A nemlinearitás billenőpontokat hoz létre, de megjósolni is nehéz őket.

Ha a Föld kissé 2ᵒC fölé melegszik, átlépjük-e az éghajlati fordulópontot, amely elszabaduló felmelegedéshez vagy katasztrófához vezet? Végünk van, ha 2030-ig (vagy 2050-ig) nem állítjuk meg a felmelegedést? A közelgő éghajlati fordulópontokról szóló előrejelzések gyakran megragadják a média és a közvélemény fantáziáját. Vajon a folyamatosan melegedő éghajlat káros következményei és annak a szélsőséges időjárásra gyakorolt hatása nem elég rossz ahhoz, hogy cselekvésre ösztönözzön? Szükségünk van még több dologra, ami miatt aggódnunk kell?

Az új veszélyek miatt való aggodalom egyik oka, hogy további megelőző intézkedésekre lehet szükségünk. De a megoldás a potenciális fordulópontok átlépésének elkerülésére pontosan ugyanaz, mint a megoldás az állandó éghajlatváltozás mérséklésére: csökkentsük a széndioxid-kibocsátást a lehető leggyorsabban, hogy közel maradjunk a jelenlegi éghajlati egyensúlyunkhoz.

A potenciális fordulópontokról való beszélgetés másik oka, hogy ez segíthet hangsúlyozni a mérséklő intézkedések sürgősségét. A fordulópontokról azonban jobb lenne általánosságban beszélni, anélkül, hogy azt sugallnánk, hogy léteznek pontos globális felmelegedési küszöbértékek vagy mérséklési időintervallumok. A fordulópontokhoz kapcsolódó számok általában sok bizonytalansági tényezőt tartalmaznak. Ha a nyilvánosság számára nem érthetőek a fenntartások, akkor a számok a hamis bizonyosságra épülő, végzetesnek tűnő narratívákba torkollhatnak.

Az ítéletnapi gleccserekről és metánbombákról szóló disztópikus szalagcímek vonzzák a figyelmet, és talán több emberben még több klímaaktivizmust váltanak ki. Az éghajlati fordulópontokról való alkalmi beszéd, mintha azok küszöbön állnának, más embereket a valódi érzelmi fordulópontok fölé lökhet. Ez inkább bénító éghajlati szorongást és a “doomer mémek” passzív megosztását eredményezheti, mint aktivizmust.

Az éghajlati fordulópontok olyan felerősítő (vagy pozitív) visszacsatolásokkal járnak, amelyek drámai történetet eredményeznek. Egy példa erre a jég-albedo visszacsatolás, amely a következőképpen működik: szokatlanul meleg körülmények; több jég olvad el; kevesebb napfény tükröződik vissza; nagyobb felmelegedés és melegedés… Egy geológiai pillanat alatt (azaz évszázadoktól évezredekig) egy forró, jégmentes bolygót kapunk. Elég ijesztően hangzik. De bizonyára volt néhány szokatlanul meleg nyarunk az elmúlt évezredekben, ami kiválthatta ezt a visszacsatolást. Miért nem vagyunk még mindig jégmentesek?

Azért, mert a drámai színfalak mögött több történik, mint egy felerősödő visszacsatolás. Vannak stabilizáló vagy negatív visszacsatolások, amelyek ellene hatnak. A legegyszerűbb így szól: szokatlanul meleg körülmények; a bolygó több hőt bocsát ki; a bolygó lehűl; vége a történetnek. A stabilizáló visszacsatolások nem kapnak nagy médiafigyelmet, mert banálisak, de együttesen felülírják az erősítő visszacsatolásokat, és stabilan tartják az éghajlatot. Ha a felerősítő visszacsatolások kalózok, akkor a stabilizáló visszacsatolások az unalmas haditengerészet, amely kordában tartja őket.

Bár éghajlatunk az elmúlt tízezer évben stabil volt, a paleoklimatikus adatok azt mutatják, hogy (geológiai mércével mérve) már korábban is hirtelen változásokon ment keresztül.[1] Az aggodalom tehát az, hogy a jövőbeli globális felmelegedés megbonthatja az erősítő és a stabilizáló visszacsatolások közötti egyensúlyt, ami egy olyan erősítő visszacsatolást eredményez, amely korlátlanul “elszalad”, legalábbis egy ideig, amíg a stabilizáló visszacsatolások utol nem érik. Ez 2ᵒC-os globális felmelegedésnél, 3ᵒ, 5ᵒ vagy azon túl fog bekövetkezni? Az IPCC komplex modelljei azt sugallják, hogy a válasz a “túl”, de ezek a modellek nem tökéletesek, és lehet, hogy nem jól ragadják meg a lassan erősödő visszacsatolásokat. Egyszerűsített modelleket készíthetünk, hogy megértsük a billenési pontokat létrehozó erősítő visszacsatolásokat, de ezek az egyszerűbb modellek nem biztos, hogy pontosan megragadják az összes stabilizáló visszacsatolást. Ez kizárja, hogy konkrét numerikus globális küszöbértékeket vagy időpontokat határozzunk meg a jövőnkben rejlő éghajlati fordulópontokhoz.

Tudjuk, hogy vannak abszolút helyi hőmérsékleti küszöbértékek, amelyek a jelenlegi és a jövőbeli éghajlat szempontjából relevánsak. Ezek közül az egyik fontos az emberi testhez kapcsolódik. Az embereket érő hőstressz mérésére a hőmérsékletet és a páratartalmat kombináló, nedves légtömegű hőmérséklet nevű mérőszámot használják. A 35ᵒC-ot meghaladó nedves hőmérsékletű hosszabb időszakok az emberek számára elviselhetetlenek lennének. (A nedvességtartalom küszöbértéke alacsonyabb, mint a 37ᵒC-os normál emberi testhőmérséklet, mivel a test izzadással hűti magát, és a hőt a hűvösebb környezetbe adja át.)

Az emberi társadalom alkalmazkodott egy bizonyos hőmérsékleti tartományhoz, és az ettől való eltérés káros hatásokkal jár. A Föld egyes régiói közelebb vannak az abszolút nedvességtartalom-hőmérsékleti küszöbértékhez, mint mások, és maga az antropogén eredetű felmelegedés is regionálisan változó. Ezért a káros hatásokat kiváltó relatív felmelegedési küszöbértékek régiótól függően változnak. Vannak más, a régióra jellemző hőmérsékleti küszöbértékek is, amelyek a mezőgazdasági és ökológiai rendszerekre hatnak. A korallok például nagyon érzékenyek a környezeti hőmérsékletre. A jégtakarók és a permafroszt szintén reagálnak a regionális hőmérsékletre.

A folytatódó regionális felmelegedés miatt az éghajlat hamarosan átlépi a globális fordulópontot? Az éghajlati rendszer nemlinearitását gyakran emlegetik a billenési pontok miatti aggodalom okaként, mivel egy nemlineáris rendszer potenciálisan több egyensúlyi állapot között válthat. A nemlinearitás azonban kétélű kard: érdekes küszöbértékkel ruházza fel a rendszert, ugyanakkor elveszi a kiszámíthatóságot. Ahogy Edward Lorenz a determinisztikus káosz egyszerű modelljének segítségével megmutatta, a nemlineáris hiba növekedése az előrejelző képesség gyors elvesztéséhez vezethet. Az olyan gyors folyamatokhoz, mint az időjárás, kapcsolódó káosz az éghajlati előrejelzés szempontjából eléri a telítettséget, és sztochasztikus zajként vagy “biztos bizonytalanságként” számszerűsíthető.[2] Ez azonban nem vonatkozik az olyan lassú éghajlati folyamatokra, mint a jégtakarók olvadása és a permafroszt olvadása, amelyek a “bizonytalan bizonytalanság” birodalmába tartoznak. Az e lassú folyamatokhoz kapcsolódó kezdeti feltételek és irányadó egyenletek kevéssé ismertek. Ez azt jelenti, hogy a nemlineáris hibák növekedése miatt nehéz lesz pontosan megjósolni, hogy az e folyamatokhoz kapcsolódó fordulópontok mikor következnek be és lépik át a határt.

A nemlinearitás azt is megakadályozza, hogy a különböző helyi felmelegedési küszöbértékeket összevonva egyetlen globális felmelegedési küszöbértéket kapjunk. Az erősítő visszacsatolásokhoz kapcsolódó helyi küszöbértékek viszonylag egyszerű modellekkel tanulmányozhatók, de a globális kérdés megválaszolásához átfogó globális éghajlati modelleket kell használnunk. Ezek a modellek számos különböző regionális folyamat együttes hatását számítják ki. Amikor egy összetett rendszerben sok különböző nemlinearitást adunk össze, a különböző nemlineáris átmenetek elkenődhetnek, így a globális rendszer “közel lineáris” módon reagál a növekvő kibocsátásra. Ez segíthet megmagyarázni, hogy az IPCC modelljei miért nem jósolják, hogy hamarosan átlépünk egy fordulópontot, még akkor sem, ha azt jósolják, hogy a globális felmelegedés és annak hatásai mérséklés nélkül sokkal jobban fognak rosszabbodni.[1]

Vegyük például a globális felszíni átlaghőmérsékletet, amely gyakran szerepel a fordulópontokról szóló vitákban. Ez a leggyakrabban használt mérőszám az éghajlatváltozás jellemzésére, bár lehet, hogy tudományosan nem ez a legmegkülönböztetőbb mérőszám. A modellek meglehetősen jó pontossággal képesek megbecsülni a globális hőmérséklet relatív tendenciáját a megfigyelt felmelegedés szimulálására (1. ábra, vonal). A modellszimulációkban azonban az abszolút globális átlaghőmérséklet hibái meglehetősen nagyok (1. ábra, oldalsáv). A különböző globális éghajlati modellek között az abszolút globális átlaghőmérséklet 13ᵒC és 15ᵒC között mozoghat. Az egyik modell esetében a 2ᵒC-os felmelegedés 13ᵒC és 15ᵒC közötti globális felmelegedést jelent, míg egy másik modell esetében 15ᵒC és 17ᵒC közötti felmelegedést. Mivel a globális 2ᵒC-os felmelegedés a különböző modellek és régiók esetében eltérő helyi felmelegedést jelent, a jelenlegi modellek alapján nem lehet meghatározni a katasztrofális hatásokhoz szükséges kemény globális felmelegedési küszöbértéket. Csak annyit mondhatunk, hogy ha a Föld továbbra is melegszik, a katasztrofális helyi károk kockázata gyorsan nőni fog.

1. ábra. A globális átlagos felszíni hőmérsékleti anomáliára vonatkozó becslések a kapcsolt modellösszehasonlító projekt (CMIP5) ötödik szakaszának támogatására végzett modellintegrációkból. Itt a megfigyelt anomáliát (fekete) a megfigyelt abszolút időátlaghoz viszonyítva, míg a modell anomáliákat az egyes modellek abszolút időátlagához viszonyítva becsültük. A színes vonalak a különböző modelleket jelölik, a vastag piros a modellátlagot, a függőleges szaggatott vonal pedig a vulkánkitöréseket. Az ábra jobb oldalán lévő kis sáv az 1961 és 1990 közötti időszakra vonatkozó abszolút globális és időátlagolt modellhőmérsékletek tartományát mutatja. Palmer és Stevens (2019)

A globális éghajlati modellek nem jelzik előre az éghajlati szakadék szélét, amely meghatározott számoknál, például 1,5 vagy 2ᵒC-os felmelegedésnél, vagy meghatározott időpontoknál található. De a globális felmelegedés magasabb szintjei, amelyeket a korlátlan kibocsátás esetén előre jeleznek, sok régióban elviselhetetlenül zord időjáráshoz és éghajlathoz vezethetnek, még a fordulópontok átlépése nélkül is. Az éghajlati károk inkább ezer vágással, mintsem egy csapásra következnek be. A bolygószintű felmelegedési küszöbértékek, amelyeket meg tudunk határozni, homályosak lesznek. Ez azt jelenti, hogy kevésbé kell aggódnunk a 2ᵒC globális felmelegedés túllépése miatt, mert a helyi küszöbértékek távolabb lehetnek, mint gondolnánk? Nem egészen. A homályosabb globális küszöbérték azt is jelenti, hogy a káros hatások helyi küszöbértékei közelebb lehetnek, mint gondolnánk. Tehát a lehető leggyorsabban cselekednünk kell a szén-dioxid-kibocsátás megszüntetése érdekében.

(A felső kép A Karib-tenger kalózai: A világ végén című film plakátjáról készült, a Pieces of Eight betűtípus felhasználásával.)

[1] IPCC AR6 WG1 report, Chapter 1: Framing, context, methods. p. 66 ↩︎
[2] Certain Uncertainty: The Role of Internal Climate Variability in Projections of Regional Climate Change and Risk Management ↩︎

R. Saravanan
@RSarava