NAO-Driven AMOC Collapse through the Edge State using a Rare Event Approach
Utilizzando simulazioni di eventi rari con un modello di complessità intermedia, questo studio dimostra che condizioni persistenti di Oscillazione Nord Atlantica negativa possono guidare la Circolazione Meridionale dell'Atlantico verso uno stato critico di soglia, potenzialmente innescandone il collasso indipendentemente da ulteriori forzanti atmosferiche.
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L'oceano non è una vasca da bagno statica; è un immenso motore in movimento che aiuta a regolare il clima terrestre. Uno dei suoi componenti più critici è la Circolazione Meridionale Atlantica, un gigantesco nastro trasportatore d'acqua che trasporta calore verso nord e acqua fredda verso sud. Questo sistema agisce come un termostato per il pianeta, modellando i modelli meteorologici dalle zone tropicali all'Artico. Gli scienziati sanno da tempo che questo nastro trasportatore può passare tra due stati molto diversi: un flusso forte e sano che mantiene l'Europa mite, e uno stato collassato e debole che porterebbe a un raffreddamento drammatico e interromperebbe il clima globale. Mentre spesso ci preoccupiamo che lo scioglimento del ghiaccio o l'aumento dei gas serra possano spingere questo sistema oltre il limite, un nuovo studio pone una domanda più sottile: potrebbe l'umore naturale dell'atmosfera essere sufficiente a innescare un collasso, anche senza l'intervento umano?
L'atmosfera sopra il Nord Atlantico ha un ritmo dominante chiamato Oscillazione Nord Atlantica. Pensatela come un'altalena di pressione atmosferica tra le Azzorre e l'Islanda. Quando l'altalena si inclina da un lato, porta venti forti e aria fredda; quando si inclina dall'altro, i venti sono più deboli e il tempo è più mite. Questi cambiamenti avvengono naturalmente, ciclando di anno in anno e di decennio in decennio. La domanda che i ricercatori volevano rispondere era se un lungo e persistente spostamento verso il lato "debole" di questa altalena potesse, da solo, essere sufficiente a spegnere il nastro trasportatore dell'oceano. Poiché un collasso del genere è un evento raro e lento, è quasi impossibile coglierlo in una normale simulazione al computer che dura solo poche centinaia di anni. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno utilizzato un trucco matematico speciale che funge da macchina del tempo per eventi rari, permettendo loro di forzare il modello al computer a esplorare gli scenari più improbabili ed estremi che la natura potrebbe eventualmente incontrare.
Il team ha eseguito migliaia di anni simulati utilizzando un modello del clima terrestre, specificamente orientando l'atmosfera verso uno stato "negativo" persistente dell'Oscillazione Nord Atlantica. In questo stato, i venti sul Nord Atlantico sono più deboli, il che riduce la quantità di calore che l'oceano perde verso l'aria e cambia il modo in cui l'acqua dolce si muove sulla superficie. I risultati hanno rivelato una divisione drammatica nel comportamento dell'oceano. La maggior parte dei percorsi simulati mostrava l'oceano indebolirsi lentamente, ma un gruppo specifico di percorsi ha preso una piega pericolosa. In questi scenari pericolosi, le condizioni atmosferiche persistenti hanno fatto sì che l'acqua superficiale nel Mare del Labrador, vicino alla Groenlandia, diventasse troppo dolce e troppo calda per affondare. Questo è il motore del nastro trasportatore; quando l'acqua smette di affondare, l'intero sistema rallenta.
Ciò che è accaduto dopo è stata la parte più sorprendente della scoperta. I ricercatori hanno scoperto che, una volta che l'oceano si era indebolito abbastanza, raggiungeva un punto di svolta precario noto come "stato di bordo" (edge state). Questo è un equilibrio fragile in cui il sistema non è né completamente forte né completamente collassato. Nelle simulazioni, una volta che l'oceano era scivolato in questo stato di bordo, diventava instabile. Quando i ricercatori hanno smesso di forzare l'atmosfera a rimanere in quello stato negativo e hanno lasciato che il modello corresse liberamente, l'esito dipendeva da quanto il sistema si era spostato. Se l'oceano si era indebolito ma non aveva ancora raggiunto completamente lo stato di bordo, tornava in sé, con tutte le simulazioni che ripristinavano gradualmente la convezione profonda e tornavano a un flusso forte. Tuttavia, se le condizioni negative persistenti avevano spinto il sistema fino allo stato di bordo, l'oceano non si limitava a recuperare. Invece, circa la metà delle simulazioni che avevano raggiunto questo stato di bordo collassava spontaneamente nello stato debole e "spento", mentre l'altra metà riusciva a recuperare e tornare a un flusso forte. Ciò suggerisce che la variabilità naturale dell'atmosfera può spingere l'oceano proprio sull'orlo di un precipizio e, una volta raggiunto quell'orlo, la dinamica interna dell'oceano può decidere se cadere o recuperare.
Lo studio ha anche scoperto perché alcuni percorsi portavano al collasso mentre altri portavano al recupero. Nei percorsi che fallivano, l'indebolimento iniziale dell'oceano innescava un ciclo di auto-rinforzo. Man mano che l'acqua smetteva di affondare, il ghiaccio marino iniziava a crescere nel Mare del Labrador. Questo ghiaccio agiva come una coperta, isolando l'acqua dall'aria fredda e impedendo che si raffreddasse abbastanza da affondare, il che causava la formazione di ancora più ghiaccio. Questo ciclo di feedback spingeva il sistema oltre l'orlo. Nei percorsi in cui l'oceano recuperava, l'oceano aveva abbastanza forza interna per resistere a questa crescita del ghiaccio e il sistema trovava infine un modo per ripristinare l'affondamento dell'acqua e il flusso forte. I ricercatori hanno notato che il percorso dell'oceano verso la salute non era un semplice inversione; spesso comportava un aumento temporaneo della forza, superando lo stato normale prima di assestarsi nuovamente.
Questo lavoro cambia il nostro modo di pensare alla stabilità climatica. Dimostra che un grande collasso del nastro trasportatore atlantico non richiede strettamente uno shock esterno massiccio, come un improvviso afflusso di acqua di fusione dalla Groenlandia. Invece, le fluttuazioni naturali e caotiche dell'atmosfera possono, su un periodo di tempo sufficientemente lungo, guidare l'oceano verso un punto di non ritorno. Lo studio suggerisce che il rischio di un tale collasso non riguarda solo quanto anidride carbonica c'è nell'aria, ma anche come si comporta l'atmosfera nel frattempo. Sebbene queste scoperte provengano da un modello al computer e non dal vero oceano, forniscono un chiaro avvertimento: il sistema climatico della Terra è complesso e interconnesso, e i suoi ritmi naturali potrebbero essere abbastanza potenti da innescare le proprie transizioni più pericolose.
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