ساحلی در سراسر جهان را به طور بنیادین تغییر می‌دهد.[2][3]

به طور مشابه، صفحه یخی غرب جنوبگان نیز به دلیل مکانیسمی که به عنوان ناپایداری صفحه یخی دریایی شناخته می‌شود، آسیب‌پذیر است. بخش عمده‌ای از این صفحه یخی روی بستر صخره‌ای قرار دارد که به سمت داخل خشکی و پایین‌تر از سطح دریا شیب دارد.

با ذوب شدن قفسه یخی از پایین توسط آب گرم اقیانوس، خط تماس (نقطه‌ای که یخ از بستر جدا شده و شروع به شناور شدن می‌کند) به سمت پایین شیب عقب‌نشینی می‌کند. این امر یخ‌های ضخیم‌تری را در معرض اقیانوس قرار می‌دهد و سرعت تخلیه یخ به دریا را در یک فرآیند مهارگسیخته افزایش می‌دهد.[2][3]

سومین عنصر عمده کرایوسفر، خاک منجمد (پرمافروست) شمالی است که تخمین زده می‌شود ۱۵۰۰ میلیارد تن متریک کربن را در خود ذخیره کرده باشد؛ یعنی تقریباً دو برابر مقداری که در حال حاضر در اتمسفر وجود دارد.

مکانیسم درگیر در اینجا یک بازخورد بیوژئوشیمیایی است: با ذوب شدن خاک منجمد، میکروب‌ها مواد آلی که پیش‌تر یخ زده بودند را تجزیه کرده و دی‌اکسید کربن و متان آزاد می‌کنند. متان یک گاز گلخانه‌ای قدرتمند است و انتشار آن باعث گرمایش بیشتر اتمسفر می‌شود که این امر به نوبه خود خاک منجمد بیشتری را ذوب می‌کند.[3][6]

در بیوسفر، جنگل‌های بارانی آمازون یک عنصر تغییر بحرانی را نشان می‌دهند که توسط بازیافت رطوبت کنترل می‌شود. آمازون تا نیمی از بارندگی خود را از طریق تعرق تولید می‌کند؛ درختان بخار آب را در اتمسفر آزاد می‌کنند که به شکل ابر جمع شده و در مناطق پایین‌دست به صورت باران می‌بارد.

جنگل‌زدایی و گرمایش جهانی این چرخه را مختل می‌کنند. اگر فصل خشک از یک آستانه بحرانی فراتر رود، جنگل دیگر نمی‌تواند اقلیم خرد (میکروکلیمای) خود را حفظ کند و این امر باعث مرگ‌ومیر سریع درختان و تبدیل شدن آن به یک اکوسیستم تخریب‌شده ساوانا می‌شود.[3][5]

دیگر عناصر بیوسفر شامل جنگل‌های شمالی (بوریال) در نیمکره شمالی و صخره‌های مرجانی استوایی هستند. جنگل‌های شمالی با نقطه بی‌بازگشتی مواجه‌اند که ناشی از تنش گرمایی، افزایش شیوع آفات و آتش‌سوزی‌های مکرر است؛ عواملی که می‌توانند این اکوسیستم را از یک چاه کربن به یک منبع انتشار کربن تبدیل کنند.

در همین حال، صخره‌های مرجانی استوایی به شدت نسبت به تنش حرارتی حساس هستند. امواج گرمایی طولانی‌مدت دریایی باعث می‌شوند مرجان‌ها جلبک‌های همزیست خود را در فرآیندی به نام سفیدشدگی دفع کنند. مدل‌ها پیش‌بینی می‌کنند که اگر گرمایش از ۱.۵ درجه سانتی‌گراد فراتر رود، ۷۰ تا ۹۰ درصد صخره‌های مرجانی ممکن است از آستانه مرگ‌ومیر دسته‌جمعی عبور کنند.[2][3]

عنصری که در بخش گردش اقیانوسی با بیشترین دقت پایش می‌شود، گردش نصف‌النهاری واژگونی اطلس (AMOC) است؛ یک سیستم عظیم از جریان‌های اقیانوسی که گرما را از مناطق استوایی به اقیانوس اطلس شمالی منتقل می‌کند. نیروی محرکه AMOC، فرونشست آب سرد، شور و چگال در مناطق زیرقطبی است.

با این حال، ذوب شدن صفحه یخی گرینلند مقادیر عظیمی از آب شیرین و با چگالی کمتر را به اطلس شمالی تزریق می‌کند. این ناهنجاری آب شیرین، آب‌های سطحی را رقیق کرده و از فرونشست آن‌ها جلوگیری می‌کند که به طور بالقوه می‌تواند کل سیستم گردش را کند یا متوقف سازد.[3][6]

سایر عناصر گردش شامل بادهای موسمی غرب آفریقا و نوسان جنوبی ال‌نینو (ENSO) هستند. تغییر در گرادیان‌های دمای جهانی می‌تواند به طور ناگهانی قدرت و موقعیت بادهای موسمی غرب آفریقا را تغییر دهد و الگوهای بارش را در سراسر منطقه ساحل (Sahel) به شدت دگرگون کند. به طور مشابه، برخی مدل‌ها نشان می‌دهند که گرمایش مداوم می‌تواند ENSO را به وضعیتی از شرایط تقریباً دائمی ال‌نینو سوق دهد و الگوهای آب‌وهوای جهانی را به طور بنیادین بازنویسی کند، هرچند آستانه دقیق برای این تغییر همچنان به شدت نامشخص است.[1][3]

پرسش حیاتی برای دانشمندان اقلیمی این است که این نقاط بی‌بازگشت دقیقاً چه زمانی فعال خواهند شد. ارزیابی مجدد مجله Science در سال ۲۰۲۲، صدها مطالعه را برای تخمین این آستانه‌ها ترکیب کرد.

داده‌ها نشان می‌دهند که صفحه یخی گرینلند، صفحه یخی غرب جنوبگان، صخره‌های مرجانی استوایی و ذوب ناگهانی خاک منجمد، همگی دارای آستانه‌های تخمینی متمرکز در حدود ۱.۵ درجه سانتی‌گراد گرمایش جهانی بالاتر از سطوح پیش از صنعتی شدن هستند. همان‌طور که رسانه Carbon Brief در تحلیلی در سال ۲۰۲۲ اشاره کرد: «گرمایش جهانی بیش از ۱.۵ درجه سانتی‌گراد می‌تواند نقاط بی‌بازگشت متعددی را فعال کند.»[2][7]

این تجمع آستانه‌ها، یک پروفایل خطر جدی ایجاد می‌کند. در حالی که زمین در حال حاضر حدود ۱.۲ تا ۱.۳ درجه سانتی‌گراد گرم شده است، عبور از مرز ۱.۵ درجه سانتی‌گراد چندین سیستم را از قلمرو تغییرات «محتمل» به «قریب‌الوقوع» منتقل می‌کند.

بین ۱.۵ تا ۲.۰ درجه سانتی‌گراد، جنگل‌های بارانی آمازون و AMOC نیز وارد مناطق خطر تخمینی خود می‌شوند. تیم لنتون، پژوهشگر، در مصاحبه‌ای با Mongabay در سال ۲۰۲۱ با هشدار نسبت به این موضوع گفت: «ما در حال نزدیک شدن به نقاط بی‌بازگشت اقلیمی بحرانی هستیم» و بر باریک شدن پنجره فرصت برای اقدامات پیشگیرانه تاکید کرد.[2][4]

این خطر با این واقعیت تشدید می‌شود که این عناصر در انزوا وجود ندارند؛ آن‌ها به گونه‌ای با یکدیگر تعامل دارند که می‌توانند خرابی‌های زنجیره‌ای ایجاد کنند. برای مثال، ذوب شدن صفحه یخی گرینلند مستقیماً به کند شدن AMOC کمک می‌کند.

ضعیف شدن AMOC انتقال گرما به نیمکره شمالی را کاهش می‌دهد که می‌تواند منطقه همگرایی درون‌حاره‌ای را به سمت جنوب جابجا کند. این جابجایی الگوهای بارش روی حوضه آمازون را تغییر داده و مرگ‌ومیر جنگل‌های بارانی را تسریع می‌کند. در این سناریو، عبور از یک آستانه عملاً آستانه بعدی را پایین می‌آورد.[5][6][8]

با وجود این مدل‌های دقیق، عدم قطعیت قابل‌توجهی همچنان پابرجاست. بخش عمده‌ای از درک ما از نقاط بی‌بازگشت از داده‌های دیرینه‌اقلیم‌شناسی به دست می‌آید؛ سوابقی از تغییرات ناگهانی اقلیم در گذشته که در هسته‌های یخی و رسوبات اقیانوسی حفظ شده‌اند.

در طول رویدادهای دانسگارد-اوشگر در آخرین دوره یخبندان، AMOC بارها فروپاشید و دوباره راه‌اندازی شد که نوسانات دمایی عظیمی را در نیمکره شمالی رقم زد. با این حال، فشارهای انسان‌ساز مدرن با سرعتی بی‌سابقه در سوابق زمین‌شناسی در حال وقوع است که تطبیق کامل الگوهای تاریخی با پیامدهای آینده را دشوار می‌سازد.[1][8]

دمای دقیقی که در آن هر یک از عناصر تغییر به طور برگشت‌ناپذیر دگرگون می‌شوند را نمی‌توان با قطعیت مطلق پیش‌بینی کرد. این آستانه‌ها به جای مرزهای قطعی، محدوده‌هایی احتمالی هستند. آنچه داده‌های جمع‌آوری‌شده از PIK، بررسی سلامت سیاره‌ای و ارزیابی‌های بنیادین نشان می‌دهد این است که معماری سیستم اقلیمی زمین حاوی تله‌های انفجاری پنهانی است. هرچه دمای جهانی بالاتر برود، احتمال فعال شدن یکی از این مکانیسم‌ها بیشتر می‌شود و مسیر اقلیم سیاره را از کنترل انسان خارج می‌کند.[5][6][8]