Palautekytkennät

Ilmastonmuutos vaikuttaa moniin sellaisiin ilmiöihin, joilla puolestaan on vaikutusta ilmastonmuutokseen. Tällöin puhutaan palautekytkennöistä, -mekanismeista tai -ilmiöistä. Tällaisia ilmiöitä tunnetaan suuri joukko, mutta osaa niistä on erittäin vaikea mallintaa, koska ei tiedetä tarpeeksi siitä, millaisissa olosuhteissa ne käynnistyvät ja miten voimakkaita ne voivat olla. Jotkin palautekytkennät saattavat olla pitkään hyvin heikkoja, ja vasta tietyn rajan ylityttyä ne saattavat voimistua hyppäyksenomaisesti. Tälläiset epälineaariset ilmiöt ovat suuri ja vaikea haaste ilmastotieteelle.

Palautekytkennöissä ilmastonmuutoksen seuraukset kiihdyttävät ilmastonmuutosta

Tarkkojen ennusteiden tekeminen palautekytkennöistä on periaatteessa mahdotonta. Esimerkiksi IPCC:n esittämissä laskelmissa on mukana vain osa palautemekanismeista. Niitä käsitellään yleensä riskeinä, joiden mahdollinen vaikutus ylittää kasvihuonekaasujen lämmittävän ja sulfaattipäästöjen viilentävän vaikutuksen. Pahimmillaan ne voivat aiheuttaa ns. karkaavan kasvihuoneilmiön, eli ryhmän toisiaan jatkuvasti vahvistavia prosesseja, jotka nostavat maapallon lämpötilaa nopeasti ja hillitsemättömästi.

Mikäli ilmastonmuutoksen aikaansaama ilmiö - tai pikemminkin luonnollisen ilmiön muutos - vahvistaa ilmastonmuutosta, tätä kutsutaan positiiviseksi takaisinkytkentäprosessiksi. Mikäli taas tuo ilmiössä tapahtuva muutos pyrkii heikentämään ilmastonmuutosta, sitä kutsutaan negatiiviseksi takaisinkytkentäprosessiksi.

Pilvet tuottavat mallinnukseen epävarmuutta

Lämpötilan kasvu lisää veden höyrystymistä. Koska vesihöyry on kasvihuonekaasu, ilmiö vaikuttaa lämpötilaa lisäävästi. Sitä pidetäänkin suurimpana nykyään vaikuttavana positiivisena palautekytkentänä. Toisaalta lisääntynyt pilvien muodostuminen myös heijastaa auringon valoa avaruuteen ilmastoa viilentäen, toisaalta heijastaa maan lämpösäteilyä takaisin maanpinnalle ilmastoa lämmittäen. Pilvenmuodostusta lisäävät typenoksidi- sekä rikkidioksidipäästöt. Lentoliikenne aiheuttaa yläilmakehän pilvenmuodostusta tuottamalla sinne vesihöyry-, NOx- ja SO2-päästöjä. Lisääntyneellä pilvenmuodostuksella on siis sekä positiivista että negatiivista takaisinkytkentäluonnetta, ja kokonaisvaikutuksen arvioiminen on erittäin epävarmaa.

Hiilinielut saattavat muuttua lämpenemisen takia kasvihuonekaasujen lähteiksi

Suuri uhka on maan ja merien hiilinielujen muuttuminen hiililähteiksi. Lähde tarkoittaa prosessia, jossa ilmakehään vapautuu kasvihuonekaasua kuten hiilidioksidia. Tällaisia prosesseja ovat esimerkiksi fossiilisten polttoaineiden käyttö tai metsän palaminen. Nielu puolestaan tarkoittaa prosessia, joka imee ilmakehästä kasvihuonekaasuja.

Biomassan kasvu niin maassa kuin merissä sitoo jatkuvasti hiilidioksidia. Hiiltä sitoutuu meriveteen myös epäorgaanisesti, kun meressä muodostuu erilaisia karbonaattiyhdisteitä. Meren ja maan nielut ovat tähän mennessä sitoneet noin puolet ihmiskunnan hiilidioksidipäästöistä, mikä on olennaisesti hidastanut ilmastonmuutosta.

Meren ja maan nielut sitovat noin puolet ihmiskunnan hiilidioksidipäästöistä hidastaen siten ilmastonmuutosta.

Merissä on 50 kertaa enemmän hiiltä kuin ilmakehässä. Tällä hetkellä meret sitovat enemmän hiiltä kuin vapauttavat, eli meret toimivat hiilinieluina. Lämpötilan lisääntyminen vähentää hiilidioksidin liukoisuutta veteen ja heikentää meriveden kiertoa syvien ja pintakerrosten välillä. Pitkään pinnalla kellunut vesi ei pysty sitomaan niin paljon hiilidioksidia ilmakehästä kuin juuri syvältä tullut, joten merten kyky sitoa hiilidioksidia heikkenee lämpenemisen seurauksena.

Merenpohjassa on suuri määrä metaania ns. metaaniklatraattien muodossa. Nämä metaanivarastot voivat vapautua lämpötilan noustessa. Uudet tutkimukset antavat vahvaa näyttöä siitä, että 55 miljoonaa vuotta sitten merenpohjan metaanipäästöt nostivat lämpötilaa nopeasti 6 astetta ja vaikuttivat ratkaisevasti mm. kädellisten evoluutioon.

Voimistunut kasvihuoneilmiö vaikuttaa myös otsonikerroksen ohenemiseen ja lisää sitä kautta UV-säteilyä. UV-säteily tappaa planktonia ja heikentää siten hiilen sitoutumista meriin.

Maaperään ja maanpinnan kasvillisuuteen on sitoutunut kolminkertainen määrä hiiltä ilmakehään verrattuna. Se voi vapautua esimerkiksi metsäpalojen kautta, kuten vuonna 1998 kävi El Niño -ilmiöön liittyvien kuivuuskausien takia mm. Indonesiassa, Brasiliassa, Meksikossa ja etenkin Siperiassa. Kuivuuskaudet ovat eräs oire ilmastonmuutoksesta. Ikiroudan sulaessa sen alta vapautuu maaperän hiilidioksidia ja metaaniklatraattien metaania. Ikiroudan sulaminen voi myös rikkoa kaasu- ja öljyputkistoja vapauttaen metaania ja muita haihtuvia hiilivetyjä.