Interacting tipping elements increase risk of climate domino effects under global warming

Cita: 

Wunderling, Nico et al. [2021], "Interacting tipping elements increase risk of climate domino effects under global warming", Earth System Dynamics, (12): 601-619, 3 de junio, https://doi.org/10.5194/esd-12-601-2021

Fuente: 
Artículo científico
Fecha de publicación: 
Junio, 2021
Tema: 
Debido al aumento progresivo del calentamiento global, existe el riesgo inminente de que los tipping elements del sistema climático alcancen un umbral máximo, provocando la desestabilización de todo el sistema
Idea principal: 

Nico Wunderling es investigador postdoctoral en el FutureLab sobre la resiliencia de la Tierra en el Antropoceno, el Centro de Resiliencia de Estocolmo y el Instituto Medioambiental High Meadows de la Universidad de Princeton. Su investigación se centra en la resiliencia del sistema terrestre y en la dinámica no lineal de los tipping elements que interactúan en el sistema climático.


Los tipping elements se definen como subsistemas de gran escala que componen el sistema terrestre, entre los principales encontramos a los componentes de la criósfera, de la biosfera y de los patrones de circulación atmosférica y oceánica de gran escala. En este artículo se trabajó con cuatro tipping elements: capa de hielo de Groenlandia, capa de hielo de la Antártida occidental, selva del Amazonas y la Circulación de Vuelco Meridional del Atlántico [AMOC] [1]. Con base en la literatura se determinaron los rangos de temperatura críticos para cada tipping element, para AMOC es de 3.5-6 °C, para la capa de hielo de Groenlandia es de 0.8-3.2 °C, para la Antártida entre 2-4 °C y para la selva amazónica > 3 °C.

Por otro lado, se hace énfasis en que estos tipping elements no son sistemas aislados, sino que interactúan entre sí, por ende, se pretende determinar, en la medida que las limitaciones computacionales lo permitan, las retroalimentaciones positivas o negativas entre estos elementos, así como la probabilidad de que ocurran fenómenos de cascada. El estudio busca establecer las severas consecuencias que se pueden desatar en los ecosistemas, la infraestructura y las sociedades humanas a raíz de la desestabilización de estos subsistemas climáticos producto del calentamiento global.

Para llevar a cabo el estudio se realizó un modelo de red conceptual dinámica, en el dato crucial 1 se ilustran las retroalimentaciones analizadas entre los tipping elements. La relación Capa de hielo de Groenlandia -> AMOC muestra que un aumento en la entrada de agua dulce al mar, producto del deshielo, provoca el debilitamiento de AMOC. Por otro lado, la relación inversa, AMOC -> Capa de hielo de Groenlandia, es decir, el debilitamiento de AMOC, provoca que no se transporte tanto calor al hemisferio norte, por lo que habría temperaturas más bajas y consecuentemente menor deshielo en Groenlandia.

La relación Capa de hielo de la Antártida->AMOC no es muy clara debido a que se observan efectos tanto estabilizadores como desestabilizadores. Por una parte, el deshielo genera mayor producción de aguas profundas en el Atlántico Norte, lo que fortalece a AMOC, asimismo, también se ve favorecido por vientos fuertes en el hemisferio sur. Sin embargo, un aumento en el gradiente de salinidad debilita a AMOC. La relación opuesta, AMOC -> Capa de hielo de la Antártida, muestra un efecto desestabilizador, es decir, si AMOC se debilita el transporte de calor hacia el norte disminuye, lo que provoca un hemisferio sur más cálido y por ende mayor deshielo.

Por otro lado, la relación Capa de hielo de Groenlandia Capa de hielo de la Antártida es desestabilizadora en ambos sentidos, pero en distinta magnitud. Finalmente, se analizó la relación entre AMOC -> Selva amazónica la cual tampoco es clara debido a que el debilitamiento de AMOC ocasiona grandes sequías en ciertas zonas y fuertes inundaciones en otras, por lo tanto, los autores recomiendan estudios en escalas más finas para determinar efectos más puntuales sobre la selva del Amazonas.

En las relaciones antes mencionadas se determinaron las fuerzas de interacción entre los elementos y posteriormente se analizaron las posibles cascadas, es decir el efecto dominó que se produce cuando un tipping element supera su umbral máximo de temperatura. En este sentido, se encontró que debido a las interacciones entre los tipping elements, sus temperaturas críticas disminuyeron, excepto para la capa de hielo de Groenlandia (dato crucial 2). Para la capa de hielo de la Antártida disminuyó 1.2 °C, para AMOC 2.75 °C y para la selva amazónica 0.5 °C. En contraste, el rango de temperatura para Groenlandia aumentó, debido probablemente a la retroalimentación negativa que tiene con AMOC.

En cuanto a las cascadas, éstas se producen cuando dos o más tipping elements transgreden sus umbrales de temperatura. Asimismo, se encontró que en el caso de un aumento de la temperatura global de 2 °C ocurren cascadas en 39% de las simulaciones realizadas (dato crucial 3). A continuación, se determinaron los distintos roles que tiene cada elemento en las cascadas, se categorizaron en iniciadores, mediadores y seguidores. En este sentido, las simulaciones mostraron que la capa de hielo de Groenlandia es un fuerte iniciador, la de la Antártida es iniciador y mediador, AMOC es un fuerte mediador y finalmente, la selva amazónica resultó ser seguidor. Esto se puede explicar debido a sus umbrales críticos de temperatura, por ejemplo, las capas de hielo son iniciadoras debido a que tienen los umbrales más bajos.

En el siguiente apartado del artículo se hace mención del fenómeno El Niño-Oscilación del Sur como un tipping element importante y que se debe tomar en consideración, sin embargo, debido a su mayor complejidad y a las grandes incertidumbres que esto genera no fue incluido en el análisis de este trabajo. No obstante, se reconoce que algunas características de este fenómeno responden al calentamiento global.

Finalmente, se concluye que en caso de que los tipping elements transgredan su umbral de temperatura debido al calentamiento global, todo el sistema climático se verá amenazado, asimismo, este riesgo aumenta considerablemente cuando se consideran las interacciones y las cascadas que éstas generan. De igual forma, se establece que la única retroalimentación negativa que se encontró (entre la capa de hielo de Groenlandia y AMOC) no es suficiente para estabilizar el sistema climático.


[1] La Circulación de Vuelco Meridional del Atlántico (AMOC) es un gran sistema de corrientes oceánicas, impulsado por las diferencias de temperatura y contenido de sal -la densidad del agua-. Cuando el agua caliente fluye hacia el norte, se enfría y se produce cierta evaporación, lo que aumenta la cantidad de sal. La baja temperatura y el alto contenido de sal hacen que el agua sea más densa, y esta agua densa se hunde en las profundidades del océano. El agua fría y densa se extiende lentamente hacia el sur, varios kilómetros por debajo de la superficie. Finalmente, vuelve a la superficie y se calienta en un proceso llamado "afloramiento" y la circulación se completa. Este proceso global garantiza que los océanos del mundo se mezclen continuamente y que el calor y la energía se distribuyan por la Tierra. Fuente: https://www.metoffice.gov.uk/weather/learn-about/weather/oceans/amoc

Datos cruciales: 

1.

2.

3.

Nexo con el tema que estudiamos: 

Es común que cuando se piensa en calentamiento global solo se considere a la atmósfera y el aumento de temperatura que percibimos en ella; se habla de gases de efecto invernadero y la contaminación que generan. Sin embargo, el calentamiento global, más que una consecuencia, es la causa que genera muchos más fenómenos tanto en los sistemas naturales como en los humanos. El abordaje que presenta este artículo permite visualizar la interconexión entre diversos elementos climáticos y el efecto dominó que desatan debido al aumento de la temperatura global; dejando claro así que el calentamiento global no es un fin en sí mismo sino uno de los nudos centrales del colapso del sistema climático.