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Trajectories of the Earth system in the Anthropocene: Hothouse Earth

Hot house Earth è una ricerca climatologica pubblicata dal PNAS-Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, che è una rivista scientifica, organo ufficiale della US National Academy of Sciences. In questo brevissimo filmato della BBC (in un facile inglese, per cui non c'è stato necessità di sintetizzarlo) si discute brevemente della ricerca. 
A seguire, tradotti in italiano, le parti più importanti della ricerca "Hot House Earth".
Esploriamo il rischio che gli auto-feedback possano spingere il Sistema Terra verso una soglia planetaria che potrebbe causare il riscaldamento continuo su un percorso "Hothouse Earth" anche se le emissioni umane sono ridotte. Attraversare questa soglia porterebbe ad una temperatura media globale molto più alta degli ultimi 1,2 milioni di anni, i livelli del mare sarebbero molto più alti di quelli dell'Olocene. Se la soglia sarà superata, la traiettoria risultante causerà gravi interruzioni agli ecosistemi, alla società e alle economie planetarie. È necessaria un'azione collettiva umana per indirizzare il Sistema Terra lontano da tale rischio, stabilizzando il clima in un intervallo interglaciale abitabile. Tale azione implica la gestione dell'intero sistema terrestre: biosfera, clima e società, la de-carbonizzazione dell'economia globale, il miglioramento dei pozzi di carbonio della biosfera, i cambiamenti comportamentali, le innovazioni tecnologiche, le nuove disposizioni di governo e valori sociali trasformati.
Ciclo limite e soglie planetarie.
La traiettoria del Sistema Terra attraverso il Tardo Quaternario, in particolare l'Olocene, fornisce il contesto per esplorare i cambiamenti guidati dall'uomo dell'Antropocene e le future traiettorie del sistema. Una rappresentazione semplificata di dinamiche complesse del Sistema Terra, in cui il sistema climatico-fisico è soggetto agli effetti di lenti cambiamenti nell'orbita e nell'inclinazione della Terra. Nel tardo Quaternario (passato 1,2 milioni di anni), il sistema è rimasto delimitato tra estremi glaciali e interglaciali. Non tutti i cicli glaciale-interglaciale degli ultimi milioni di anni seguono esattamente la stessa traiettoria, ma i cicli seguono lo stesso percorso generale (un termine che usiamo per riferirsi a una famiglia di traiettorie molto simili). Gli stati glaciali e interglaciali e le oscillazioni di 100.000 anni tra di loro nel tardo Quaternario costituiscono vagamente dei cicli limite (tecnicamente, le dinamiche asintotiche delle ere glaciali sono meglio modellate come attrattori di richiamo in un sistema dinamico non autonomo). Questo ciclo limite è mostrato in modo schematico, usando la temperatura e il livello del mare come gli assi. L'Olocene è rappresentato dalla parte superiore del ciclo limite vicino all'etichetta.

La posizione attuale del Sistema Terra nell'Antropocene è nella pallina sul percorso che conduce lontano dal ciclo limite glaciale-interglaciale. Un paesaggio di stabilità climatica, la posizione corrente del Sistema Terra è però rappresentata dal globo all'estremità della freccia solida nel bacino di attrazione antropocene più profondo!.

L'Antropocene rappresenta l'inizio di una traiettoria molto rapida, guidata dall'uomo, del Sistema Terra, lontano dal ciclo limite glaciale-interglaciale verso nuove condizioni climatiche più calde e una biosfera profondamente diversa. La posizione corrente, a oltre +1°C sopra una linea di base preindustriale, si avvicina al limite superiore delle condizioni interglaciali negli ultimi 1,2 milioni di anni. Ancora più importante, la rapida traiettoria del sistema climatico nell'ultimo mezzo secolo insieme al blocco tecnologico e all'inerzia socioeconomica nei sistemi umani che impegnano il sistema climatico a condizioni oltre l'involucro delle precedenti condizioni interglaciali. Pertanto il Sistema Terra potrebbe già aver passato una "biforcazione" di potenziali percorsi, una biforcazione che avrebbe spinto il Sistema Terra nel successivo ciclo di glaciazione causato da cause d'imperfezioni orbitali della Terra.
In futuro, il Sistema Terra potrebbe potenzialmente seguire molte traiettorie, rappresentate dall'ampia gamma di aumenti di temperatura globali simulati dai modelli climatici. Nella maggior parte delle analisi, queste traiettorie sono in gran parte determinate dalla quantità di gas serra che le attività umane hanno già emesso e continueranno ad emettere nell'atmosfera per il resto di questo secolo e oltre - con una presunta relazione quasi lineare tra le emissioni cumulative di biossido di carbonio e le emissioni globali aumento della temperatura. Tuttavia i processi di retroazione biogeofisica all'interno del Sistema Terra accoppiati con il degrado umano diretto della biosfera possono giocare un ruolo più importante del normale assunto, limitando la gamma di potenziali traiettorie future e potenzialmente eliminando la possibilità delle traiettorie intermedie. Sosteniamo l'idea che c'è un rischio significativo che queste dinamiche interne, in particolare le forti non linearità nei processi di feedback, possano diventare un fattore importante o forse persino dominante, nel guidare la traiettoria che il Sistema Terrestre seguirà effettivamente nei prossimi secoli!.

Questo rischio è rappresentato da una soglia planetaria (linea tratteggiata orizzontale sulla via della Terra di Serra a circa +2°C sopra la temperatura preindustriale). Oltre questa soglia, i feedback biogeofisici intrinseci nel Sistema Terra potrebbero diventare i processi dominanti che controlleranno la traiettoria del sistema. Tali cascate comprendono, in sostanza, il processo dinamico che porta a soglie in sistemi complessi.



Concatenazione di Tipping Point ad effetto domino.
La figura mostra una mappa globale di alcune cascate ad effetto domino di tipping potenziali. Gli elementi di ribaltamento rientrano in tre cluster in base alla loro temperatura di soglia stimata. Si possono formare cascate ad effetto domino quando un aumento della temperatura globale raggiunge il livello del cluster a temperatura più bassa, attivando elementi di ribaltamento, come la perdita della calotta glaciale della Groenlandia o del ghiaccio marino artico. Questi elementi di ribaltamento, insieme ad alcuni dei feedback degli elementi non deformati, potrebbero spingere la temperatura media globale ancora più elevata, inducendo il ribaltamento nei cluster di temperatura media e alta. Ad esempio, il ribaltamento (perdita) della calotta glaciale della Groenlandia potrebbe innescare una transizione critica nell'America Meridionale Meridionale (AMOC), che insieme, provocando l'innalzamento del livello del mare e l'accumulo di calore nell'Oceano meridionale, accelererà la perdita di ghiaccio dall'Antartide orientale Ice Sheet su scale temporali di secoli.
Le osservazioni sul comportamento passato supportano un importante contributo dei cambiamenti nella circolazione oceanica a tali effetti domino con autofeedback. Durante le precedenti glaciazioni, il sistema climatico ha tremolato tra due stati che sembrano riflettere i cambiamenti nell'attività convettiva nei mari nordici e i cambiamenti nell'attività dell'AMOC. Queste variazioni hanno causato schemi tipici di risposta alla temperatura chiamati "altalena bipolare". Durante le condizioni estremamente fredde del nord, il calore si è accumulato nell'Oceano Antartico e l'Antartide si è riscaldata. Alla fine, il calore si fece strada verso nord e generò un surriscaldamento del sottosuolo che poteva essere strumentale nel destabilizzare i bordi delle lastre di ghiaccio dell'emisfero settentrionale.

Se la Groenlandia e la calotta polare antartica occidentale si scioglieranno in futuro, il rinfrescamento e il raffreddamento delle acque superficiali vicine avranno effetti significativi sulla circolazione oceanica. Mentre la probabilità di variazioni significative della circolazione è difficile da quantificare, le simulazioni dei modelli climatici suggeriscono che gli input di acqua dolce compatibili con i tassi attuali di fusione della Groenlandia sono sufficienti per avere effetti misurabili sulla temperatura e sulla circolazione oceanica. Il riscaldamento prolungato delle alte latitudini settentrionali come risultato di questo processo potrebbe accelerare i feedback o attivare elementi di ribaltamento in quella regione, come la degradazione del permafrost, la perdita di ghiaccio marino artico e il deperimento della foresta boreale.

Anche se questo può sembrare uno scenario estremo, illustra che un riscaldamento nella gamma anche del cluster a temperatura più bassa (cioè gli obiettivi di Parigi) potrebbe portare a un ribaltamento nei cluster a temperatura media e alta tramite effetti a cascata. Basandosi su questa analisi delle cascate di ribaltamento e adottando un approccio avverso al rischio, suggeriamo che una potenziale soglia planetaria potrebbe verificarsi ad un aumento di temperatura fino a ~2.0°C rispetto al preindustriale. [...]

Conclusioni Sintetiche.
I nostri sistemi si avvicinano, ai punti di ribaltamento, cone dinamiche non lineari. Questo percorso sarebbe spinto da auto-feedback biogeofisiche,molto difficili da influenzare con azioni umane: un percorso che non potrebbe essere invertito, guidato o sostanzialmente rallentato. Tale soglia, potrebbe essere nel raggio d'azione dell'Accordo di Parigi. L'impatto di un percorso di Hothouse Earth sulle società umane, avrebbe massicci, improvvisi, dirompenti effetti!. Approfondimenti sul recente passato geologico della Terra, suggeriscono condizioni compatibili con la teoria dell'Hot House Earth, legata livelli di CO2 in cui l'uomo ancora non c'era!.
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