تحلیل داده‌های جدید: کاهش سرعت جریان اقیانوسی اطلس ۶۰٪ شدیدتر از پیش‌بینی‌ها، نزدیک‌تر به نقطه بحرانی

برای دهه‌ها، مدل‌های اقلیمی در مورد سرنوشت گردش واژگونی نصف‌النهاری اطلس (AMOC) اختلاف نظر اساسی داشتند. برخی شبیه‌سازی‌ها کاهش سرعت ملایم و قابل مدیریتی را تا پایان قرن پیش‌بینی می‌کردند و نشان می‌دادند که این سیستم به اندازه کافی قوی است تا در برابر روندهای گرمایش کنونی مقاومت کند. برخی دیگر نسبت به فروپاشی فاجعه‌بار و قریب‌الوقوع هشدار می‌دادند که شمال اروپا را در سرمای عمیق فرو می‌برد و الگوهای آب و هوایی جهانی را دگرگون می‌ساخت. این گستره عظیم در پیش‌بینی‌ها – از یک افت ناچیز تا توقف کامل – یک نقطه کور ناامیدکننده برای سیاست‌گذارانی ایجاد کرده است که تلاش می‌کنند برای آینده آب و هوا، کشاورزی و زیرساخت‌های ساحلی نیمکره شمالی برنامه‌ریزی کنند. بدون اجماع در مورد شدت این تهدید، هماهنگی یک پاسخ جهانی برای محافظت از این جریان بسیار دشوار بوده است.[2][3]

یک تحلیل آماری جدید که در مجله «ساینس ادونسز» (Science Advances) منتشر شده است، با متصل کردن مدل‌های نظری به مشاهدات واقعی اقیانوسی، این ابهام را برطرف می‌کند. داده‌ها یک نتیجه‌گیری قاطع را ارائه می‌دهند: پیش‌بینی می‌شود که AMOC تا سال ۲۱۰۰ حدود ۵۰٪ ضعیف شود. این کاهش سرعت، ۶۰٪ شدیدتر از میانگین مدل‌های چندگانه بدون محدودیت است و سیستم را به طور خطرناکی به یک نقطه بحرانی غیرقابل بازگشت نزدیک می‌کند. محققان با محدود کردن مدل‌ها با اندازه‌گیری‌های واقعی شوری و دمای اقیانوس، سناریوهای خوش‌بینانه‌تر را عملاً حذف کرده‌اند. این یافته‌ها تأیید می‌کنند که مدل‌های اقلیمی بدبینانه‌تر – آن‌هایی که تضعیف شدید و مخرب جریان را پیش‌بینی می‌کنند – متأسفانه دقیق‌ترین بازنمایی از واقعیت فیزیکی ما هستند.[1][4]

برای درک معنای این داده‌ها، لازم است سازوکار محرک این جریان را بفهمیم. AMOC مانند یک نوار نقاله اقیانوسی عظیم عمل می‌کند که توسط تفاوت‌های چگالی آب به حرکت در می‌آید. این جریان، آب گرم و شور سطح را از مناطق استوایی در امتداد سواحل شرقی قاره آمریکا به سمت گرینلند و دریاهای شمالی می‌کشد. هنگامی که این آب به قطب شمال می‌رسد، گرمای خود را در جو آزاد می‌کند، سرد می‌شود، چگال‌تر شده و به کف اقیانوس فرو می‌رود و سپس به سمت جنوب باز می‌گردد. این حلقه پیوسته و چرخشی، مقادیر عظیمی از گرما را در سراسر جهان توزیع مجدد می‌کند و شمال اروپا را به طور غیرمعمولی برای عرض جغرافیایی‌اش معتدل نگه می‌دارد و سیستم‌های موسمی استوایی که الگوهای بارندگی جهانی را تعیین می‌کنند، تنظیم می‌نماید.[3]

گرمایش جهانی به طور فعال در این موتور ظریف و چگالی‌محور اختلال ایجاد می‌کند. ذوب سریع ورقه‌های یخی قطب شمال و افزایش بارندگی در عرض‌های جغرافیایی بالا، مقادیر زیادی آب شیرین را به اقیانوس اطلس شمالی می‌ریزد. از آنجایی که آب شیرین به طور قابل توجهی چگالی کمتری نسبت به آب شور دارد، در برابر فرورفتن مقاومت می‌کند. این امر یک گلوگاه شناور در بالای اقیانوس ایجاد می‌کند که فرورفتن آب سرد را کند کرده و کل نوار نقاله جهانی را کاهش می‌دهد. با تضعیف فرآیند فرورفتن، کشش بر روی آب‌های گرم استوایی در جنوب نیز کاهش می‌یابد و یک حلقه بازخورد ایجاد می‌کند که با گذشت زمان، کاهش سرعت را تشدید کرده و ثبات کل سیستم گردش را تهدید می‌کند.[2][3]

پیش‌بینی‌های قبلی صرفاً بر شبیه‌سازی‌های آینده‌نگر متکی بودند که در محاسبه متغیرهای پیچیده و آشفته مانند پوشش ابر و نوسانات شوری منطقه‌ای دچار مشکل می‌شوند. برای دور زدن این محدودیت‌ها، محققان یک تکنیک آماری به نام «رگرسیون خطی منظم‌شده با ریج» (ridge-regularized linear regression) را بر ده‌ها مدل اقلیمی موجود اعمال کردند. این رویکرد ریاضی به ندرت در علم اقلیم استفاده می‌شود، اما در شناسایی اینکه کدام متغیرها در یک سیستم پیچیده قابل اعتمادترین پیش‌بینی‌کننده‌های رفتار آینده هستند، بسیار مؤثر است. به جای برخورد یکسان با همه مدل‌های اقلیمی، این روش آن‌ها را بر اساس میزان دقت در بازتولید شرایط اقیانوسی که قبلاً توسط ابزارهای علمی در طول دهه‌های گذشته مشاهده و ثبت شده‌اند، درجه‌بندی می‌کند.[1][4]

محققان کشف کردند که دقت مدل‌ها به یک معیار خاص بستگی دارد: شوری سطح دریا در اقیانوس اطلس جنوبی. با آزمایش ده‌ها مدل نظری در برابر داده‌های شوری تاریخی و واقعی این منطقه، تیم توانست شبیه‌سازی‌هایی را که با واقعیت مطابقت نداشتند، فیلتر کند. مدل‌هایی که بهترین همسویی را با داده‌های مشاهده‌ای داشتند، به طور مداوم همان‌هایی بودند که کاهش بسیار شدیدتری در قدرت جریان را پیش‌بینی می‌کردند. این محدودیت مشاهده‌ای کلید گمشده بود و به تیم اجازه داد تا گستره عظیم پیش‌بینی‌های قبلی را محدود کرده و مدل‌های خاصی را که فیزیک اقیانوس اطلس را به درستی ثبت می‌کنند، جدا سازند.[1][4]

اعداد حاصل از مدل‌های محدود شده، صریح و بدون ابهام هستند. این تحلیل کاهش سرعت AMOC را بین ۴۳٪ تا ۵۹٪ تا سال ۲۱۰۰ پیش‌بینی می‌کند که میانگین تخمینی آن ۵۱٪ است. این میزان، نشان‌دهنده کاهش سرعتی است که تقریباً ۶۰٪ شدیدتر از میانگین مدل‌های چندگانه بدون محدودیت قبلی است که حدود ۳۲٪ کاهش را نشان می‌داد. با استفاده از داده‌های واقعی برای درجه‌بندی مدل‌ها، محققان خطای کلی پیش‌بینی را ۷۹٪ کاهش دادند و واضح‌ترین و از نظر آماری دقیق‌ترین تصویر را از مسیر حرکت جریان ارائه کردند. داده‌ها تأیید می‌کنند که تضعیف، یک احتمال نظری دور نیست، بلکه یک فرآیند فعال و شتاب‌گیرنده است.[1]

پیامدهای کاهش ۵۱ درصدی عمیق است. هیئت بین‌دولتی تغییرات اقلیمی (IPCC) کاهش ۵۰ درصدی را به عنوان «تضعیف قابل توجه» سیستم در نظر می‌گیرد. در این سطح از کاهش سرعت، AMOC به طور خطرناکی به یک نقطه بحرانی نزدیک می‌شود. اگر جریان از این آستانه عبور کند، سیستم می‌تواند به طور غیرقابل بازگشتی به حالت فروپاشی کامل منتقل شود و حتی اگر انتشار کربن جهانی متعاقباً به صفر کاهش یابد، قادر به راه‌اندازی مجدد نخواهد بود. فیزیک اقیانوس حکم می‌کند که به محض اینکه حلقه بازخورد آب شیرین خودپایدار شود، نوار نقاله به طور کامل متوقف خواهد شد و آب و هوای زمین را برای همیشه تغییر خواهد داد.[1][2][3][4]

با این حال، شواهد محدودیت‌های سخت‌گیرانه‌ای دارند و محققان صراحتاً بیان می‌کنند که داده‌ها چه چیزی را نمی‌توانند نشان دهند. در حالی که این تحلیل وضوح بی‌سابقه‌ای در مورد مسیر و بزرگی کاهش سرعت ارائه می‌دهد، تاریخ دقیق فروپاشی کامل را مشخص نمی‌کند. اکثر مدل‌های اقلیمی مورد استفاده در این مطالعه در سال ۲۱۰۰ متوقف می‌شوند و هیچ یک از مدل‌های محدود شده، فروپاشی کامل را قبل از آن تاریخ پیش‌بینی نمی‌کنند. علاوه بر این، سرعت از هم پاشیدن سیستم پس از عبور از نقطه بحرانی، بسیار نامشخص باقی می‌ماند، به طوری که تخمین‌ها از فروپاشی سریع طی چند دهه تا کاهش آهسته در طول چندین قرن متغیر است.[1][2][4]

حتی بدون فروپاشی کامل، تضعیف ۵۰ درصدی پیامدهای شدید و فوری به همراه دارد. کاهش سرعت در این مقیاس احتمالاً باعث سرمایش قابل توجهی در سراسر شمال اروپا می‌شود، که اثرات گرمایش جهانی را در آن منطقه خاص خنثی می‌کند اما اختلالات گسترده کشاورزی را به دنبال خواهد داشت. همچنین بالا آمدن سطح دریا در امتداد سواحل شرقی ایالات متحده را تسریع می‌کند، زیرا آب در پشت جریان کند شده انباشته می‌شود، و کمربند بارانی استوایی را به سمت جنوب جابجا می‌کند، که امنیت غذایی میلیون‌ها نفر را در مناطقی که به باران‌های موسمی فصلی قابل پیش‌بینی متکی هستند، تهدید می‌کند. تأثیرات نصف شدن جریان به اندازه‌ای شدید است که برنامه‌ریزی فوری زیرساختی و کشاورزی را ایجاب می‌کند.[3][4]

این تحلیل اساساً گفتگوی علمی را از افراط و تفریط‌های نظری به یک حد وسط بسیار محتمل و مبتنی بر داده تغییر می‌دهد. AMOC قرار نیست فردا فرو بپاشد، اما شواهد تأیید می‌کنند که سرعت کاهش آن بسیار سریع‌تر از آن چیزی است که اجماع گسترده قبلی می‌پذیرفت. داده‌ها آسایش ناشی از عدم قطعیت را از بین می‌برند و گستره وسیعی از حدس‌ها را با یک پیش‌بینی دقیق و محدود جایگزین می‌کنند. این تحقیق با اثبات اینکه مدل‌های بدبینانه همان مدل‌های واقع‌بینانه هستند، پنجره‌ای که برای تثبیت سیستم از طریق کاهش فوری انتشار گازها باقی مانده است، پیش از رسیدن جریان به نقطه بی‌بازگشت، به سرعت در حال کوچک شدن است.[1][4]