Un punto critico o punto di non ritorno nel sistema climatico è una soglia che, se superata, può portare a grandi cambiamenti nello stato del clima. Potenziali punti di svolta sono stati identificati nel sistema climatico fisico e negli ecosistemi interagenti. Ad esempio, i feedback del ciclo del carbonio sono un fattore nella transizione tra le ere glaciali e interglaciali , con la forzatura orbitale che è il fattore scatenante iniziale. La registrazione della temperatura geologica della Terra mostra molti altri esempi di rapide transizioni (in senso geologico) tra diversi stati climatici.
I punti critici climatici sono particolarmente interessanti per lo studio del cambiamento climatico nell'era moderna. Ad esempio, è stato identificato un possibile punto di svolta per la temperatura superficiale media globale studiando il comportamento passato del sistema climatico terrestre e i suoi feedback positivi. I feedback con il ciclo del carbonio e la riflettività planetaria potrebbero innescare una serie di punti critici a cascata.
Ci sono elementi di ribaltamento su larga scala come le calotte glaciali della Groenlandia e dell'Antartide il cui scioglimento potrebbe far salire il livello del mare di decine di metri. Questi punti critici non sono sempre brutali. Ad esempio, a un certo livello di temperatura, lo scioglimento di gran parte della calotta glaciale della Groenlandia e / o della calotta glaciale dell'Antartide occidentale diventa inevitabile, ma il ghiaccio stesso può durare per secoli. Alcune cose, come il collasso dell'ecosistema, sono irreversibili.
La quinta relazione della IPCC definisce un punto di non ritorno come un cambiamento irreversibile nel sistema climatico. Dice che i livelli precisi di cambiamento climatico sufficienti per innescare un punto di svolta rimangono incerti, ma il rischio associato all'attraversamento di più punti di svolta aumenta con l'aumento della temperatura. Una definizione più ampia di punti di ribaltamento viene talvolta utilizzata per riferirsi a punti di ribaltamento improvvisi ma reversibili.
Il comportamento dei punti di ribaltamento climatico può anche essere descritto in termini matematici. I punti di ribaltamento vengono quindi considerati come qualsiasi tipo di biforcazione con isteresi . Lo stato di un sistema dipende quindi dalla sua storia. Ad esempio, a seconda dei periodi caldi o freddi che ha vissuto, potrebbero esserci diverse quantità di ghiaccio sui poli alla stessa concentrazione di gas serra o alla stessa temperatura.
Nel contesto del cambiamento climatico, un "punto di svolta dell'adattamento" è stato definito come "il valore soglia o la condizione limite per cui vengono superati i limiti ecologici, tecnici, economici, spaziali o socialmente accettabili".
Sono stati identificati numerosi feedback positivi e negativi sulle temperature globali e sul ciclo del carbonio. L'IPCC riferisce che i feedback causati dall'aumento delle temperature sono positivi per il resto di questo secolo, poiché l'effetto della copertura nuvolosa è quello con la maggiore incertezza. I modelli del ciclo del carbonio dell'IPCC mostrano un maggiore assorbimento di carbonio dagli oceani, ma l'assorbimento di carbonio via terra è incerto a causa dell'effetto combinato del cambiamento climatico e dei cambiamenti nell'uso del suolo.
La registrazione della temperatura geologica e della concentrazione di gas serra consente ai climatologi di raccogliere informazioni sui feedback climatici che portano a diverse condizioni climatiche, come il Quaternario superiore (ci sono 1,2 milioni di anni), il Pliocene (cinque milioni di anni fa) e il Cretaceo ( 100 milioni di anni fa). Combinando queste informazioni con una comprensione dell'attuale cambiamento climatico, un gruppo di ricercatori ha concluso nel 2018 che un riscaldamento di 2 ° C potrebbe attivare importanti elementi di ribaltamento, aumentando ulteriormente la temperatura per attivare altri elementi di ribaltamento in una cascata a catena che potrebbe aumentare ulteriormente la Terra. temperatura. Uno studio del 2019 afferma che se i gas serra raggiungono tre volte il livello attuale di anidride carbonica nell'atmosfera, le nubi stratocumulo potrebbero disperdersi improvvisamente, contribuendo a un ulteriore riscaldamento di 8 gradi Celsius.
La velocità con cui gli elementi del sistema climatico possono ribaltarsi è estremamente importante per determinare il loro ruolo nel cambiamento climatico. Non è sempre chiaro dai registri geologici se i cambiamenti di temperatura passati abbiano abbracciato decenni o millenni. Ad esempio, il ribaltamento indotto dal rilascio di composti di clatrato sepolti nei fondali e nel permafrost marino è ormai considerato un fenomeno a lungo termine e non più brusco.
Il clima in fuga è usato nei circoli astronomici per indicare una serra così estrema che gli oceani ribollono e rendono un pianeta inabitabile, come accadde irreversibilmente su Venere . Il quinto rapporto di valutazione dell'IPCC indica che questa fuga non ha praticamente alcuna possibilità di essere indotta dalle attività umane. Condizioni simili a Venere richiedono una forzatura significativa che è improbabile che si verifichi senza un aumento della radiazione solare di decine di percento, cosa che non accadrà per miliardi di anni.
Sebbene questa fuga sia praticamente impossibile sulla Terra, la forzatura climatica provocata dall'uomo potrebbe portare la Terra in uno stato di serra umida, rendendo inabitabili gran parte della Terra se il livello di vapore acqueo (H 2 O) aumentasse all'1% della massa totale dell'atmosfera, diventando così uno dei principali costituenti atmosferici . Se tale forzatura fosse interamente dovuta alla CO 2 , il processo di degradazione atmosferica rimuoverebbe la CO 2 atmosferica in eccesso molto prima che il livello del mare si abbassi.
Un cambiamento costante o improvviso della temperatura può innescare punti di svolta su scala globale.
Due elementi di inclinazione globale riguardanti la criosfera , si tratta dello scioglimento irreversibile delle calotte glaciali della Groenlandia e dell'Antartide . In Groenlandia esiste un ciclo di feedback positivo tra lo scioglimento e l'elevazione della superficie. A quote più basse, le temperature sono più calde, con conseguente ulteriore fusione. Questo ciclo di feedback potrebbe diventare abbastanza forte da causare uno scioglimento irreversibile. L'instabilità della banchisa potrebbe innescare un punto critico nell'Antartide occidentale . In entrambi i casi, ciò accelererebbe l'innalzamento del livello del mare.
Quando l'acqua dolce viene rilasciata a seguito dello scioglimento della Groenlandia, può essere superata una soglia di disturbo della circolazione termoalina . Questo trasporta il calore a nord nell'Atlantico e ha un ruolo importante nella regolazione della temperatura. I rischi di una completa chiusura della circolazione termoalina atlantica sono da bassi a moderati visti i livelli di riscaldamento previsti dall'accordo di Parigi .
Un altro esempio di un elemento di ribaltamento su larga scala è l'evoluzione del fenomeno El Niño - Southern Oscillation . Dopo aver superato un punto critico, la fase calda (El Niño) inizierebbe a verificarsi più spesso. Infine, l'Oceano Antartico, che attualmente assorbe molto carbonio, potrebbe smettere di farlo.
Il cambiamento climatico può anche innescare punti di svolta regionali. Ad esempio la scomparsa del ghiaccio marino artico, l'insediamento di specie legnose nella tundra , la perdita di permafrost , il crollo del monsone dell'Asia meridionale e il rafforzamento del monsone dell'Africa occidentale che porterebbe all'inverdimento del Sahara e del Sahel . La deforestazione può innescare un punto critico nelle foreste umide (ad esempio, la trasformazione della foresta pluviale amazzonica in savana ). Infatti, le foreste tropicali rievaporano gran parte delle precipitazioni, che umidificano l'atmosfera. Quando una parte della foresta viene distrutta, la siccità locale può minacciare il resto della foresta. Infine, anche le foreste boreali sono viste come un punto di svolta. Il riscaldamento locale può causare la morte degli alberi a un ritmo più elevato rispetto a prima, in proporzione all'aumento della temperatura. Man mano che più alberi muoiono, le foreste diventano più aperte, provocando un ulteriore riscaldamento e rendendo le foreste più vulnerabili agli incendi. Il punto di svolta è difficile da prevedere, ma si stima che la temperatura globale sia compresa tra 3 e 4 ° C.
Il superamento di una soglia in una parte del sistema climatico può causare il ribaltamento di un altro elemento in un nuovo stato. Questi sono chiamati punti di ribaltamento a cascata. Lo scioglimento dei ghiacci nell'Antartide occidentale e in Groenlandia altererebbe drasticamente la circolazione oceanica . Questo processo potrebbe portare all'attivazione di elementi di ribaltamento in questa regione, come la degradazione del permafrost, lo scioglimento del ghiaccio marino artico e il deperimento della foresta boreale. Ciò dimostra che anche a livelli relativamente bassi di riscaldamento globale, possono essere attivati elementi di ribaltamento relativamente stabili.
Per alcuni dei punti di svolta sopra descritti, potrebbe essere possibile rilevare se quella parte del sistema climatico si sta avvicinando a un punto di svolta. Tutte le parti del sistema climatico sono talvolta disturbate da fenomeni meteorologici. Dopo il disturbo, il sistema torna al suo equilibrio. Ad esempio, una tempesta può danneggiare i banchi di ghiaccio che si riformano in seguito. Se un sistema si sta avvicinando a un failover, potrebbe essere necessario più tempo per tornare al suo stato normale, che può essere interpretato come un segnale di avvertimento del failover.
Uno studio dell'UNEP nel 2019 indica che il punto di svolta è già stato raggiunto per l' Artico e la Groenlandia . Quando il permafrost si scioglie , il metano (oltre ad altri inquinanti climatici di breve durata) potrebbe essere rilasciato nell'atmosfera prima del previsto. La perdita di uno scudo di ghiaccio positivo all'albedo ha avviato un potente ciclo di feedback positivo che porta a temperature sempre più elevate. È probabile che l'accelerazione dell'instabilità climatica nella regione polare influenzi il clima globale e superi le previsioni precedenti sul punto in futuro in cui avverrà il cambiamento globale.
Se il clima entra in uno scenario di serra umida, ci sono preoccupazioni per carenza di cibo , carenza d'acqua e centinaia di milioni di persone sfollate a causa dell'innalzamento del livello del mare , condizioni malsane e invivibili e gravi tempeste costiere.
Una fuga da 4 a 5 ° C potrebbe rendere inabitabili intere aree del pianeta attorno all'equatore, con il livello del mare fino a 60 metri sopra oggi. Un riscaldamento da 11 a 12 ° C metterebbe in discussione la sopravvivenza degli esseri umani per ipertermia.
Effetti come questi sono stati resi popolari in opere di narrativa come The Inhabitable Earth .
“La serra terrestre rischia di essere incontrollabile e pericolosa per molti ... le temperature medie globali supererebbero quelle di qualsiasi periodo interglaciale - ovvero le ere più calde che intercorrono tra le ere glaciali - degli ultimi 1,2 milioni di anni. "
“Alte concentrazioni di anidride carbonica atmosferica possono provocare la dispersione di banchi nuvolosi che riflettono circa il 30% della luce solare che li colpisce. "