O nome Ponto de Ruptura também pode ser substituído por Ponto de Não-Retorno ou Ponto de Inflexão
“A mudança climática descontrolada, não deve ser confundida com o efeito estufa descontrolado.”
Um ponto de ruptura no sistema climático é um limite que, se excedido, leva a grandes e muitas vezes irreversíveis mudanças no clima mundial. Pontos de ruptura foram identificados no sistema climático e em ecossistemas, que terão impactos severos se os humanos o cruzarem.
Os pontos de ruptura podem ser excedidos mesmo com um aumento moderado da temperatura global (1,5 – 2 °C). Cientistas do clima identificaram mais de uma dúzia de possíveis pontos de ruptura. Se um ponto de ruptura em um sistema for cruzado, isso pode levar a uma cascata de outros pontos de rupturas excedidos. Uma dessas cascatas poderia levar o mundo a um estado de efeito estufa extremo, 4 ou 5 graus Celsius acima dos níveis pré-industriais.
Os componentes em grande escala do sistema climático terrestre que podem passar por um ponto de ruptura são chamados de elementos de ruptura. Elementos de ruptura são encontrados nos mantos de gelo da Groenlândia e da Antártica, que podem causar elevação do nível do mar. Esses pontos de ruptura nem sempre são abruptos. Por exemplo, em algum nível do aumento de temperatura, o derretimento do manto de gelo da Groenlândia e / ou do manto de gelo da Antártica Ocidental se tornará inevitável; mas a própria camada de gelo pode persistir por muitos séculos. Alguns elementos de ruptura, como o colapso dos ecossistemas, são irreversíveis.
Definição
Muitos feedbacks positivos e negativos das mudanças climáticas a respeito das temperaturas globais e do ciclo do carbono foram identificados. Por milhares de anos, esses feedbacks têm interagido principalmente para restaurar o sistema de volta ao seu estado estável. Se um componente do sistema começar a demorar significativamente para retornar ao seu 'estado normal', isso pode ser um sinal de alerta de que o sistema está se aproximando de seu ponto de ruptura. O que esses diferentes componentes no sistema têm em comum é que, uma vez que um ponto de ruptura é ultrapassado e o colapso começou, pará-lo se torna virtualmente impossível. O Relatório Especial sobre o Oceano e a Criosfera em um Clima em Mudança, divulgado pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) em 2019, define um ponto de ruptura como:
Um nível de mudança nas propriedades do sistema climático terrestre além do qual ele pode se reorganizar e não retornar ao estado inicial, mesmo se os causadores da mudança forem diminuídos. Para o sistema climático, o termo se refere a um limite crítico no qual o clima global ou regional muda de um estado estável para outro. Os pontos de ruptura também são usados quando se referir ao impacto: o termo pode implicar que um ponto de ruptura está prestes a ser alcançado em um sistema natural ou humano.
Os pontos de ruptura levam a mudanças no sistema climático que são irreversíveis na escala de tempo humana. Para qualquer componente climático específico, a mudança de um estado aparentemente estável para um estado menos estável pode levar muitas décadas ou séculos - embora os dados do Paleoclima e os modelos climáticos globais, sugerem que o "sistema climático pode 'inclinar' abruptamente de um regime para outro em um tempo comparativamente curto. "
Sinais precoce de alerta observados
Um sinal de que um sistema complexo como o clima está se aproximando de um ponto de ruptura é quando aspectos do sistema começam a oscilar ou demonstrar volatilidade crescente. O ambientalista e colunista do Guardian, George Monbiot diz que o clima extremo em 2021 - cúpulas térmicas, secas, incêndios, inundações e ciclones - é uma evidência do aumento da volatilidade e indica que a Terra está mais perto dos pontos de ruptura do que imaginamos. Analisando eventos extremos de chuva e ondas de calor recentes que quebraram os registros de temperatura em 10 graus Fahrenheit, a Nature Climate Change calcula que essas ondas de calor têm até sete vezes mais probabilidade de ocorrer nas próximas três décadas.
Temperaturas de Ponto de não retorno
O registro geológico da temperatura e da concentração de gases de efeito estufa permite aos cientistas do clima reunir informações sobre feedbacks climáticos que levam a diferentes estados climáticos. Uma descoberta importante é que quando a concentração de dióxido de carbono na atmosfera aumenta, a temperatura global média também aumenta. Nos últimos 100 milhões de anos, as temperaturas globais atingiram o pico duas vezes, levando o clima a um estado de efeito estufa extremo . Durante o período Cretáceo, cerca de 92 milhões de anos atrás, os níveis de gáas carbônico estavam em torno de 1.000 ppm. O clima era tão quente que répteis semelhantes a crocodilos viviam no que hoje é o Ártico canadense, e as florestas prosperavam perto do Pólo Sul. O segundo período de estufa foi o Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno (PETM) 55-56 milhões de anos atrás. Registros sugerem que durante o PETM, a temperatura média global subiu entre 5 e 8 ° C; não havia gelo nos pólos, permitindo que palmeiras e crocodilos vivessem acima do Círculo Polar Ártico.
A combinação dessas informações históricas com a compreensão da mudança climática atual resultou na descoberta publicada em 2018 em Proceedings of the National Academy of Sciences de que "um aquecimento de 2 ° C poderia ativar elementos importantes de ruptura, elevando ainda mais a temperatura para ativar outros pontos de ruptura em um cascata semelhante a um dominó que poderia levar o Sistema Terrestre a temperaturas ainda mais altas ".
A velocidade dos feedbacks do ponto de ruptura é uma preocupação crítica, embora o registro geológico falhe em fornecer clareza se as mudanças de temperatura no passado levaram apenas algumas décadas ou muitos milênios. Alguns cientistas estão preocupados que alguns pontos de ruptura já possam ter sido alcançados. A maior ameaça é o aumento do nível do mar em um estudo de 2018 que descobriu que os pontos de ruptura para os mantos de gelo da Groenlândia e da Antártica provavelmente ocorrerão entre 1,5 e 2 °C de aquecimento. Os autores do estudo apontam que em 2021, a Terra já aqueceu 1,2 °C, e 1,5 °C. Com base nas projeções atuais, os especialistas dizem que pelo menos 6,1 m de aumento do nível do mar é inevitável. A velocidade em que isso ocorre é incerta; pode levar séculos ou milênios
Teoria Matemática
O comportamento do ponto de ruptura no clima pode ser descrito em termos matemáticos como ponto de inflexão. Os pontos de inflexão são então vistos como qualquer tipo de bifurcação com histerese (histeresis), que é a dependência do estado de um sistema em sua história. Por exemplo, dependendo de quão quente ou frio era no passado, pode haver diferentes quantidades de gelo nos pólos com a mesma concentração de gases de efeito estufa. Em um estudo de 2012 inspirado por "abordagens matemáticas e estatísticas para modelagem e previsão do clima", os autores identificam três tipos de pontos de inflexão/ruptura em sistemas abertos, como o sistema climático - bifurcação, induzido por ruído e dependente da taxa.
Tipos Ponto de não retorno induzido por bifurcação
Isso ocorre quando determinado parâmetro no clima, o qual que se observa estar se comportando consistentemente em uma determinada direção ao longo de um período de tempo, eventualmente passa por um nível crítico - ponto este que representa uma bifurcação perigosa - e o que era um o estado estável e consistente perde sua estabilidade ou simplesmente desaparece. A Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) é uma corrente de circulação termohalina, movida por diferenças de densidade das águas dos oceanos em função das diferenças de temperatura e salinidade. Mudanças lentas nos parâmetros de bifurcação neste sistema - salinidade, temperatura e densidade da água - fizeram com que a circulação diminuísse em cerca de 15% nos últimos 70 anos ou mais. Se atingir um ponto crítico onde pára completamente, este seria um exemplo de inclinação induzida por bifurcação pois poderia induzir frio extremo em alguns continentes, perturbar monções sazonais e ter outros impactos em grande parte do planeta.
Ponto de não retorno induzido por ruído
Isso se refere a transições de um estado para outro devido a flutuações aleatórias ou variabilidade interna do sistema. As inclinações induzidas por ruído não mostram nenhum dos primeiros sinais de alerta que ocorrem com as bifurcações. Isso significa que eles são fundamentalmente imprevisíveis, pois não há mudança sistemática nos parâmetros subjacentes. Por serem imprevisíveis, essas ocorrências são frequentemente descritas como um evento 'um em x ano'. Um exemplo são os eventos Dansgaard – Oeschger durante o último período glacial, com 25 ocorrências de flutuações climáticas repentinas ao longo de um período de 500 anos.
Ponto de não retorno proporcional ao estímulo
Este aspecto da inclinação assume que existe um estado único e estável para qualquer aspecto ou parâmetro fixo do clima e que, se não for perturbado, haverá apenas pequenas respostas a um 'pequeno' estímulo. No entanto, quando as mudanças em um dos parâmetros do sistema começam a ocorrer mais rapidamente, uma grande resposta 'excitável' pode aparecer. No caso das turfeiras , por exemplo, após anos de relativa estabilidade, o ponto de inflexão induzido pela taxa leva a uma "liberação explosiva de carbono do solo das turfeiras para a atmosfera" - às vezes conhecido como "instabilidade da bomba de composto".
Sinais matemáticos de alerta precoce
Para sistemas cujos pontos de ruptura ocorrem por bifurcação, pode ser possível detectar se eles estão se aproximando de um ponto de inflexão pois o sistema tende a ficar menos resiliente a perturbações na aproximação do limite de inclinação. Esses sistemas exibem lentidão crítica, com memória aumentada (autocorrelação crescente) e variação. Dependendo da natureza do sistema de tombamento, mudanças também podem ser detectadas na assimetria e curtose de séries temporais de variáveis relevantes, com assimetrias nas distribuições de anomalias indicando que o ponto de ruptura pode estar próximo. A mudança abrupta não é um sinal de alerta precoce (EWS, do inglês early warning signal) para pontos de inflexão, pois a mudança abrupta também pode ocorrer se as mudanças forem reversíveis para o parâmetro de controle.
Esses EWSs são frequentemente desenvolvidos e testados usando séries temporais do paleorregistro, como sedimentos, calotas polares e anéis de árvores, onde exemplos anteriores de tombamento podem ser observados. Nem sempre é possível dizer se o aumento da variância e a autocorrelação são um precursor da inclinação ou causada pela variabilidade interna, por exemplo, no caso de colapso do AMOC. As limitações de qualidade dos paleodados complicam ainda mais o desenvolvimento de EWSs. Eles foram desenvolvidos para detectar ponto de inflexão devido à seca em florestas na Califórnia, na Geleira de Pine Island na Antártica Ocidental, entre outros sistemas. Usando sinais de alerta precoce (aumento da autocorrelação e variância da série temporal da taxa de derretimento), foi sugerido que a camada de gelo da Groenlândia está atualmente perdendo resiliência, consistente com os sinais de aviso antecipado modelados da camada de gelo.
Dados observacionais de "pontos de não retorno" na história e registros geológicos" "A relação log-log linear entre a área espacial e a duração temporal de 42 mudanças de regime do sistema terrestre observadas é descrita por um modelo de regressão linear" Uma série de evidências empíricas apóia a existência de pontos de inflexão no sistema terrestre que, uma vez desencadeados, possivelmente cairiam de forma irreversível para catalisar uma mudança em direção a outro estado do ecossistema ou equilíbrio climático.