A Föld éghajlati jövője bizonytalan, de a világnak fel kell készülnie a változásokra.

Az éghajlati szimulációk, amelyek a jól ismert fizikai törvények és egyenletek segítségével újraalkotják a szárazföld, a tenger és az égbolt közötti fizikai kölcsönhatásokat. Az ilyen modellek képesek a múltba tekinteni, és kőzetekből és jégmagokból nyert adatok segítségével rekonstruálni az ősi jégkorszakokat vagy melegházi világokat.

Az éghajlatkutatók azonban arra is használják ezeket a szimulációkat, hogy különböző lehetséges jövőképeket képzeljenek el, különösen az éghajlatot megváltoztató üvegházhatású gázok kibocsátására adott válaszként. Ezek a “Válassz magadnak kalandot” típusú forgatókönyvek azt hivatottak megjósolni, hogy mi fog bekövetkezni a különböző kibocsátási szintek eredményeként a következő évtizedekben. Ez azt jelenti, hogy felső és alsó határokat szabnak az olyan kérdésekre adott válaszoknak, mint például: Mennyire lesz meleg? Milyen magasra emelkedik a tenger?

A jó hír az, hogy a klímaszimulációk egyre jobban reprodukálják az éghajlatváltozás legfinomabb aspektusait is, például a felhők bonyolult fizikáját, az aeroszolok hatását és az óceánok azon képességét, hogy elnyeljék a hőt a légkörből.

De vannak rossz hírek is: A több információ nem mindig jelent nagyobb tisztánlátást. És ez most bizonytalanságot okoz azzal kapcsolatban, hogy a “legrosszabb forgatókönyv” mennyire lehet rossz a Föld éghajlatára nézve.

Öt évvel ezelőtt a legrosszabb forgatókönyvek elég aggasztóak voltak. Az úgynevezett “business-as-usual” forgatókönyv szerint, amelyben az emberiség nem tesz lépéseket az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése érdekében, 2100-ra a bolygó az előrejelzések szerint 2,6 és 4,8 Celsius-fok közötti mértékben fog felmelegedni az 1986 és 2005 közötti átlagos földi hőmérséklethez képest (SN:4/13/14). Az éghajlatváltozással foglalkozó kormányközi munkacsoport (IPCC) 2014-es jelentése szerint ugyanebben a forgatókönyvben a globális átlagos tengerszint akár egy méterrel is emelkedhet.

Az éghajlati modellek legújabb generációja szerint azonban a Föld éghajlata még érzékenyebb lehet a légköri szén-dioxid nagyon magas szintjére, mint korábban gondolták. Ez viszont növeli az előrejelzéseket arról, hogy milyen forró lehet.

“Megvitatjuk, hogy higgyünk-e ezeknek a modelleknek?” – mondja Andrew Gettelman, a kolumbiai Boulderben található National Center for Atmospheric Research (NCAR) klímakutatója.

Ez azért van, mert a szimulációk ugyanazokat az egyenleteket használják a múltbeli és jövőbeli éghajlati viszonyok vizsgálatához. És sok szimuláció még mindig nehezen tudja pontosan rekonstruálni a múlt nagyon meleg időszakainak éghajlatát, mint például az eocén korszak (SN: 11/3/15). Kiderült, hogy ahogy a világ egyre melegebbé válik, a bizonytalanságok egyre nagyobbak lesznek. “Senki sem vitatkozik azon, hogy 2 foknál kevesebb legyen” – mondja Gettelman. “Mi a felső határról vitatkozunk.”

Felmelegedés

Az első megérzés, hogy valami nagyon furcsa dolog történik a legújabb modellekkel, márciusban érkezett a következő generációs klímaszimulációkon dolgozó tudósok és modellezők barcelonai találkozóján. A szimulációk közül sokat be fognak építeni az IPCC következő értékelő jelentésébe, amelynek első része a tervek szerint 2021 áprilisában jelenik meg.

A szimulációk mindegyike tartalmaz becsléseket az úgynevezett egyensúlyi éghajlati érzékenységre (Equilibrium Climate Sensitivity, ECS). Ez alapvetően azt jelenti, hogy a Föld jövőbeli éghajlata várhatóan hogyan reagál egy új normális állapotra – konkrétan egy olyan légkörre, amely kétszer annyi szén-dioxidot tartalmaz, mint az iparosodás előtti időkben.

Az NCAR, az amerikai Energiaügyi Minisztérium, az angliai Hadley Centre for Climate Prediction and Research (Exeter) és a párizsi székhelyű Institut PierreSimon Laplace (IPSL) csapatai által kidolgozott több jól ismert szimuláció is hasonló tendenciát mutat. Ezekben a modellekben az ECS magasabb volt, ami azt jelenti, hogy a Föld érzékenyebb volt a szén-dioxidra, mint a korábbi modellgenerációkban. Ha ez valós, akkor ez arra utal, hogy a gázok még nagyobb hatást gyakorolhatnak a Föld légkörére, mint gondolták. Ez végső soron azt jelentheti, hogy a hőmérséklet magasabb lehet, mint amit még a legmagasabb korábbi előrejelzések is sugalltak.

Szeptemberben az IPSL és a szintén párizsi Francia Nemzeti Tudományos Kutatási Központ (CNRS) tudósai nyilvánosságra hozták szimulációikat. Két különálló klímamodell előrejelzései alapján a csoportok arról számoltak be, hogy az átlagos globális felmelegedés 2100-ra akár 6-7 Celsius-fok (kb. 11-13 Fahrenheit-fok) is lehet az iparosodás előtti időkhöz képest.

Mint sok újgenerációs klímaszimuláció, a két francia modell is finomabb felbontású és a valós körülményeket a korábbi szimulációkhoz képest jobban reprezentálja. A CNRS klimatológusa, Olivier Boucher szerint a mai éghajlati megfigyelésekkel összehasonlítva az új szimulációk jobban reprodukálják a megfigyeléseket.

A magas ECS azonban meglepetés marad. “A miénk jobb” a fizika szempontjából, mondja Boucher. “De ez nem jelent automatikusan nagyobb bizalmat a jövőbeli előrejelzésekkel kapcsolatban.”

Ez az ECS-rejtély, amelyet néhány modell még mindig mutat, ismét felmerült november 21-én a NationalAcademy of Sciences légköri és éghajlati tudományos testületének ülésén Washingtonban. A magas ECS legvalószínűbb oka – mondta Gettelman az ülésen – az, hogy a modellek szerint a felhők mennyire erősítik a felmelegedést (SN: 3/22/14). Többek között az is számít, hogy milyen magasan vannak a felhők a légkörben: Az alacsonyabb magasságú felhők visszatükrözhetik a napfényt az űrbe, míg a magasabb magasságú felhők csapdába ejthetik a hőt. Gettelman és kollégái a Geophysical Research Letters júliusi számában is megvitatták a felhők jelentőségét az ECS modellezésében.

“A magas szélességeken lévő felhők elég fontosnak tűnnek” – mondja Gettelman. A Déli-óceán feletti régió különösen érdekes, de már folynak tanulmányok a sarkvidéki nagy magasságú felhők, valamint a trópusok alacsonyabb magasságú felhőinek hatásainak vizsgálatára is.

Egy új paradigma

A következő IPCC-jelentés szerzőinek valószínűleg fejtörést okoz majd, hogy hogyan tárgyalják a magas ECS-modelleket. A klímaszimulációk világa más szempontból is egyre bonyolultabbá válik.

A 2014-es IPCC-jelentéshez a klímamodellezők részt vettek az éghajlati előrejelzések szabványainak és forgatókönyveinek meghatározására irányuló projekt ötödik ismétlésében is. Ez a projekt a WorldClimate Research Programme’s Coupled Model Intercomparison Project, röviden CMIP5.

A CMIP5 jövőbeli előrejelzéseit a “reprezentatív koncentrációs útvonalak” (RCP) elnevezésű koncepció alapján szervezték. Minden egyes útvonal egy lehetséges éghajlati jövőt vázolt fel, amely az üvegházhatású gázok, például a szén-dioxid és a metán fizikai hatásain alapul, ahogyan azok a légkörben tartózkodnak és a napsugárzást csapdába ejtik. Az RCP 2.6 nevű forgatókönyv egy olyan Földet ábrázolt, ahol az üvegházhatású gázok kibocsátását drámaian és gyorsan visszafogják. A “business-as-usual” forgatókönyv az RCP 8.5 nevet kapta.

Az IPCC közelgő hatodik értékelő jelentése a CMIP6, az új, érzékenyebb modellek előrejelzéseire támaszkodik. Ezekben az RCP-k kikerülnek, és egy új paradigma, a “megosztott társadalmi-gazdasági útvonalak” (sharedsocioeconomic pathways, SSP) kerül előtérbe.

Míg az RCP-előrejelzések kizárólag azon alapulnak, hogy a különböző gázkoncentrációk hogyan melegítik a légkört, az SSP-előrejelzések társadalmi változásokat is tartalmaznak, például a demográfia, az urbanizáció, a gazdasági növekedés és a technológiai fejlődés változásait. Azáltal, hogy nyomon követik, hogy ezek a változások hogyan befolyásolhatják a jövőbeli éghajlatváltozást, a tudósok azt remélik, hogy az SSP-k segíthetnek a nemzeteknek jobban felmérni, hogyan tudják teljesíteni a Párizsi Megállapodásban vállalt saját kibocsátási célkitűzéseiket (SN: 12/12/15).

Adathajtó

Az emberi viselkedés nem az egyetlen bizonytalansági forrás, amikor a legrosszabb forgatókönyvek elképzeléséről van szó. A tudósok a jég, az óceán és a légkör bonyolult fizikai kölcsönhatásainak szimulálásával is küzdenek, különösen a hőmérséklet további emelkedésével.

“A legtöbb óceán tetején levegő van, az óceánok tetején pedig jég. A jég mozog, a jég kölcsönhatásban van. Ez egy nagyon nehéz dolog” – mondja Richard Alley, a Penn State-i egyetem aglaciológusa.

A klímamodellek még csak most jutottak el arra a pontra, hogy sok ilyen kölcsönhatást reprodukálni tudnak azáltal, hogy “összekapcsolják” őket egy szimulációban, mondja Alley. Ez kulcsfontosságú a lehetséges jövőképek pontos előrejelzéséhez: Az ilyen összekapcsolt szimulációk megmutatják, hogy ezek a kölcsönhatások hogyan hatnak egymásra, ami még magasabb hőmérséklet vagy még magasabb tengerek kialakulásának lehetőségét vetíti előre.

Az úgynevezett legrosszabb esetek előrejelzésénél azonban számos bizonytalansági forrás marad. Például az, hogy milyen gyorsan emelkednek majd a tengerek, azzal függ össze, hogy a Grönlandot és az Antarktiszt borító nagy jégtakarók milyen gyorsan veszítik el a jeget az óceán felé, olvadás vagy összeomlás révén (SN: 9/25/19).

A klímaszimulációk még mindig nem reprodukálják jól ezt az olvadást, még az IPCC 2019 októberében kiadott, az éghajlatváltozás jégre és óceánokra gyakorolt hatásairól szóló különjelentésében sem. Ez részben azért van, mert a tudósok nem teljesen értik, hogyan reagál a jég az éghajlatváltozásra, mondja Eric Rignot gleccserkutató a Kaliforniai Egyetem Irvine-i egyeteméről. “Haladunk”, mondja, “de még nem tartunk ott, ahol tartunk.”

Az egyik legnagyobb bizonytalanságot az jelenti, hogy a felmelegedő óceánok hogyan léphetnek kölcsönhatásba a jégtakarókat szegélyező gleccserek hatalmas aljzatával, erodálva azokat, mondja Rignot. Az ilyen erózió azonosításához részletes bathymetriás térképekre van szükség, ezek olyan térképekre, amelyek feltárják a mély csatornákat, amelyek lehetővé teszik, hogy a melegebb óceáni víz beosonjon a fjordokba, és feleméssze a gleccsereket (SN: 4/3/18).Ő és kollégái elkészítettek néhány ilyen térképet Grönland számára.

A tudósok megpróbálnak földi adatokat is szerezni, hogy más bizonytalanságokkal is foglalkozzanak, például azzal, hogy a felmelegedés hogyan változtathatja meg maguknak a jégtábláknak a viselkedését, ahogy azok megnyúlnak, meghajlanak és csúsznak a talajon. 2018-ban a tudósok nemzetközi együttműködése egy ötéves projektbe kezdett, hogy valós időben tanulmányozza a nyugat-antarktiszi jégtakaró floridai méretűThwaites-gleccserének felszakadását. A meleg óceáni vizek elvékonyítják a gleccsert, amely támpillérként támasztja alá a jégtakarót,lelassítva a jég áramlását az óceán felé. A Thwaites valószínűleg összeomlik, valószínűleg a következő néhány évtizedben.

És vannak más, a CMIP modellekben még nem szereplő folyamatok, amelyek a jeget gyorsan a tengerbe taszíthatják: Az olvadékvíz a repedéseken és hasadékokon keresztül a jégtakaró aljához szivárog, kenve annak csúszását a szárazföldről az óceánba. Az olvadékvíz szilárd, áthatolhatatlan lemezekké is fagyhat, ami felgyorsíthatja az újabb olvadékvíz óceánba áramlását (SN: 9/18/19). Talán a legijesztőbb, hogy egyes kutatók szerint a jövőbeli felmelegedés miatt az Antarktisz óriási, meredek jégszirtjei hirtelen nagy jégdarabokat veszíthetnek az óceánba, ami gyorsan megemeli a tengerszintet (SN: 2/6/19).

A jelenlegi klímamodellek jó okkal nem tartalmazzák a jégszirt-hipotézist, mondja Alley. “A legjobb modellek, azok, amelyekben a leginkább bízhatunk abban, hogy rekonstruálják a közelmúltban történteket, általában nem fordítanak sok energiát a dolgok letörésére” – mondja. A probléma nem a jégdarabok letörésének fizikai szimulációjával van, hanem annak szimulálásával, hogy pontosan melyik jégtábla fog letörni – és mikor. Emiatt az ilyen folyamatok szimulációjának lehetséges hibája nagyon nagy.

“Ez a közösségben jelenleg nagy feszültséget okoz” – teszi hozzá Alley. “Az, hogy hogyan kezeljük ezt, még mindig nagyon nehéznek bizonyul.”

Az IPCC 2019-es különjelentése megjegyezte a jégszirt-hipotézist, de rendkívül valószínűtlennek tartotta. De ez nem jelenti azt, hogy lehetetlen, mondja Alley – vagy hogy a múltban nem történt meg. Az óceáni üledékekből származó bizonyítékok azt mutatják, hogy a múltban óriási jéghegyek szakadtak le a kontinens alapú sziklákról, és olvadtak ki a tengerbe. Ha a Thwaites-gleccser egészen az Antarktisz belsejéig visszahúzódik, a folyamatos borjadzás kétszer olyan magas és tízszer olyan széles hatalmas sziklákat hozhat létre, mint amilyeneket Grönlandon megfigyeltek – jegyezte meg decemberben az Amerikai Geofizikai Unió éves találkozóján San Franciscóban.

Az IPCC “feltételezi, hogy szerencsénk lesz, és ez nem fog bekövetkezni” – mondta Alley. De az óceáni üledékadatok “nagyon komoly kérdéseket vetnek fel ezzel a feltételezéssel kapcsolatban.”

Gettelman eközben arra figyelmeztet, hogy a jövőre vonatkozó előrejelzések tartós bizonytalansága nem jelenti azt, hogy a világnak várnia kellene, hogy mi történik, vagy hogy a tudósok kitalálják, mi történik. “Ez azt jelenti, hogy hamarosan tennünk kell valamit” – mondja. Akár valósnak bizonyulnak a magas hőmérséklet- vagy tengerszint-emelkedési előrejelzések, akár nem, “ez akkor is elég rossz.”