Puntos de inflexión en el sistema climático

En la ciencia del clima , un punto de inflexión es un umbral crítico que, cuando se cruza, conduce a cambios grandes, acelerados y a menudo irreversibles en el sistema climático . ^[3] Si se cruzan los puntos de inflexión, es probable que tengan impactos graves en la sociedad humana y puedan acelerar el calentamiento global . ^{[4] [5]} El comportamiento de inflexión se encuentra en todo el sistema climático, por ejemplo, en las capas de hielo , los glaciares de montaña , los patrones de circulación en el océano , en los ecosistemas y la atmósfera. ^[5] Los ejemplos de puntos de inflexión incluyen el deshielo del permafrost , que liberará metano , un poderoso gas de efecto invernadero , o el derretimiento de las capas de hielo y los glaciares que reducen el albedo de la Tierra , lo que calentaría el planeta más rápido. El deshielo del permafrost es un multiplicador de amenazas porque contiene aproximadamente el doble de carbono que la cantidad que circula actualmente en la atmósfera. ^[6]

Los puntos de inflexión suelen ser abruptos , aunque no necesariamente . Por ejemplo, con un calentamiento global promedio de entre 0,8 °C (1,4 °F) y 3 °C (5,4 °F), la capa de hielo de Groenlandia pasa un punto de inflexión y está condenada, pero su derretimiento se produciría a lo largo de milenios. ^{[2] [7]} Los puntos de inflexión son posibles con el calentamiento global actual de poco más de 1 °C (1,8 °F) por encima de los tiempos preindustriales , y muy probables por encima de los 2 °C (3,6 °F) de calentamiento global. ^[5] Es posible que algunos puntos de inflexión estén cerca de ser cruzados o ya se hayan cruzado, como los de las capas de hielo de la Antártida occidental y Groenlandia , la selva amazónica y los arrecifes de coral de aguas cálidas . ^[8]

Un peligro es que si se cruza el punto de inflexión en un sistema, esto podría causar una cascada de otros puntos de inflexión, lo que llevaría a impactos graves, potencialmente catastróficos , ^{[9] [10]} Cruzar un umbral en una parte del sistema climático puede provocar que otro elemento de inflexión pase a un nuevo estado. ^[11] Por ejemplo, la pérdida de hielo en la Antártida occidental y Groenlandia alterará significativamente la circulación oceánica . El calentamiento sostenido de las altas latitudes del norte como resultado de este proceso podría activar elementos de inflexión en esa región, como la degradación del permafrost y la muerte regresiva de los bosques boreales . ^[3]

Los científicos han identificado muchos elementos del sistema climático que pueden tener puntos de inflexión. ^{[12] [13]} A partir de septiembre de 2022, se conocen nueve elementos de inflexión globales y siete elementos de inflexión de impacto regional . ^[2] De ellos, es probable que un elemento climático regional y tres globales superen un punto de inflexión si el calentamiento global alcanza los 1,5 °C (2,7 °F). Se trata del colapso de la capa de hielo de Groenlandia, el colapso de la capa de hielo de la Antártida occidental, la muerte de los arrecifes de coral tropicales y el deshielo abrupto del permafrost boreal.

Existen puntos de inflexión en una variedad de sistemas, por ejemplo, en la criosfera , dentro de las corrientes oceánicas y en los sistemas terrestres. Los puntos de inflexión en la criosfera incluyen: la desintegración de la capa de hielo de Groenlandia, la desintegración de la capa de hielo de la Antártida occidental, la desintegración de la capa de hielo de la Antártida oriental , la disminución del hielo marino del Ártico, el retroceso de los glaciares de montaña , el deshielo del permafrost. Los puntos de inflexión para los cambios en las corrientes oceánicas incluyen la Circulación Meridional Atlántica (CMA), el Giro Subpolar del Norte y la Circulación Meridional del Océano Austral . Por último, los puntos de inflexión en los sistemas terrestres incluyen la muerte regresiva de la selva amazónica, el cambio del bioma de los bosques boreales, el reverdecimiento del Sahel y los depósitos vulnerables de carbono de turba tropical.

El Sexto Informe de Evaluación del IPCC define un punto de inflexión como un "umbral crítico más allá del cual un sistema se reorganiza, a menudo de manera abrupta y/o irreversible". ^[14] Puede ser provocado por una pequeña perturbación que causa un cambio desproporcionadamente grande en el sistema. También puede estar asociado con retroalimentaciones que se refuerzan a sí mismas , lo que podría conducir a cambios en el sistema climático irreversibles en una escala de tiempo humana. ^[13] Para cualquier componente climático particular, el cambio de un estado a un nuevo estado estable puede llevar muchas décadas o siglos. ^[13]

El Informe especial del IPCC de 2019 sobre el océano y la criosfera en un clima cambiante define un punto de inflexión como: "Un nivel de cambio en las propiedades del sistema más allá del cual un sistema se reorganiza, a menudo de manera no lineal, y no regresa al estado inicial incluso si se eliminan los impulsores del cambio. Para el sistema climático, el término se refiere a un umbral crítico en el que el clima global o regional cambia de un estado estable a otro estado estable". ^[15]

En los ecosistemas y en los sistemas sociales, un punto de inflexión puede desencadenar un cambio de régimen , una reorganización importante de los sistemas hacia un nuevo estado estable. ^[16] Estos cambios de régimen no tienen por qué ser perjudiciales. En el contexto de la crisis climática, la metáfora del punto de inflexión se utiliza a veces en un sentido positivo, por ejemplo para referirse a los cambios en la opinión pública a favor de la acción para mitigar el cambio climático, o al potencial de pequeños cambios de política para acelerar rápidamente la transición a una economía verde. ^{[17] [18] [19]}

Los científicos han identificado muchos elementos en el sistema climático que pueden tener puntos de inflexión. ^{[12] [13]} A principios de la década de 2000, el IPCC comenzó a considerar la posibilidad de puntos de inflexión, originalmente denominados discontinuidades a gran escala . En ese momento, el IPCC concluyó que solo serían probables en el caso de un calentamiento global de 4 °C (7,2 °F) o más por encima de los tiempos preindustriales, y otra evaluación temprana situó la mayoría de los umbrales de puntos de inflexión en 3-5 °C (5,4-9,0 °F) por encima del calentamiento promedio de 1980-1999. ^[20] Desde entonces, las estimaciones de los umbrales de calentamiento global han disminuido en general, y se cree que algunos podrían estar en el rango del Acuerdo de París (1,5-2 °C (2,7-3,6 °F)) para 2016. ^[21] A partir de 2021, se considera que los puntos de inflexión tienen una probabilidad significativa con el nivel de calentamiento actual de poco más de 1 °C (1,8 °F), con una alta probabilidad por encima de los 2 °C (3,6 °F) de calentamiento global. ^[5] Algunos puntos de inflexión pueden estar cerca de ser cruzados o ya han sido cruzados, como los de las capas de hielo en la Antártida occidental y Groenlandia, los arrecifes de coral de aguas cálidas y la selva amazónica. ^{[22] [23]}

A septiembre de 2022, se han identificado nueve elementos de inflexión globales y siete elementos de inflexión de impacto regional . ^[2] De ellos, se estima que un elemento climático regional y tres globales probablemente pasarán un punto de inflexión si el calentamiento global alcanza los 1,5 °C (2,7 °F), a saber, el colapso de la capa de hielo de Groenlandia, el colapso de la capa de hielo de la Antártida occidental, la muerte de los arrecifes de coral tropicales y el deshielo abrupto del permafrost boreal. Se pronostica que es probable que se produzcan otros dos puntos de inflexión si el calentamiento continúa acercándose a los 2 °C (3,6 °F): la pérdida abrupta del hielo del mar de Barents y el colapso del giro subpolar del mar de Labrador . ^{[2] [24] [7]}

La capa de hielo de Groenlandia es la segunda capa de hielo más grande del mundo y tiene tres veces el tamaño del estado norteamericano de Texas . ^[25] El agua que contiene, si se derritiera por completo, elevaría los niveles del mar a nivel global en 7,2 metros (24 pies). ^[26] Debido al calentamiento global, la capa de hielo se está derritiendo a un ritmo acelerado, añadiendo casi 1 mm a los niveles globales del mar cada año. ^[27] Aproximadamente la mitad de la pérdida de hielo ocurre a través del derretimiento de la superficie, y el resto ocurre en la base de la capa de hielo donde toca el mar, al desprenderse (romper) icebergs de sus márgenes. ^[28]

La capa de hielo de Groenlandia tiene un punto de inflexión debido a la retroalimentación entre el derretimiento y la elevación . El derretimiento de la superficie reduce la altura de la capa de hielo y el aire a una altitud menor es más cálido. La capa de hielo queda entonces expuesta a temperaturas más cálidas, lo que acelera su derretimiento. ^[29] Un análisis de 2021 de sedimentos subglaciales en el fondo de un núcleo de hielo de Groenlandia de 1,4 kilómetros (0,87 millas) descubre que la capa de hielo de Groenlandia se derritió al menos una vez durante el último millón de años y, por lo tanto, sugiere firmemente que su punto de inflexión está por debajo del aumento máximo de temperatura de 2,5 °C (4,5 °F) sobre las condiciones preindustriales observadas durante ese período. ^{[30] [31]} Hay alguna evidencia de que la capa de hielo de Groenlandia está perdiendo estabilidad y se está acercando a un punto de inflexión. ^[29]

La capa de hielo de la Antártida Occidental (WAIS, por sus siglas en inglés) es una gran capa de hielo en la Antártida; en algunos lugares tiene más de 4 kilómetros (2,5 millas) de espesor. Se asienta sobre un lecho de roca en su mayor parte por debajo del nivel del mar, habiendo formado una cuenca subglacial profunda debido al peso de la capa de hielo durante millones de años. ^[32] Como tal, está en contacto con el calor del océano, lo que la hace vulnerable a una pérdida de hielo rápida e irreversible. Se podría alcanzar un punto de inflexión una vez que las líneas de base de la WAIS (el punto en el que el hielo ya no se asienta sobre la roca y se convierte en plataformas de hielo flotantes ) retrocedan detrás del borde de la cuenca subglacial, lo que resultaría en un retroceso autosostenido hacia la cuenca más profunda, un proceso conocido como inestabilidad de la capa de hielo marina (MISI, por sus siglas en inglés). ^{[33] [34] El adelgazamiento y el colapso de las} plataformas de hielo de la WAIS están ayudando a acelerar este retroceso de la línea de base. Si se derritiera por completo, la WAIS contribuiría con alrededor de 3,3 metros (11 pies) de aumento del nivel del mar durante miles de años. ^[13]

La pérdida de hielo de la WAIS se está acelerando, y se estima que algunos glaciares de salida están cerca o posiblemente ya han superado el punto de retroceso autosostenible. ^{[35] [36] [37]} El registro paleolítico sugiere que durante los últimos cientos de miles de años, la WAIS desapareció en gran medida en respuesta a niveles similares de calentamiento y escenarios de emisiones _de CO2 proyectados para los próximos siglos. ^[38]

Al igual que con las otras capas de hielo, existe una retroalimentación negativa que contrarresta: un mayor calentamiento también intensifica los efectos del cambio climático en el ciclo del agua , lo que resulta en un aumento de las precipitaciones sobre la capa de hielo en forma de nieve durante el invierno, que se congelaría en la superficie, y este aumento en el balance de masa superficial (SMB) contrarresta una fracción de la pérdida de hielo. En el Quinto Informe de Evaluación del IPCC , se sugirió que este efecto podría potencialmente superar el aumento de la pérdida de hielo bajo los niveles más altos de calentamiento y dar como resultado una pequeña ganancia neta de hielo, pero cuando se publicó el Sexto Informe de Evaluación del IPCC , la mejora de la modelización había demostrado que la ruptura de los glaciares se aceleraría sistemáticamente a un ritmo más rápido. ^{[39] [40]}

La capa de hielo de la Antártida Oriental es la capa de hielo más grande y más gruesa de la Tierra, con un espesor máximo de 4.800 metros (3,0 mi). Una desintegración completa elevaría el nivel global del mar en 53,3 metros (175 pies), pero esto podría no ocurrir hasta que el calentamiento global alcance los 10 °C (18 °F), mientras que la pérdida de dos tercios de su volumen podría requerir al menos 6 °C (11 °F) de calentamiento para activarse. ^[41] Su derretimiento también ocurriría en una escala de tiempo más larga que la pérdida de cualquier otro hielo en el planeta, tardando no menos de 10.000 años en completarse. Sin embargo, las porciones de la cuenca subglacial de la capa de hielo de la Antártida Oriental pueden ser vulnerables a vuelcos en niveles más bajos de calentamiento. ^[7] La ​​cuenca de Wilkes es de particular preocupación, ya que contiene suficiente hielo para elevar el nivel del mar en aproximadamente 3-4 metros (10-13 pies). ^[3]

El hielo marino del Ártico se identificó en su día como un posible elemento de inflexión. La pérdida del hielo marino que refleja la luz solar durante el verano expone el océano (oscuro), que se calentaría. Es probable que la capa de hielo marino del Ártico se derrita por completo incluso con niveles relativamente bajos de calentamiento, y se planteó la hipótesis de que esto podría acabar transfiriendo suficiente calor al océano para impedir la recuperación del hielo marino incluso si se revierte el calentamiento global. Los modelos actuales muestran que esta transferencia de calor durante el verano ártico no supera el enfriamiento y la formación de nuevo hielo durante el invierno ártico . Por tanto, la pérdida de hielo ártico durante el verano no es un punto de inflexión mientras el invierno ártico siga siendo lo suficientemente frío como para permitir la formación de nuevo hielo marino ártico. ^{[42] [43]} Sin embargo, si los niveles más altos de calentamiento impiden la formación de nuevo hielo ártico incluso durante el invierno, este cambio puede volverse irreversible. En consecuencia, el hielo marino invernal ártico se incluye como un posible punto de inflexión en una evaluación de 2022. ^[7]

Además, la misma evaluación argumentó que, si bien el resto del hielo en el océano Ártico puede recuperarse de una pérdida total de verano durante el invierno, la capa de hielo en el mar de Barents puede no reformarse durante el invierno incluso por debajo de los 2 °C (3,6 °F) de calentamiento. ^[7] Esto se debe a que el mar de Barents ya es la parte del Ártico que se calienta más rápido: en 2021-2022 se encontró que, si bien el calentamiento dentro del Círculo Polar Ártico ya ha sido casi cuatro veces más rápido que el promedio mundial desde 1979, ^{[44] [45]} el mar de Barents se calentó hasta siete veces más rápido que el promedio mundial. ^{[46] [47]} Este punto de inflexión es importante debido a la historia de una década de investigación sobre las conexiones entre el estado del hielo del mar de Barents- Kara y los patrones climáticos en otras partes de Eurasia . ^{[48] [49] [50] [51] [52]}

Los glaciares de montaña son el mayor depósito de hielo terrestre después de las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida, y también se están derritiendo como resultado del cambio climático. Un punto de inflexión de un glaciar es cuando entra en un estado de desequilibrio con el clima y se derretirá a menos que las temperaturas bajen. ^{[54] [55]} Los ejemplos incluyen glaciares de la Cordillera de las Cascadas del Norte , donde incluso en 2005 el 67% de los glaciares observados estaban en desequilibrio y no sobrevivirán a la continuación del clima actual, ^[56] o los Alpes franceses , donde se espera que los glaciares Argentière y Mer de Glace desaparezcan por completo a fines del siglo XXI si persisten las tendencias climáticas actuales. ^[57] En total, se estimó que en 2023 el 49% de los glaciares del mundo se perderían para el año 2100 con un calentamiento global de 1,5 °C (2,7 °F), y el 83% de los glaciares se perderían con un calentamiento de 4 °C (7,2 °F). Esto equivaldría a una cuarta parte y casi la mitad de la pérdida de *masa* de los glaciares de montaña, respectivamente, ya que solo los glaciares más grandes y resistentes sobrevivirían al siglo. Esta pérdida de hielo también contribuiría con ~ 9 cm ( 3+1 ⁄ 2 pulgada  ) y ~15 cm (6 pulgadas) al aumento del nivel del mar, mientras que la trayectoria probable actual de 2,7 °C (4,9 °F) resultaría en una contribución al SLR de ~11 cm ( 4+1 ⁄ 2  pulgada) para el año 2100. ^[53]

La mayor cantidad absoluta de hielo glaciar se encuentra en la región del Himalaya del Hindu Kush , que se conoce coloquialmente como el Tercer Polo de la Tierra . Se cree que un tercio de ese hielo se perderá para 2100, incluso si el calentamiento se limita a 1,5 °C (2,7 °F), mientras que los escenarios de cambio climático intermedio y severo ( trayectorias de concentración representativas (RCP) 4,5 y 8,5) probablemente conducirán a pérdidas del 50% y más del 67% de los glaciares de la región durante el mismo período. Se proyecta que el derretimiento de los glaciares acelerará los flujos de los ríos regionales hasta que la cantidad de agua de deshielo alcance su punto máximo alrededor de 2060, entrando después en un declive irreversible. Como las precipitaciones regionales seguirán aumentando incluso cuando disminuya la contribución del agua de deshielo de los glaciares, se espera que los caudales fluviales anuales solo disminuyan en las cuencas occidentales donde la contribución del monzón es baja: sin embargo, la irrigación y la generación de energía hidroeléctrica aún tendrían que ajustarse a una mayor variabilidad interanual y a caudales premonzónicos más bajos en todos los ríos de la región. ^{[58] [59] [60]}

El suelo perennemente congelado, o permafrost , cubre grandes porciones de tierra, principalmente en Siberia , Alaska , el norte de Canadá y la meseta tibetana , y puede tener hasta un kilómetro de espesor. ^{[61] [13]} El permafrost submarino de hasta 100 metros de espesor también se encuentra en el fondo marino bajo parte del Océano Ártico. ^[62] Este suelo congelado contiene grandes cantidades de carbono de plantas y animales que han muerto y se han descompuesto a lo largo de miles de años. Los científicos creen que hay casi el doble de carbono en el permafrost que en la atmósfera de la Tierra. ^[62]

A medida que el clima se calienta y el permafrost comienza a descongelarse, se liberan dióxido de carbono y metano a la atmósfera. Con temperaturas más altas, los microbios se activan y descomponen el material biológico en el permafrost, parte del cual se pierde irreversiblemente. ^[63] Si bien la mayor parte del deshielo es gradual y llevará siglos, puede ocurrir un deshielo abrupto en algunos lugares donde el permafrost es rico en grandes masas de hielo, que una vez derretidas hacen que el suelo se desplome o forme lagos "termokarst" en el transcurso de años o décadas. ^{[64] [65]} Estos procesos pueden volverse autosostenibles, lo que lleva a una dinámica de vuelco localizada y podría aumentar las emisiones de gases de efecto invernadero en alrededor del 40%. ^[66] Debido a que el CO2 _y el metano son gases de efecto invernadero, actúan como una retroalimentación que se refuerza a sí misma en el deshielo del permafrost, pero es poco probable que conduzcan a un punto de inflexión global o un proceso de calentamiento descontrolado. ^{[67] [68] [69]}

La Circulación Meridional Atlántica (CMA), también conocida como el Sistema de la Corriente del Golfo, es un gran sistema de corrientes oceánicas . ^{[70] [71]} Está impulsada por diferencias en la densidad del agua; el agua más fría y salada es más pesada que el agua dulce más cálida. ^[71] La CMA actúa como una cinta transportadora, enviando agua superficial cálida desde los trópicos hacia el norte y transportando agua dulce fría de regreso al sur. ^[70] A medida que el agua cálida fluye hacia el norte, parte se evapora, lo que aumenta la salinidad. También se enfría cuando se expone al aire más frío. El agua fría y salada es más densa y comienza a hundirse lentamente. Varios kilómetros por debajo de la superficie, el agua fría y densa comienza a moverse hacia el sur. ^[71] El aumento de las precipitaciones y el derretimiento del hielo debido al calentamiento global diluyen el agua superficial salada, y el calentamiento disminuye aún más su densidad. El agua más liviana tiene menos capacidad de hundirse, lo que ralentiza la circulación. ^[13]

La teoría, los modelos simplificados y las reconstrucciones de cambios abruptos en el pasado sugieren que la AMOC tiene un punto de inflexión. Si el aporte de agua dulce proveniente de los glaciares que se derriten alcanza un cierto umbral, podría colapsar y quedar en un estado de flujo reducido. Incluso después de que se detenga el derretimiento, la AMOC podría no volver a su estado actual. Es poco probable que la AMOC se incline en el siglo XXI ^[72] , pero podría hacerlo antes de 2300 si las emisiones de gases de efecto invernadero son muy altas. Se espera un debilitamiento de entre el 24% y el 39% dependiendo de las emisiones de gases de efecto invernadero, incluso sin un comportamiento de inflexión ^[73] . Si la AMOC se cierra, podría surgir un nuevo estado estable que dure miles de años, posiblemente desencadenando otros puntos de inflexión ^{[13] .}

En 2021, un estudio que utilizó un modelo oceánico primitivo de diferencias finitas estimó que el colapso de la AMOC podría ser provocado por un aumento suficientemente rápido en el derretimiento del hielo, incluso si nunca alcanzó los umbrales comunes de inflexión obtenidos a partir de un cambio más lento. Por lo tanto, implicaba que el colapso de la AMOC es más probable de lo que suelen estimar los modelos climáticos complejos y de gran escala. ^[74] Otro estudio de 2021 encontró señales de alerta temprana en un conjunto de índices de AMOC, lo que sugiere que la AMOC puede estar cerca de un punto de inflexión. ^[75] Sin embargo, otro estudio publicado en la misma revista el año siguiente contradijo este estudio, que encontró una AMOC en gran medida estable que hasta ahora no se había visto afectada por el cambio climático más allá de su propia variabilidad natural. ^[76] Dos estudios más publicados en 2022 también han sugerido que los enfoques de modelado que se utilizan comúnmente para evaluar la AMOC parecen sobreestimar el riesgo de su colapso. ^{[77] [78]}

Algunos modelos climáticos indican que la convección profunda en los mares de Labrador e Irminger podría colapsar bajo ciertos escenarios de calentamiento global , lo que luego colapsaría toda la circulación en el giro subpolar del Norte . Se considera poco probable que se recupere incluso si la temperatura regresa a un nivel más bajo, lo que lo convierte en un ejemplo de un punto de inflexión climático. Esto daría lugar a un enfriamiento rápido, con implicaciones para los sectores económicos, la industria agrícola, los recursos hídricos y la gestión de la energía en Europa occidental y la costa este de los Estados Unidos. ^[79] Frajka-Williams et al. 2017 señalaron que los cambios recientes en el enfriamiento del giro subpolar, las temperaturas cálidas en los subtrópicos y las anomalías frías en los trópicos, aumentaron la distribución espacial del gradiente meridional en las temperaturas de la superficie del mar , que no es capturado por el índice AMO . ^[80]

Un estudio de 2021 descubrió que este colapso ocurre en solo cuatro modelos CMIP6 de los 35 analizados. Sin embargo, solo 11 modelos de 35 pueden simular la Corriente del Atlántico Norte con un alto grado de precisión, y esto incluye los cuatro modelos que simulan el colapso del giro subpolar. Como resultado, el estudio estimó el riesgo de un evento de enfriamiento abrupto sobre Europa causado por el colapso de la corriente en 36,4%, que es menor que la probabilidad del 45,5% estimada por la generación anterior de modelos ^[81]. En 2022, un artículo sugirió que la interrupción anterior del giro subpolar estaba relacionada con la Pequeña Edad de Hielo . ^[82]

La selva amazónica es la selva tropical más grande del mundo. Es el doble de grande que la India y se extiende por nueve países de América del Sur. Produce alrededor de la mitad de su propia lluvia reciclando la humedad a través de la evaporación y la transpiración a medida que el aire se mueve a través del bosque. ^[13] Este reciclaje de humedad expande el área en la que hay suficiente lluvia para mantener la selva tropical, y sin él, un modelo indica que alrededor del 40% de la superficie forestal actual sería demasiado seca para sostener la selva tropical. ^[97] Sin embargo, cuando el bosque se pierde debido al cambio climático (por sequías e incendios forestales) o la deforestación , habrá menos lluvia en las regiones a sotavento, lo que aumentará el estrés y la mortalidad de los árboles allí. Con el tiempo, si se pierde suficiente bosque, se puede alcanzar un umbral más allá del cual grandes partes de la selva tropical restante pueden morir y transformarse en bosques degradados más secos o paisajes de sabana , particularmente en el sur y el este más secos. ^{[98] [99]} En 2022, un estudio informó que la selva tropical ha estado perdiendo resiliencia desde principios de la década de 2000. ^{[100] La resiliencia se mide por el tiempo de recuperación de} perturbaciones de corto plazo , y el retorno tardío al equilibrio de la selva tropical se denomina desaceleración crítica . La pérdida de resiliencia observada refuerza la teoría de que la selva tropical podría estar acercándose a una transición crítica , aunque no puede determinar exactamente cuándo o si se alcanzará un punto de inflexión. ^{[101] [102]}

Durante el último cuarto del siglo XX, la zona de latitud ocupada por la taiga experimentó algunos de los mayores aumentos de temperatura en la Tierra. Las temperaturas invernales han aumentado más que las estivales. En verano, la temperatura mínima diaria ha aumentado más que la temperatura máxima diaria. ^[103] Se ha planteado la hipótesis de que los entornos boreales tienen solo unos pocos estados que son estables a largo plazo: una tundra / estepa sin árboles , un bosque con >75% de cobertura arbórea y un bosque abierto con ~20% y ~45% de cobertura arbórea. Por lo tanto, el cambio climático continuo podría obligar a al menos algunos de los bosques de taiga actualmente existentes a convertirse en uno de los dos estados de bosque o incluso en una estepa sin árboles, pero también podría convertir las áreas de tundra en bosques o estados de bosque a medida que se calientan y se vuelven más adecuadas para el crecimiento de los árboles. ^[104]

Estas tendencias se detectaron por primera vez en los bosques boreales canadienses a principios de la década de 2010, ^{[105] [106] [107] [108]} y también se ha demostrado que el calentamiento estival aumenta el estrés hídrico y reduce el crecimiento de los árboles en las zonas secas del bosque boreal meridional en el centro de Alaska y en partes del extremo oriental de Rusia. ^[109] En Siberia, la taiga se está convirtiendo de alerces predominantemente desprovistos de agujas a coníferas de hoja perenne en respuesta al calentamiento del clima.

Investigaciones posteriores en Canadá descubrieron que incluso en los bosques donde las tendencias de biomasa no cambiaron, hubo un cambio sustancial hacia los árboles de hoja ancha caducifolios con mayor tolerancia a la sequía en los últimos 65 años. ^[110] Un análisis Landsat de 100.000 sitios no perturbados encontró que las áreas con baja cobertura de árboles se volvieron más verdes en respuesta al calentamiento, pero la mortalidad de los árboles (pardeamiento) se convirtió en la respuesta dominante a medida que aumentaba la proporción de la cobertura de árboles existente. ^[111] Un estudio de 2018 de las siete especies de árboles dominantes en los bosques del este de Canadá encontró que, si bien el calentamiento de 2 °C (3,6 °F) por sí solo aumenta su crecimiento en alrededor del 13% en promedio, la disponibilidad de agua es mucho más importante que la temperatura. Además, un calentamiento adicional de hasta 4 °C (7,2 °F) resultaría en disminuciones sustanciales a menos que se corresponda con aumentos en las precipitaciones. ^[112]

Un artículo de 2021 había confirmado que los bosques boreales se ven mucho más afectados por el cambio climático que los otros tipos de bosques en Canadá y proyectó que la mayoría de los bosques boreales del este de Canadá alcanzarían un punto de inflexión alrededor de 2080 bajo el escenario RCP 8.5, que representa el mayor aumento potencial de las emisiones antropogénicas. ^[113] Otro estudio de 2021 proyectó que bajo el escenario moderado SSP2-4.5 , los bosques boreales experimentarían un aumento mundial del 15% en biomasa para fines de siglo, pero esto sería más que compensado por la disminución del 41% de la biomasa en los trópicos. ^[114] En 2022, los resultados de un experimento de calentamiento de cinco años en América del Norte habían demostrado que los ejemplares jóvenes de las especies de árboles que actualmente dominan los márgenes meridionales de los bosques boreales son los que sufren peores consecuencias incluso ante un calentamiento de 1,5 °C (2,7 °F) o 3,1 °C (5,6 °F) y las reducciones asociadas en las precipitaciones. Si bien las especies templadas que se beneficiarían de esas condiciones también están presentes en los bosques boreales meridionales, son raras y tienen tasas de crecimiento más lentas. ^[115]

El Informe Especial sobre el Calentamiento Global de 1,5 °C y el Quinto Informe de Evaluación del IPCC indican que el calentamiento global probablemente resultará en un aumento de las precipitaciones en la mayor parte de África Oriental, partes de África Central y la principal estación húmeda de África Occidental. ^{[116] : 16–17} Sin embargo, existe una incertidumbre significativa relacionada con estas proyecciones, especialmente para África Occidental. ^{[116] : 16–17} Actualmente, el Sahel se está volviendo más verde, pero las precipitaciones no se han recuperado completamente a los niveles alcanzados a mediados del siglo XX. ^{[117] : 267}

Un estudio de 2022 concluyó: "Es evidente que la existencia de un futuro umbral de inflexión para el WAM ( monzón de África occidental ) y el Sahel sigue siendo incierta, al igual que su signo, pero dados los múltiples cambios abruptos pasados, las debilidades conocidas de los modelos actuales y los enormes impactos regionales pero la modesta retroalimentación climática global, mantenemos el Sahel/WAM como un posible elemento de inflexión del impacto regional (baja confianza)". ^[2]

Algunas simulaciones del calentamiento global y del aumento de las concentraciones de dióxido de carbono han mostrado un aumento sustancial de las precipitaciones en el Sahel/Sáhara. ^{[118] : 4} Esto y el aumento del crecimiento de las plantas inducido directamente por el dióxido de carbono ^{[119] : 236} podrían conducir a una expansión de la vegetación hacia el desierto actual, aunque podría ir acompañada de un desplazamiento del desierto hacia el norte, es decir, un secado del extremo norte de África. ^{[117] : 267}

En 2017, se descubrió que el 40% de los humedales de la Cuvette Centrale están cubiertos por una densa capa de turba , que contiene alrededor de 30 petagramos (miles de millones de toneladas) de carbono . Esto equivale al 28% de todo el carbono de la turba tropical, equivalente al carbono contenido en todos los bosques de la cuenca del Congo. En otras palabras, aunque esta turbera solo cubre el 4% del área de la cuenca del Congo, su contenido de carbono es igual al de todos los árboles en el otro 96%. ^{[120] [121] [122]} Entonces se estimó que si toda esa turba se quemara, la atmósfera absorbería el equivalente a 20 años de las emisiones actuales de dióxido de carbono de los Estados Unidos , o tres años de todas las emisiones antropogénicas de CO _2. ^{[121] [123]}

Esta amenaza motivó la firma de la Declaración de Brazzaville en marzo de 2018: un acuerdo entre la República Democrática del Congo , la República del Congo e Indonesia (un país con mayor experiencia en la gestión de sus propias turberas tropicales) que tiene como objetivo promover una mejor gestión y conservación de esta región. ^[124] Sin embargo, la investigación de 2022 realizada por el mismo equipo que originalmente descubrió esta turbera no solo revisó su área (de la estimación original de 145.500 kilómetros cuadrados (56.200 millas cuadradas) a 167.600 kilómetros cuadrados (64.700 millas cuadradas)) y profundidad (de 2 m (6,6 pies) a (1,7 m (5,6 pies)) sino que también señaló que solo el 8% de este carbono de turba está actualmente cubierto por las áreas protegidas existentes . A modo de comparación, el 26% de su turba se encuentra en áreas abiertas a la tala , la minería o las plantaciones de aceite de palma , y ​​casi toda esta área está abierta a la exploración de combustibles fósiles . ^[125]

Incluso en ausencia de perturbaciones locales causadas por estas actividades, esta zona es el depósito de carbono de turba tropical más vulnerable del mundo, ya que su clima ya es mucho más seco que el de otras turberas tropicales del sudeste asiático y la selva amazónica . Un estudio de 2022 sugiere que las condiciones geológicas recientes entre hace 7.500 y 2.000 años ya eran lo suficientemente secas como para provocar una liberación sustancial de turba de esta zona, y que es probable que estas condiciones se repitan en un futuro próximo si el cambio climático continúa. En este caso, Cuvette Centrale actuaría como uno de los puntos de inflexión del sistema climático en algún momento aún desconocido. ^{[122] [126]}

Alrededor de 500 millones de personas en todo el mundo dependen de los arrecifes de coral para su alimentación, ingresos, turismo y protección costera. ^[127] Desde la década de 1980, esto se ve amenazado por el aumento de las temperaturas de la superficie del mar , que está provocando un blanqueamiento masivo de los corales , especialmente en las regiones subtropicales . ^[128] Un aumento sostenido de la temperatura del océano de 1 °C (1,8 °F) por encima del promedio es suficiente para causar blanqueamiento. ^[129] Bajo estrés térmico, los corales expulsan las pequeñas algas coloridas que viven en sus tejidos, lo que hace que se vuelvan blancos. Las algas, conocidas como zooxantelas , tienen una relación simbiótica con los corales de tal manera que sin ellas, los corales mueren lentamente. ^[130] Después de que estas zooxantelas han desaparecido, los corales son vulnerables a una transición hacia un ecosistema dominado por algas , lo que hace que sea muy difícil volver a un ecosistema dominado por corales. ^[131] El IPCC estima que para cuando las temperaturas hayan aumentado a 1,5 °C (2,7 °F) por encima de los tiempos preindustriales, se proyecta que los arrecifes de coral... disminuirán en un 70-90% adicional a 1,5 °C; y que si el mundo se calienta 2 °C (3,6 °F), se volverán extremadamente raros. ^[132]

Cruzar un umbral en una parte del sistema climático puede desencadenar otro elemento de inflexión que lo lleve a un nuevo estado. Estas secuencias de umbrales se denominan puntos de inflexión en cascada , un ejemplo de efecto dominó . ^[11] La pérdida de hielo en la Antártida occidental y Groenlandia alterará significativamente la circulación oceánica . El calentamiento sostenido de las altas latitudes del norte como resultado de este proceso podría activar elementos de inflexión en esa región, como la degradación del permafrost y la muerte regresiva de los bosques boreales . ^[3] El deshielo del permafrost es un multiplicador de amenazas porque contiene aproximadamente el doble de carbono que la cantidad que circula actualmente en la atmósfera. ^[6] La pérdida de hielo en Groenlandia probablemente desestabilice la capa de hielo de la Antártida occidental a través del aumento del nivel del mar, y viceversa, especialmente si Groenlandia se derritiera primero, ya que la Antártida occidental es particularmente vulnerable al contacto con agua marina cálida. ^[10]

Un estudio de 2021 con tres millones de simulaciones por computadora de un modelo climático mostró que casi un tercio de esas simulaciones resultaron en efectos dominó, incluso cuando los aumentos de temperatura se limitaron a 2 °C (3,6 °F), el límite superior establecido por el Acuerdo de París en 2015. ^{[10] [138]} Los autores del estudio dijeron que la ciencia de los puntos de inflexión es tan compleja que existe una gran incertidumbre en cuanto a cómo podrían desarrollarse, pero, sin embargo, argumentaron que la posibilidad de puntos de inflexión en cascada representa "una amenaza existencial para la civilización". ^[139] Un análisis del modelo de red sugirió que los excesos temporales del cambio climático (aumentar la temperatura global más allá de los objetivos del Acuerdo de París temporalmente, como a menudo se proyecta) pueden aumentar sustancialmente los riesgos de cascadas de inflexión climática ("hasta en un 72% en comparación con los escenarios sin exceso"). ^{[140] [141]}

La posibilidad de que El Niño-Oscilación del Sur (ENSO) sea un elemento de inflexión había atraído la atención en el pasado. ^[10] Normalmente, los vientos fuertes soplan hacia el oeste a través del Océano Pacífico Sur desde Sudamérica hasta Australia . Cada dos a siete años, los vientos se debilitan debido a los cambios de presión y el aire y el agua en medio del Pacífico se calientan, lo que provoca cambios en los patrones de movimiento del viento en todo el mundo. Esto se conoce como El Niño y generalmente conduce a sequías en India , Indonesia y Brasil , y un aumento de las inundaciones en Perú . En 2015/2016, esto causó escasez de alimentos que afectó a más de 60 millones de personas. ^[142] Las sequías inducidas por El Niño pueden aumentar la probabilidad de incendios forestales en la Amazonia . ^[143] Se estimó que el umbral de inflexión se encontraba entre 3,5 °C (6,3 °F) y 7 °C (13 °F) de calentamiento global en 2016. ^[21] Después del inflexión, el sistema estaría en un estado de El Niño más permanente, en lugar de oscilar entre diferentes estados. Esto ha sucedido en el pasado de la Tierra, en el Plioceno , pero la disposición del océano era significativamente diferente a la actual. ^[10] Hasta ahora, no hay evidencia definitiva que indique cambios en el comportamiento de ENSO, ^[143] y el Sexto Informe de Evaluación del IPCC concluyó que es "prácticamente seguro que ENSO seguirá siendo el modo dominante de variabilidad interanual en un mundo más cálido". ^[144] En consecuencia, la evaluación de 2022 ya no lo incluye en la lista de posibles elementos de inflexión. ^[7]

El monzón de verano indio es otra parte del sistema climático que se consideró susceptible de un colapso irreversible en investigaciones anteriores. ^[145] Sin embargo, investigaciones más recientes han demostrado que el calentamiento tiende a fortalecer el monzón indio, ^[146] y se proyecta que se fortalecerá en el futuro. ^[147]

En un principio se pensó que los depósitos de hidratos de metano en el Ártico eran vulnerables a una rápida disociación que tendría un gran impacto en las temperaturas globales, en un escenario dramático conocido como la hipótesis del cañón de clatratos . Investigaciones posteriores descubrieron que los hidratos de metano tardan milenios en responder al calentamiento, ^[148] mientras que las emisiones de metano del fondo marino rara vez se transfieren de la columna de agua a la atmósfera. ^{[149] [150] [151]} El Sexto Informe de Evaluación del IPCC afirma que "es muy improbable que los clatratos de gas (principalmente metano) en el permafrost terrestre más profundo y los clatratos submarinos conduzcan a una desviación detectable de la trayectoria de las emisiones durante este siglo". ^[152]

El comportamiento de los puntos de inflexión en el clima se puede describir en términos matemáticos. Se han identificado tres tipos de puntos de inflexión: de bifurcación , inducidos por ruido y dependientes de la velocidad . ^{[153] [154]}

La inclinación inducida por bifurcación ocurre cuando un parámetro particular del clima (por ejemplo, un cambio en las condiciones ambientales o un forzamiento ) pasa un nivel crítico –en cuyo punto se produce una bifurcación– y lo que era un estado estable pierde su estabilidad o simplemente desaparece. ^{[154] [155]} La Circulación Meridional Atlántica de Retorno (CMA) es un ejemplo de un elemento de inclinación que puede mostrar inclinación inducida por bifurcación. Los cambios lentos en los parámetros de bifurcación en este sistema –la salinidad y la temperatura del agua– pueden empujar la circulación hacia el colapso. ^{[156] [157]}

Muchos tipos de bifurcaciones presentan histéresis ^[158] , que es la dependencia del estado de un sistema con respecto a su historia. Por ejemplo, dependiendo de lo cálido que haya sido en el pasado, puede haber diferentes cantidades de hielo en los polos con la misma concentración de gases de efecto invernadero o temperatura. ^[159]

En el caso de los puntos de inflexión que se producen debido a una bifurcación, puede ser posible detectar si un sistema se está acercando a un punto de inflexión, ya que se vuelve menos resistente a las perturbaciones al acercarse al umbral de inflexión. Estos sistemas muestran una desaceleración crítica , con una memoria aumentada ( autocorrelación creciente ) y varianza . Dependiendo de la naturaleza del sistema de inflexión, puede haber otros tipos de señales de advertencia temprana. ^{[160] [161]} El cambio abrupto no es una señal de advertencia temprana (EWS) para los puntos de inflexión, ya que el cambio abrupto también puede ocurrir si los cambios son reversibles para el parámetro de control. ^{[162] [163]}

Estos sistemas de alerta temprana se desarrollan y prueban a menudo utilizando series temporales del registro paleolítico, como sedimentos, capas de hielo y anillos de árboles, donde se pueden observar ejemplos pasados ​​de vuelco. ^{[160] [164]} No siempre es posible decir si el aumento de la varianza y la autocorrelación es un precursor del vuelco, o causado por la variabilidad interna, por ejemplo en el caso del colapso de la AMOC. ^[164] Las limitaciones de calidad de los paleodatos complican aún más el desarrollo de los sistemas de alerta temprana. ^[164] Se han desarrollado para detectar el vuelco debido a la sequía en los bosques de California, ^[165] y el derretimiento del glaciar Pine Island en la Antártida occidental, ^[163] entre otros sistemas. Utilizando señales de alerta temprana (aumento de la autocorrelación y la varianza de la serie temporal de la tasa de derretimiento), se ha sugerido que la capa de hielo de Groenlandia está perdiendo resiliencia en la actualidad, en consonancia con las señales de alerta temprana modeladas de la capa de hielo. ^[166]

Los cambios inducidos por el hombre en el sistema climático pueden ser demasiado rápidos para que las señales de alerta temprana se hagan evidentes, especialmente en sistemas con inercia. ^[167]

La inclinación inducida por ruido es la transición de un estado a otro debido a fluctuaciones aleatorias o variabilidad interna del sistema. Las transiciones inducidas por ruido no muestran ninguna de las señales de alerta temprana que ocurren con las bifurcaciones. Esto significa que son impredecibles porque el potencial subyacente no cambia. Debido a que son impredecibles, tales ocurrencias a menudo se describen como un evento "de una vez cada x años". ^[168] Un ejemplo son los eventos Dansgaard-Oeschger durante la última edad de hielo , con 25 ocurrencias de fluctuaciones climáticas repentinas durante un período de 500 años. ^[169]

El vuelco inducido por la velocidad ocurre cuando un cambio en el medio ambiente es más rápido que la fuerza que restaura el sistema a su estado estable. ^[154] En las turberas , por ejemplo, después de años de relativa estabilidad, el vuelco inducido por la velocidad puede conducir a una " liberación explosiva de carbono del suelo de las turberas a la atmósfera", a veces conocida como "inestabilidad de la bomba de compost". ^{[170] [171]} La AMOC también puede mostrar un vuelco inducido por la velocidad: si la velocidad de derretimiento del hielo aumenta demasiado rápido, puede colapsar, incluso antes de que el derretimiento del hielo alcance el valor crítico donde el sistema sufriría una bifurcación. ^[172]

Los puntos de inflexión pueden tener efectos muy graves. ^[3] Pueden exacerbar los peligrosos impactos actuales del cambio climático o dar lugar a nuevos impactos. Algunos posibles puntos de inflexión se producirían de forma abrupta, como las interrupciones del monzón indio , con graves impactos en la seguridad alimentaria de cientos de millones de personas. Otros impactos probablemente se producirían en escalas de tiempo más largas, como el derretimiento de los casquetes polares . El aumento de alrededor de 10 metros (33 pies) del nivel del mar debido al derretimiento combinado de Groenlandia y la Antártida occidental requeriría trasladar muchas ciudades al interior a lo largo de los siglos, pero también aceleraría el aumento del nivel del mar este siglo, y se proyecta que la inestabilidad de la capa de hielo de la Antártida expondrá a 120 millones de personas más a inundaciones anuales en un escenario de emisiones medias. ^[173] Un colapso de la Circulación Atlántica provocaría más de 10 grados Celsius de enfriamiento en partes de Europa, causaría desecación en Europa, América Central, África occidental y el sur de Asia, y conduciría a aproximadamente 1 metro ( 3+1 ⁄ 2  pie) de aumento del nivel del mar en el Atlántico Norte. ^{[5] [174] [175]} Los impactos del colapso de la AMOC tendrían serias implicaciones para la seguridad alimentaria, con una proyección que muestra rendimientos reducidos de cultivos clave en la mayoría de las regiones del mundo, con, por ejemplo, la agricultura cultivable volviéndose económicamente inviable en Gran Bretaña. ^{[176] [177]} Estos impactos podrían ocurrir simultáneamente en el caso de puntos de inflexión en cascada. ^[148] Una revisión de cambios abruptos en los últimos 30.000 años mostró que los puntos de inflexión pueden conducir a un gran conjunto de impactos en cascada en los sistemas climáticos, ecológicos y sociales. Por ejemplo, la terminación abrupta del período húmedo africano en cascada, y la desertificación y los cambios de régimen llevaron al retroceso de las sociedades pastorales en el norte de África y a un cambio de dinastía en Egipto . ^[164]

Algunos investigadores han propuesto un umbral que, si se cruza, podría desencadenar múltiples puntos de inflexión y bucles de retroalimentación que se refuerzan a sí mismos y evitarían la estabilización del clima, causando un calentamiento y un aumento del nivel del mar mucho mayores y provocando graves perturbaciones en los ecosistemas, la sociedad y las economías. ^[178] Este escenario a veces se denomina el escenario de la Tierra Invernadero . Los investigadores propusieron que este escenario podría desarrollarse más allá de un umbral de alrededor de 2 °C por encima de los niveles preindustriales. Sin embargo, si bien este escenario es posible, la existencia y el valor de este umbral siguen siendo especulativos, y se han planteado dudas sobre si los puntos de inflexión bloquearían un calentamiento mucho mayor en el corto plazo. ^{[179] [180]} Las decisiones que se tomen durante la próxima década podrían influir en el clima del planeta durante decenas a cientos de miles de años e incluso potencialmente conducir a condiciones que sean inhóspitas para las sociedades humanas actuales. El informe también señala que existe la posibilidad de que se desencadene una cascada de puntos de inflexión incluso si se alcanza el objetivo delineado en el Acuerdo de París de limitar el calentamiento a 1,5-2,0 °C (34,7-35,6 °F). ^[178]

El registro geológico muestra muchos cambios abruptos que sugieren que los puntos de inflexión pueden haber sido cruzados en tiempos prehistóricos. ^[181] Por ejemplo, los eventos Dansgaard-Oeschger durante la última edad de hielo fueron períodos de calentamiento abrupto (en décadas) en Groenlandia y Europa, que pueden haber involucrado cambios abruptos en las principales corrientes oceánicas. Durante la desglaciación en el Holoceno temprano , el aumento del nivel del mar no fue suave, sino que aumentó abruptamente durante los pulsos de agua de deshielo . El monzón en el norte de África vio cambios abruptos en escalas de tiempo decenales durante el período húmedo africano . Este período, que abarcó desde hace 15.000 a 5.000 años, también terminó repentinamente en un estado más seco.

Un efecto invernadero descontrolado es un punto de inflexión tan extremo que los océanos se evaporan ^[182] y el vapor de agua escapa al espacio, un estado climático irreversible que ocurrió en Venus . ^[183] ​​Un efecto invernadero descontrolado prácticamente no tiene posibilidad de ser causado por las personas. ^{[184] [ se necesita más explicación ]} Las condiciones similares a las de Venus en la Tierra requieren un gran forzamiento a largo plazo que es poco probable que ocurra hasta que el sol brille en un diez por ciento, lo que tomará entre 600 y 700 millones de años. ^[185]

• Escenario de cambio climático  : representación hipotética de posibles condiciones futuras
• Sensibilidad climática  : concepto en la ciencia del clima
• La Tierra como invernadero y como depósito de hielo  : estados climáticos opuestos en la Tierra
• Límites planetarios  : límites que no deben sobrepasarse si la humanidad quiere sobrevivir en un ecosistema seguro
• Advertencia de los científicos mundiales a la humanidad  : documento de 1992 sobre la huella de carbono humana