La circolazione rovesciata dell'Atlantico potrebbe chiudere?

La circolazione rovesciata dell'Atlantico potrebbe chiudere?

Schema dell'AMOC. I percorsi rossi mostrano acqua più calda vicino alla superficie, mentre i percorsi viola mostrano acqua più fredda e più densa che si muove in profondità. Credito: Met Office

In generale, pensiamo al cambiamento climatico come a un processo graduale: più gas serra emettono gli esseri umani, più il clima cambierà. Ma ci sono "punti di non ritorno" che ci impegnano a un cambiamento irreversibile?

La "Circolazione del rovesciamento meridionale dell'Atlantico", nota come "AMOC", è uno dei principali sistemi attuali negli oceani del mondo e svolge un ruolo cruciale nella regolazione del clima.

È guidato da un delicato equilibrio di temperature e salinità oceaniche, che è a rischio di essere sconvolto da un clima caldo.

L'ultima ricerca suggerisce che l'AMOC è molto probabile che si indebolisca in questo secolo, ma è molto improbabile un crollo. Tuttavia, gli scienziati sono in qualche modo in grado di definire esattamente quanto riscaldamento potrebbe spingere AMOC oltre un punto di non ritorno.

Ribaltamento

La figura seguente mostra un'illustrazione dell'AMOC. Nel Nord Atlantico, l'acqua calda dei subtropici viaggia verso nord vicino alla superficie e fredda - e, quindi, più densa - l'acqua viaggia a sud in profondità, in genere 2-4 km sotto la superficie.

A nord, l'acqua calda di superficie viene raffreddata dall'atmosfera sovrastante, convertita in acqua fredda e densa e affonda per fornire il ramo profondo, verso sud. Altrove, l'acqua fredda sale e viene riscaldata, rifornendo nuovamente il ramo superiore e caldo e completando il circuito.

L'AMOC potrebbe crollare?

L'AMOC è vulnerabile ai cambiamenti climatici. Man mano che l'atmosfera si riscalda a causa dell'aumento dei gas serra, la capacità dell'oceano di perdere calore dalla superficie del Nord Atlantico diminuisce e uno dei fattori trainanti dell'AMOC viene indebolito.

Le proiezioni del modello climatico sul riscaldamento globale di questo secolo indicano costantemente un indebolimento dell'AMOC. Le valutazioni più recenti del Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) - il quinta relazione di valutazione (AR5) e relazione speciale su oceani e criosfera in un clima che cambia (SROCC) - entrambi concludono che l'AMOC è "molto probabile" per indebolirsi nel corso del 21 ° secolo.

Un tale indebolimento avrebbe un effetto di raffreddamento sul clima intorno alla regione del Nord Atlantico, poiché l'approvvigionamento di calore verso nord viene rallentato. Questo effetto è incluso nelle proiezioni climatiche, ma l'effetto del riscaldamento diretto derivante dall'aumento delle concentrazioni di gas a effetto serra è più forte, quindi il risultato netto si sta ancora riscaldando sulle regioni terrestri.

Ma teoricamente sono possibili cambiamenti più drammatici. Potrebbe esistere un "punto di non ritorno" oltre il quale l'attuale forte AMOC diventa insostenibile.

La prova di ciò risale a carta seminale pubblicato nel 1961 da uno dei padri della moderna oceanografia, Henry Stommel. Stommel ha capito che l'AMOC è una sorta di competizione tra gli effetti della temperatura e della salinità, che influenzano entrambi la densità dell'acqua di mare.

La circolazione rovesciata dell'Atlantico potrebbe chiudere?

La figura seguente illustra i diversi possibili stati AMOC. Nel clima odierno, la temperatura domina e l'acqua fredda, densa e ad alta latitudine guida un forte AMOC (curva rossa). Ma in altri stati climatici è possibile che l'acqua dolce (dalle precipitazioni o dallo scioglimento del ghiaccio) rinfresca - e quindi alleggerisca - l'acqua ad alta latitudine; in questo caso, l'acqua non è abbastanza densa per guidare l'AMOC, che collassa (curva blu).

Se l'ingresso di acqua dolce nell'Atlantico fosse abbastanza forte, ad esempio dal rapido scioglimento della calotta glaciale della Groenlandia, il punto blu si sposterà a destra nella figura. Secondo il modello di Stommel, ad un certo punto il forte stato AMOC (rosso) diventa insostenibile e l'AMOC collassa allo stato "off" (blu). Quindi, anche se i cambiamenti climatici di guida fossero successivamente invertiti (il punto blu si spostava a sinistra sulla figura), l'AMOC rimarrebbe sulla curva blu e non si riaccenderebbe fino a quando il clima non avesse superato le attuali condizioni in la direzione opposta. Questo fenomeno è noto come "isteresi".

La circolazione rovesciata dell'Atlantico potrebbe chiudere?

Mance e isteresi dell'AMOC nel modello semplice di Stommel. I possibili stati dell'AMOC dipendono dalla quantità di acqua dolce immessa nell'Oceano Atlantico (asse x). La forza AMOC è mostrata sull'asse y. [Si noti che entrambi sono misurati in Sverdrups (Sv), dove 1 Sv indica un milione di metri cubi di acqua trasportata al secondo.] Quando c'è un basso input di acqua dolce, la temperatura domina il flusso ed è possibile solo un forte AMOC (curva rossa). Per elevati input di acqua dolce, è possibile solo uno stato collassato (curva blu). Nel mezzo, entrambi gli stati sono possibili. Se l'ingresso di acqua dolce dovesse aumentare oltre un valore critico (il punto di non ritorno), l'AMOC collasserebbe. Quindi, anche se l'ingresso di acqua dolce fosse riportato allo stato originale, l'AMOC rimarrebbe spento. Credito: Met Office.

Proiezioni a lungo termine

L'idea di Stommel si è evoluta nel corso degli anni, ma l'intuizione fondamentale è ancora rilevante. C'è evidenza che i cambiamenti dell'AMOC potrebbero aver avuto un ruolo in alcuni importanti cambiamenti climatici del passato - più recentemente circa 8,200 anni fa, mentre il mondo stava emergendo dall'ultima era glaciale.

A quel tempo, un enorme lago nel nord-ovest del Canada era trattenuto da un muro di ghiaccio. Mentre le temperature scaldavano il muro di ghiaccio crollò, depositare l'acqua dolce dal lago nell'Atlantico settentrionale e interrompendo l'AMOC. Un notevole raffreddamento in questo momento può essere visto in record paleoclimatici in tutto il Nord America, la Groenlandia e l'Europa.

I modelli climatici globali generalmente non prevedono la chiusura completa dell'AMOC nel 21 ° secolo, ma recentemente i modelli sono stati portati avanti nel futuro. In scenari di continue concentrazioni elevate di gas a effetto serra, alcuni modelli proiettano un effettivo arresto AMOC entro il 2300.

Tuttavia, le proiezioni modello del futuro AMOC variano ampiamente. Di conseguenza, sulla questione di quale livello di riscaldamento globale si tradurrebbe in un arresto dell'AMOC, è improbabile che la comunità scientifica vedrà una convergenza nel prossimo futuro.

Mentre il meccanismo fondamentale che destabilizza l'AMOC nel modello originale di Stommel sembra essere importante nei modelli climatici, ci sono altri processi che stanno cercando di stabilizzare l'AMOC. Molti di questi processi sono difficili da modellare quantitativamente, specialmente con la risoluzione limitata che è possibile con l'attuale potenza di calcolo. Quindi le nostre proiezioni AMOC continueranno a essere piuttosto incerte per qualche tempo.

Tenendo conto di tutte le prove, l'ARCC e SROCC dell'IPCC hanno concluso che un crollo dell'AMOC prima del 5 era "molto spiacevole" (PDF). Tuttavia, l'impatto del superamento di un punto di ribaltamento AMOC sarebbe enorme, quindi è meglio vederlo come uno scenario di "bassa probabilità, alto impatto".

Quali sarebbero gli impatti di un collasso?

I modelli climatici possono essere utilizzati per valutare l'impatto sul clima se l'AMOC dovesse chiudersi completamente. Aggiungendo grandi quantità di acqua dolce al Nord Atlantico in un modello, gli scienziati alleggeriscono artificialmente l'acqua fredda e densa che forma il ramo inferiore del circuito. Ciò arresta l'AMOC e possiamo quindi esaminare l'impatto sul clima.

La figura seguente illustra le modifiche che risultano in uno di questi esperimenti. L'arresto dell'AMOC provoca un raffreddamento (ombreggiatura blu) dell'intero emisfero settentrionale, in particolare le regioni più vicine alla zona di perdita di calore del Nord Atlantico (il "radiatore" del sistema di riscaldamento centrale del Nord Atlantico). In queste regioni il raffreddamento supera il riscaldamento previsto a causa dei gas serra, quindi un arresto completo nel 21 ° secolo, sebbene molto improbabile, potrebbe tradursi in un raffreddamento netto in regioni come l'Europa occidentale.

La circolazione rovesciata dell'Atlantico potrebbe chiudere?

Modificato cambiamento della temperatura superficiale (C) a seguito di un crollo indotto artificialmente dell'AMOC. L'ombreggiatura indica il raffreddamento (blu) o il riscaldamento (arancione e rosso). Ristampato su autorizzazione di Springer. Jackson et al. (2015) Impatti climatici globali ed europei di un rallentamento dell'AMOC in un GCM ad alta risoluzione, Climate Dynamics.

Altri impatti includono importanti cambiamenti nei modelli di precipitazioni, aumenti delle tempeste invernali in Europa e un innalzamento del livello del mare fino a 50 cm attorno al bacino del Nord Atlantico. In molte regioni questi effetti esacerberebbero le tendenze a causa del riscaldamento globale.

Mentre tali esperimenti modello sono artificiali "what if?" scenari, illustrano l'entità dei cambiamenti che potrebbero derivare da un crollo dell'AMOC. Gli impatti sull'agricoltura, la fauna selvatica, i trasporti, la domanda di energia e le infrastrutture costiere sarebbero complessi, ma possiamo essere certi che ci sarebbero conseguenze socioeconomiche importanti. Per esempio, uno studio ha mostrato una riduzione del 50% della produttività dell'erba nelle principali regioni di pascolo del Regno Unito occidentale e dell'Irlanda.

Cosa si può fare per il rischio di un collasso?

Come spiegato sopra, gli scienziati possono in qualche modo essere in grado di definire con sicurezza un livello di riscaldamento globale in cui l'AMOC sarebbe a rischio di attraversare un punto di non ritorno.

Tuttavia, potrebbe essere possibile gestire il rischio di collasso dell'AMOC, anche senza sapere quanto sia probabile.

Per prendere un'analogia domestica: so che è possibile, ma improbabile, che la mia casa brucerà - è un evento a bassa probabilità e di grande impatto. Non ho idea di quanto sia probabile che avrò un incendio, ma posso comunque gestire il rischio facendo controllare il cablaggio elettrico e installando allarmi antincendio. Il controllo del cablaggio riduce la possibilità di un incendio, mentre l'allarme antincendio mi avvisa tempestivamente se si verifica un incendio in modo da ridurre l'impatto - evacuando la casa e chiamando i vigili del fuoco.

Di recente, insieme ai colleghi del Università di Exeter, abbiamo esplorato la possibilità di sviluppare un sistema di allarme rapido per la mancia dell'AMOC.

Utilizzando un modello semplice, abbiamo mostrato che il modo in cui le salinità dell'Atlantico subtropicale e subpolare si evolvono nel tempo può dare un'indicazione precoce se l'AMOC è sulla strada di un collasso, forse decenni prima che si sia visto un grave indebolimento nell'AMOC stesso.

È presto per questa ricerca, ma monitorando un tale indicatore potrebbe essere possibile dare più tempo per prepararsi alle conseguenze di un crollo dell'AMOC o adottare misure di mitigazione dei cambiamenti climatici più aggressive per portare l'AMOC su un percorso più stabile .  

Domande eccezionali

Mentre il mondo affronta le sfide del raggiungimento degli obiettivi dell'accordo sul clima di Parigi, l'interesse sta aumentando nei percorsi climatici superamento temporaneo il livello target finale. È importante che tali superamenti non superino soglie irreversibili sulla strada per la destinazione finale, quindi la ricerca sui punti di non ritorno deve collegare i risultati teorici a queste domande più pratiche.

Gran parte della modellizzazione dei punti di ribaltamento AMOC fino ad oggi ha utilizzato scenari idealizzati di input di acqua dolce nel Nord Atlantico. Ciò è rilevante per alcuni cambiamenti dell'AMOC del passato, ma per modellare i futuri cambiamenti climatici dobbiamo capire cosa succede quando il riscaldamento e il rinnovamento avvengono insieme.

Questo è un problema più impegnativo perché aumenta il numero di processi e feedback pertinenti. Alcuni di questi processi operano su piccola scala che i modelli hanno difficoltà a risolvere con l'attuale potenza di calcolo. Il miglioramento della modellizzazione dei principali processi AMOC richiede pazienza e impegno a lungo termine, ma alla fine pagherà dividendi in previsioni AMOC più sicure.

La ricerca sull'allerta precoce del collasso dell'AMOC è agli inizi, ma può essere un modo fruttuoso per rispondere al rischio. Una cosa è certa: l'allerta precoce richiederà osservazioni continue degli aspetti chiave dell'AMOC.

Il monitoraggio AMOC è entrato in una nuova era nel 2004 con RAPIDO-MOCA, una serie di strumenti ormeggiati che attraversa la larghezza dell'Atlantico a latitudine 26.5 gradi nord e fornisce un monitoraggio continuo dell'AMOC. Prima di questo, c'erano solo cinque istantanee della diffusione diffusa in 47 anni.

I risultati hanno già cambiato la nostra comprensione di come l'AMOC varia nel tempo: ad esempio, un tuffo inaspettato nell'AMOC - osservato nell'autunno 2009 - si ritiene che abbia avuto un ruolo negli inverni insolitamente freddi europei del 2009-10 e del 2010-11.

Più recentemente, uno array di monitoraggio simile è stato installato più a nord nell'Atlantico subpolare. Insieme a misurazioni continue di temperatura e salinità derivanti dai galleggianti galleggianti di Argo, gli oceanografi hanno ora un database senza precedenti per studiare questo elemento cruciale del nostro sistema climatico e dare al mondo la possibilità di prepararsi a brutte sorprese.

Circa l'autore

Dr. Richard Wood, che guida il gruppo clima, criosfera e oceani presso il Met Office Hadley Centre nel Regno Unito. La dott.ssa Laura Jackson, una scienziata dello stesso gruppo.

Questo articolo è originariamente apparso su Carbon Brief

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