I medierne har du kunnet læse en del historier om tipping points i klimasystemet. Nogle af disse historier er temmelig uhyggelige. Andre er måske knap så foruroligende. På denne side kan du læse om, hvilke tipping points forskere har fundet i klimasystemet, hvorfor de vækker uro blandt eksperter og hvor sandsynligt det er, vi risikerer at opleve tipping points på grund af den menneskeskabte globale opvarmning. Hvis du gerne først vil forstå hvordan og hvorfor fysiske systemer som klimasystemer har tipping points, kan du begynde med afsnittet: Hvad vil det sige, at en del af et klimasystem kan tippe?

Hvilke dele af klimasystemet er i risiko for at tippe?

Vest-Antarktis.

Under Sydpolens is ligger et varieret landskab med dale, bjerge, sletter og endda dybfrosne havbunde. En stor del af det vestlige Antarktis’ ismasser hviler netop på frossen havbund. Denne del af iskappen er særligt sårbar for global opvarmning, og kan nå et tipping point, hvorefter store dele af iskappen vil smelte og drive bort, uanset om vi senere gør klimaet koldt igen.

En indlandsis afhænger af sin massebalance. Så længe iskappen får tilføjet mindst lige så meget is, som den taber årligt, vil den bestå. Antarktis is er dannet over millioner af år af sne, som er presset sammen under sin egen vægt. Vægten tvinger ismasserne ud mod iskappens kanter. Herude smelter is væk eller brækker af som isbjerge, en proces, der kaldes kælvning. Hvor meget is, det vestlige Antarktis taber hvert år, afhænger i høj grad af, hvor nemt isen har ved at komme fri ved kysterne og sejle bort.

Med den globale opvarmning stiger havtemperaturerne omkring Antarktis kyster. Relativt lunt vand trænger ind til iskanten. Varmere vand smelter naturligvis mere is. Ved Vestantarktis betyder det endvidere at den is, der hviler på havbund, bliver undermineret og sejler bort i enorme stykker. Når is ikke længere hober sig op nær kysterne, accelererer de ismasser, der ligger inde i land. Tabet af is i Vestantarktis stiger derfor brat under global opvarmning idet isen passerer dette tipping point.

Se denne video fra det videnskabelige samarbejde TiPACCS for en mere nuanceret forklaring på på engelsk om risikoen for tipping af Antarktis ismasser. https://www.youtube.com/watch?v=rc-1GxykCu0

Ismasserne ved Vestantarktis blev dannet under istiderne. Hvis de smelter væk i stort omfang på grund af vor tids menneskeskabte globale opvarmning risikerer vi en havstigning på omkring 5-6 meter. Isen kan muligvis ikke gendannes i det vestlige Antarktis før vi igen befinder os i en istid om mange tusinder år.

Grønlands indlandsis.

Grønlands indlandsis er nogle steder 3 kilometer høj. Så meget is smelter ikke bare væk, selv under kraftig global opvarmning. Men Grønlands indlandsis kan ramme et tipping point. Sker det, risikerer vi at isen, eller store dele af den, begynder en langsom nedsmeltning, vi ikke kan stoppe igen.

Indlandsisen blev dannet under den seneste istid. Når den har overlevet de sidste 12.000 års lune mellemistid, skyldes det dens højde. Nyfalden sne på indlandsisens overflade smelter aldrig væk, på samme måde, som ”den evige sne” på toppen af klodens højeste bjerge bliver liggende sommeren over. Med årene presses sneen sammen til is under sin egen vægt. Herefter glider isen langsomt ud mod kanten. Så længe temperaturerne på indlandsisen kun når over frysepunktet tilpas få dage hver sommer, vil der dannes ny is.

Iskappen taber dog også årligt store mængder is til omgivelserne. Det sker, dels fordi is smelter i lavere liggende områder, og dels fordi isbjerge brækker af og flyder bort langs Grønlands kyster. Man taler om isens massebalance: Hvis massen af sne, der tilføjes hvert år overstiger massen af is, der tabes til omgivelserne, er massebalancen positiv, og så vokser iskappen. Er massebalancen negativ, forsvinder iskappen langsomt.

Indlandsisens tipping point er der, hvor klimaet er blevet så lunt, eller isen har mistet så meget højde, at sommertemperaturerne gør massebalancen negativ..

Med klimaforandringerne bliver der hvert år lunere i Grønland. I 2021 regnede det midt på indlandsisen. Dermed forsvandt en del af den nyfaldne sne. Det år mistede indlandsisen højde ikke kun på grund af tabet langs kysterne, men også fra selve toppen af ismasserne. Hvis vi ikke tackler klimaforandringerne, kan Grønlands indlandsis ende i en tilstand af accelereret tab af is.

Hvis hele Grønlands indlandsis smelter bort, vil havene stige mindst 7 meter. Det er klart, at så meget is er tusinder af år om at smelte helt væk. Alligevel er det vigtigt at holde sig for øje, for vor tids udledninger af klimagasser kan bringe isen over sit tipping point og sætte nedsmeltningen i gang på en måde, så den måske ikke kan stoppes i fremtiden.

Regnskoven i Amazonas.

Regnskoven i Amazonas er verdens største. Her bor tusindvis og atter tusindvis af arter, som er endemiske. Det vil sige, de kun lever her. Amazonas regnskov har eksisteret så længe, at alle arter her er biologisk tilpasset det fugtige miljø. De færreste af skovens planter eller dyr vil kunne leve under andre forhold.

En regnskov er helt afhængig af mængden af nedbør, og den måde nedbøren fordeles i løbet af året. I Sydamerika transporterer vinden fugt fra Atlanterhavet til kystegnene hvor den falder som regn.

Herefter genbruger og omfordeler træerne fugten til resten af Amazonas regnskoven ved evapotranspiration. Evapotranspiration er navnet på den proces, hvor planter fordamper vand til omgivelserne gennem porer i planternes grønne dele. Når fugten er frigivet til luften, føres den med vinden vestover og længere ind i skoven. Her bidrager den til dannelsen af nye regnskyer. Skydannelsen skaber en opdrift i luftmasserne over skoven og forstærker vinden fra øst mod vest henover Amazonregnskoven. Resultatet er, at skoven genbruger sit vand i en gentaget proces, hvor fugt fordamper, blæser yderligere vestover og falder som nedbør.

Evapotranspiration er dog også regnskovens svage punkt. For det er klart, at skovens fugt kun eksisterer, fordi skoven allerede findes. Forsvinder den, vil evapotranspirationen blive betydeligt svagere, og regionen vil næppe være fugtig nok til at tillade skoven at vokse frem igen.

Regnskoven i Amazonas er truet fra to sider. 1: Skovning efterlader et åbent landskab som bidrager meget lidt til evapotranspirationen og forøger risikoen for naturbrande. 2: De menneskeskabte klimaforandringer forventes at føre til et tørrere klima i Sydamerika i det kommende århundrede.

Hvis skovning eller menneskeskabte klimaforandringer bringer fugtigheden under grænsen for hvor skoven kan overleve, viser beregninger, at Amazonas vil tippe over til en savanne-lignende tilstand.

Analyser af satellitdata har vist, at Amazon-regnskoven bevæger sig i retning af dette tipping point.

Havstrømme – Den termohaline cirkulation.

I det nordlige Atlanterhavsområde, især i Vesteuropa, Island og det sydlige Grønland er klimaet en del lunere end i andre områder, der ligger lige så højt mod nord. Det skyldes havstrømme, der fører lunt vand fra omkring ækvator nordover mod Europas kyster, hvor energien bliver afgivet til atmosfæren. Man kan sige, at Europa har indlagt centralvarme.

Centralvarmesystemet er det system af strømme, videnskabsfolk betegner som den termohaline cirkulation. Dette strømsystem transporterer varme i havoverfladen nordpå tværs over Atlanterhavet. I de nordligste egne synker vandet mod bunden og løber sydover som en meget koldere strøm.

Det sker, fordi det varme vand, når det transporteres nordover, køles ned og derfor bliver tungere og synker dybere ned i oceanet. Europas milde klima skyldes først og fremmest den termohaline cirkulation, og ikke Gulfstrømmen, der kun bidrager lidt til den samlede transport af varme. Desværre risikerer vi med klimaforandringerne at svække den termohaline cirkulation.

Fra såkaldte paleo-data, det vil sige oplysninger om fortidens klima fundet i for eksempel boreprøver fra is og havbund, ved man, at den termohaline cirkulation kan skifte brat mellem to forskellige stabile tilstande. For tiden er dette system af havstrømme i sin aktive tilstand, hvor store mængder lunt havvand trækkes nordover. I den modsatte, langt svagere tilstand er den indlagte centralvarme på de nordlige breddegrader dybest set lukket ned.

Analyser af data viser, at den termohaline cirkulation kan have nået sit tipping point, hvor den kan kollapse fra den aktive til den mindre aktive tilstand. Hvis det sker, vil klimaet ændre sig i store dele af verden. Ikke kun fordi den nordlige Atlanterhavsregion får tilført mindre varme. Også fordi varmen bliver på den sydlige halvkugle og varmer omgivelserne der. Det vil gøre isen i Antarktis mindre stabil. Vindene, der blæser, er netop styret af, hvor der er koldt og hvor der er varmt. Så når varmen fordeles på en ny måde på et stort område af planeten, påvirker det vejrsystemerne.

Hvor tæt vi er på strømsystemets tipping point, altså hvor meget klimaet skal opvarmes før kollapset sker, er svært at forudsige og for tiden meget usikkert.

Andre dele af klima-systemet kan tippe

Andre dele af klimasystemet, som forventes at kunne tippe på grund af den menneskeskabte globale opvarmning er de tropiske monsun-vinde i Afrika og Asien. Monsunen leverer nedbør til mange af Jordens vigtigste landbrugsområder, og ændringer vil have betydning for cirka 3 milliarder mennesker.

Hvis den termohaline cirkulation kollapser, vil det forrykke de globale regnbælter med stor og måske ligefrem ødelæggende betydning for monsum-systemerne. Men selv hvis den termohaline cirkulation ikke kollapser, kan de menneskeskabte påvirkninger af klimasystemet i form af øget CO2 og forurenende partikler muligvis være nok til at ændre monsun-systemerne.

De fleste af de nævnte undersystemer i klimaet er forbundet med hinanden på den ene eller den anden måde. For eksempel kan smeltevand fra Grønland svække den termohaline cirkulation, fordi smeltevand er mere ferskt og derved gør overfladevandet lettere. En ændring af havstrømmene kan ændre nedbørsforholdene i Amazonas regnskovog forøge afsmeltningen i Antarktis og så videre. Det er uklart, om disse sammenhænge mellem systemerne kan føre til tipping-kaskader, hvor de enkelte dele af klimasystemet vælter hinanden som dominobrikker. I så fald ville hele Jordens klimasystem muligvis skifte brat til en ny tilstand. Det er også muligt, det omvendte sker, hvor et klimaelements kollaps frohindrer at andre tipper.

Hvis en tipping-kaskade fandt sted, ville hele Jordens klima ændre sig brat. I paleo-data, altså data, der indeholder information om fortidens klima, kan man se, at Jorden fra tid til anden har gennemgået store og bratte klimaskift. I de seneste 66 millioner år, har Jorden skiftet mellem fire stabile tilstande: Et meget varmt, et varmt, et køligt og et koldt klima. Siden den sidste istid har vi haft et stabilt, køligt klima. Men det er værd at bemærke, at disse skift i klimasystemet tog mange tusinder og nogle gange millioner af år, så indenfor et menneskes liv vil ændringerne ikke forekomme at være pludselige. Slet ikke så pludseligt, som vi allerede i dag ændrer klimaet med udledninger af klimagasser til atmosfæren.

Det vil kræve yderligere forskning i tipping points og Jordens historiske klima at få sikkerhed for, hvorvidt vi risikerer klimasystemet – eller dele af det – vil tippe.

Fysikken:

Hvad vil det sige, at en del af et klima-system kan tippe?

Det er ikke kun dele af klimasystemet, såsom iskapper, havstrømme og vindsystemer der kan tippe. Alle fysiske systemer, som har mere end en stabil tilstand vil naturligt kunne tippe fra tilstand til tilstand. En stol er et simpelt system, der kan bruges som eksempel. Det fysiske system, stolen, kan stå op eller ligge ned. Det er stolens stabile tilstande. Forestil dig nu, at stolen står oprejst, men at gulvet vipper, og bliver tiltagende skråt. Snart vil stolens hældning nå et punkt, hvor den er på kanten til at få overbalance. Et ganske svagt skub vil være tilstrækkeligt til at vælte den. Fortsætter gulvet med at hælde yderligere, vil stolen pludselig falde ”af sig selv”. Stolen har passeret sit tipping point. Bemærk, at vi i illustrationen har hængslet stolens ben, så den ikke kan skride.

Stolen på det skrå gulv kan bruges som et billede på hvordan en del af klimasystemet kan tippe på grund af vores udledninger af drivhusgasser. Klimasystemets tilstand afhænger af mængden af klimagasser i atmosfæren på samme måde som stolens tilstand afhænger af det tiltagende skrå gulv i vores analogi. Stigende mængder CO2 i atmosfæren påvirker temperaturer og nedbørsforhold verden over. Ændringerne kan få dele af klimasystemet, for eksempel Grønlands indlandsis, Amazon regnskoven, vindsystemer, eller havstrømme til pludseligt at skifte tilstand.

Tipping kan typisk ikke blot un-do’es

Når et fysisk system som en stol, en skov eller en indlandsis først er tippet over i en ny tilstand, kan systemet være svært at tippe tilbage igen. I stolens tilfælde skal gulvet vippes meget længere tilbage i den modsatte retning – næsten tilbage til lodret! – før den hængslede stol rejser sig op ”af sig selv”. For klimasystemet betyder det, at vi må forvente, at hvis vi ændrer CO2-indholdet i atmosfæren så meget, at systemet tipper, vil det muligvis ikke være tilstrækkeligt at bringe CO2-niveauet tilbage til den præindustrielle tilstand. Måske bliver Jorden nødt til at gennemleve endnu en istid, før klimaet igen ligner det, vi kender i dag.

Hvor almindeligt er tipping i klimasystemer?

Det er der faktisk ingen, der ved med sikkerhed. Data fra fortidens klima tyder på, at dele af klimasystemet og såmænd også hele klimasystemet er tippet gentagne gange i Jordens historie. Klimateori og målinger tyder på, at visse elementer i klimasystemet nærmer sig deres tipping points på grund af den globale opvarmning. For eksempel ser det ud til, at de nordatlantiske havstrømme, Amazon regnskoven og et område af Grønlands indlandsis nærmer sig tipping points netop i disse år.

Kan vi forudsige tipping i god tid, så vi kan nå at forhindre det?

Klimaforskere forsøger at udvikle såkaldte Early Warning Systems. De udnytter bestemte kendetegn, et klimasystem har, når det er på kanten til at tippe. Tænk på stolen igen. Når den er helt stabil og langt fra sit vippe-punkt, står stolen ganske solidt fast på gulvet. Et forsigtigt skub vil kun give anledning til at den dirrer lidt. Men er gulvet skråt og stolen tæt på vippepunktet, kan et tilsvarende skub få stolen til at svaje faretruende. Stolen opfører sig altså ikke ens fjernt fra og tæt på sit tipping point.

Early Warning Systemer baserer sig netop på at man vil kunne måle en tilsvarende forskel i klimasystemer, der nærmer sig deres tipping points. Det er tre parametre, der måles efter: 1) Forøget følsomhed (Stolen reagerer mere på et skub). 2) En forøgelse af den naturlige variation (stolen svajer mere), og 3) en tendens til at systemet er længere tid om at finde tilbage til den stabile tilstand. Teknisk set kaldes disse egenskaber for sensibilitet, varians og autokorrellation.

Som beskrevet ovenfor, har forskere registreret early warning signals i data i tre dele af klimasystemet: Fra Amazon regnskoven, fra Grønlands indlandsis ved Ilulissat i Vestgrønland og fra det system af havstrømme i Nordatlanten, der fordeler mest varme til den nordlige halvkugle fra Ækvator. Disse tre elementer i klimasystemet ser altså ud til at bevæge sig i retning af deres tipping points.

Tipping udløses typisk før tipping pointet er nået

Et fysisk system, der er tæt på sit tipping point, er ustabilt. Det betyder, at to typer hændelser kan få systemet til abrupt at skifte til en anden stabil tilstand ”før tid”.

1) Støj får et system til at tippe før det egentlig har nået sit tipping point. Den tekniske betegnelse er noise-induced tipping. For stolens vedkommende er støj ikke lyd, men nærmere rystelser. Hvis vi forestiller os, at den flade, stolen er placeret på, er et lad på en lastbil i fart, vil vejens ujævnheder få bilen til at ryste. Rystelserne kan betyde, at stolen pludselig passerer sit tipping point, og vælter, selv om ladet egentlig ikke er tippet nok til at det kan ske ”af sig selv”.

I klimasystemet er det oftest vejret, der er støjen. For mens klimaet ændrer sig forholdsvis langsomt over årtier, varierer vejret som bekendt en hel del henover året. Vejret kan derfor få et klimasystem over sit vippe-punkt. Det kan for eksempel ske, hvis en voldsom storm bringer ekstra meget lunt vand ind til Vestantarktis kyster. Eller hvis en usædvanlig kraftig, vedvarende regn over oceanet ændrer saltbalancen i havoverfladen, så en havstrøm svækkes afgørende. Det er kendt, at en tør sommer kan skade regnskoven i Amazonas og derved midlertidigt svække evapotranspirationen. Præcis som støj (rystelser) kan få stolen til at vælte på lastbilens lad, kan støj (især ekstreme vejrfænomener) altså tippe elementer i klimasystemet.

2) Hurtige ændringer kan også få et klimasystem til at tippe før tid. Den tekniske betegnelse er rate-induced tipping. Stolen på lastbilens skrå lad er igen et godt eksempel. Hvis lastbilen pludselig bremser hårdt op eller måske accelererer kraftigt, kan stolen passere sit tipping point og vælte ”før tid”. Computerberegninger har vist, at systemet af havstrømme i Nordatlanten, der medvirker til at pumpe varme fra Ækvator til Europa kan tippe, hvis forholdene ændres meget hurtigt. I vor tid forøger vi CO2 i atmosfæren med fossile brændsler hurtigere end Jorden har oplevet i mange millioner af år. Det er altså en risiko i sig selv, at vor tids klimaforandringer sker hurtigt. Hastigheden vi ændrer klimaet med, kan være nok til at tippe klimasystemet.

Lyt evt til denne podcast på engelsk om hvordan tipping kan udløses på forskellig måde.

Er det altid en katastrofe, når en del af klimasystemet tipper? Næh.

Forskere har fundet ud af, at det ikke altid er katastrofalt, når en del af klimasystemet tipper. Nogle gange kan man føre udviklingen tilbage, efter systemet har passeret sit tipping point. Andre gange tipper systemet kun delvist, altså i mindre portioner. Hvad betyder det?

Jo, det betyder, at vi måske ikke behøver frygte, at hvis for eksempel Grønlands indlandsis rammer et tipping point, så vil hele indlandsisen forsvinde. I stedet er det muligvis mere korrekt at forestille sig, at forskellige områder af indlandsisen har hver deres tipping points, men ikke et fælles. Derved forsvinder kun en del af isen når et tipping point bliver overskredet. Resten har stadig en chance for at overleve klimaforandringerne.

Som sagt er der også tilfælde, hvor udviklingen kan vendes. Det har vist sig muligvis også at være tilfældet for Grønlands indlandsis. Årsagen er, at indlandsisen er så ubegribeligt stor, at selv alvorlige klimaforandringer umuligt kan nå at smelte en særlig stor andel af isen, hvis vi skynder os at sænke den globale gennemsnitstemperatur inden der er gået 100 år. Det vil sige: Hvis vi hurtigt hiver CO2 ud af atmosfæren i fremtiden, kan vi muligvis forhindre, at Grønlands is får havet til at stige mange meter.

En sø’s biologi er endnu et eksempel på et system, der ikke nødvendigvis er tabt, fordi det er tippet. Lad os sige overgødning har givet anledning til en kraftig algevækst i søen. Algerne dør, og så forbruger de alt ilten. Fisk og planter dør. Vand og søbund rådner. Søens biologi har ramt et tipping point – en mængde gødning, hvor algevæksten er så stor, at søen tipper til en ny tilstand. Meget af søens biologi kan være tabt for altid, selv om søen bliver klar igen.

Men – typisk vil det kun være dele af en større sø, der uddør, påpeger forskerne. Det betyder, at biologien ofte spreder sig tilbage i de uddøde dele af søen, i samme øjeblik, den er sund igen.

De tre eksempler viser, at et system, der har passeret sit tipping point nogle gange…

• kan stoppes i processen.
• kan bringes tilbage på den sikre side at tipping pointet igen.
• selv hurtigt finder tilbage til sin oprindelige stabile tilstand.

Beregninger indikerer, at klimasystemer nogle gange vil reagere som søen og iskappen i de tre eksempler. Det giver os måske en chance for at reparere de skader, vi har forvoldt. Bedst er det naturligvis at sørge for helt at undgå tipping ved at sikre os, at klimaforandringerne hurtigst muligt bremses, og i bedste fald rulles tilbage.