Caracterización de los elementos de inflexión y los umbrales para el cambio climático irreversible
El sistema climático de la Tierra se caracteriza por interacciones altamente complejas en el tiempo y el espacio. Los científicos han identificado varios componentes esenciales que corren el riesgo de sufrir transiciones abruptas e irreversibles que podrían catalizar cascadas de cambios drásticos. Para complicar aún más las cosas, las transiciones críticas en uno de esos «elementos de inflexión» podrían afectar a otros. La caracterización de estos elementos de inflexión y sus interacciones es necesaria para desarrollar modelos predictivos, un paso fundamental para prevenir el cambio climático irreversible. Con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), el proyecto CriticalEarth(se abrirá en una nueva ventana) capacitó a quince investigadores noveles para abordar este desafío. El trabajo se centró en el desarrollo de herramientas estadísticas avanzadas basadas en reconstrucciones paleoclimáticas y observaciones recientes para ayudar a los científicos a identificar «señales de alerta temprana» de un punto de inflexión.
Retroalimentación positiva no controlada
La mayoría de los sistemas dinámicos experimentan tanto retroalimentación positiva como negativa. «Cuando la retroalimentación positiva empieza a dominar, puede producirse una amplificación incontrolable que haga que un “parámetro de control” cruce un umbral crítico que conduzca a un brusco cambio de estado irreversible», explica el coordinador del proyecto CriticalEarth, Peter Ditlevsen, del Instituto Niels Bohr en la Universidad de Copenhague(se abrirá en una nueva ventana). En el caso de las capas de hielo, cuanto menor es la altura de la capa a medida que se derrite, más cálida es la atmósfera que la rodea (las temperaturas son más altas a menor altitud) y más hielo se derrite. A partir de un umbral crítico de temperatura atmosférica, esta retroalimentación positiva incontrolada no puede revertirse. Otros posibles eventos de inflexión incluyen el cambio irreversible de las selvas tropicales a un estado de sabana y la interrupción de la circulación de vuelco meridional del Atlántico (AMOC), responsable del clima templado del norte de Europa.
Estados límite y señales de alerta temprana
Determinar los valores exactos de los parámetros de inclinación resultó ser una tarea extremadamente difícil. «Aplicamos técnicas matemáticas avanzadas para determinar los límites entre el estado actual y el estado alternativo inclinado en modelos climáticos multidimensionales», afirma Ditlevsen. Los investigadores caracterizaron los denominados estados límite en esas fronteras, obteniendo información relevante para las predicciones de transiciones futuras. Para ello, utilizaron nuevas herramientas estadísticas de código abierto para detectar señales de alerta temprana, es decir, indicios estadísticos en los datos de series temporales que indican que el sistema climático se está acercando a un punto de inflexión crítico.
Revelaciones sobre los elementos de inflexión de la Tierra
«Las nuevas técnicas de eventos raros y aprendizaje automático permitieron estimar de forma eficiente las probabilidades de transición en modelos climáticos de alta dimensión, mejorando nuestra comprensión de los cambios bruscos», explica Ditlevsen. Traspasando los objetivos originales, CriticalEarth extrapoló sus señales de alerta temprana al futuro, revelando un colapso de la AMOC(se abrirá en una nueva ventana) a mediados del siglo XXI. Este pronóstico preciso, con importantes implicaciones a corto plazo para el clima del norte de Europa, fue difundido por más de 2 500 medios de comunicación de todo el mundo. El equipo identificó umbrales clave, bifurcaciones e irreversibilidad de vuelco en modelos de elementos de vuelco y descubrió nuevos mecanismos de variabilidad y resistencia al vuelco. La extensión de la teoría de la bifurcación reveló cómo el colapso de la AMOC afectaría la precipitación global y cómo el punto de inflexión acoplado puede estabilizar o desestabilizar subsistemas climáticos clave sometidos a ruido. Finalmente, las herramientas predictivas para la respuesta climática a las perturbaciones arrojan luz sobre los factores que potencian o inhiben los puntos de inflexión y que dan forma a las estadísticas de transición. El equipo de CriticalEarth ha proporcionado herramientas predictivas e información crucial sobre transiciones climáticas críticas. Además, ha formado a un grupo de quince jóvenes científicos brillantes para que continúen con la labor de mejorar nuestra detección de señales de alerta temprana, apoyando los esfuerzos para prevenir cambios climáticos irreversibles y sus efectos en las generaciones futuras.
