Ilmaston palauteilmiöt

Palauteilmiöllä tarkoitetaan jostakin ilmiöstä johtuvaa seurannaisilmiötä, joka vaikuttaa alkuperäiseen ilmiöön sitä vahvistavasti tai heikentävästi. Palauteilmiöstä käytetään myös nimityksiä takaisinkytkentä, tai palautekytkentä, jotka tarkoittavat samaa asiaa.

Käytännön esimerkki palauteilmiöstä on esimerkiksi ilmanvastus. Kun autolla ajetaan tasaista vauhtia tasaisella tiellä, systeemi on tasapainossa. Vastukset ovat yhtä suuret kuin moottorin tuottama teho, jolloin vauhti ei kiihdy eikä hidastu. Kun painetaan kaasua, moottorin teho kasvaa ja vauhti alkaa kiihtyä. Samalla kasvaa ilmanvastus, kunnes se on yhtä suuri kuin moottorin lisääntynyt teho, jolloin vauhdin kiihtyminen lakkaa ja systeemi on uudelleen tasapainossa. Ilmanvastuksen kasvu on negatiivinen palauteilmiö, koska se rajoittaa vauhdin kiihtymistä.

Positiivinen palauteilmiö on esimerkiksi lämpötilan nousu tulipalossa. Palon alku alkaa hitaasti nostaa lämpötilaa, joka kiihdyttää palamista, joka edelleen nostaa lämpötilaa, kunnes koko talo on talo on tulessa.

Ilmastonmuutoksessa palauteilmiöillä on erittäin suuri merkitys monestakin syystä. Palauteilmiöitä on ilmastossa paljon, niistä monien vaikutus, voimakkuus ja herkkyys tunnetaan huonosti. Kaikkia palauteilmiöitä ei välttämättä vielä lainkaan tunneta.

Tiedetään, että vesihöyry on merkittävin kasvihuonekaasu. Sen määrä ilmakehässä on suoraan verrannollinen lämpötilaan. Vettä haihtuu enemmän mitä lämpimämpää on, ja ilma voi sisältää vesihöyryä sitä enemmän mitä lämpimämpää on. Koska hiilidioksidin lisääntyminen lämmittää ilmastoa, se myös lisää ilman vesihöyrypitoisuutta. Näin ollen vesihöyryn lisääntyminen on ilmaston lämpenemistä voimistava palauteilmiö.

Pilvinä alailmakehässä oleva vesi viilentää ilmastoa, joten vesi voi muodostaa myös negatiivisen palauteilmiön pilvien lisääntymisen muodossa. Pilvien muodostumiseen vaikuttavat muutkin tekijät kuin vesihöyryn määrä, joten pilvien muodostumista ei osata varmuudella ennustaa.  Pilvisyys aiheuttaa epävarmuutta ilmastomalleissa, koska niiden muodostumista ei osata ennustaa riittävällä tarkkuudella.

Meren lämpeneminen on positiivinen palauteilmiö, koska  lämpeneminen vähentää veden kykyä liuottaa itseensä hiilidioksidia. Jossain vaiheessa lämpenevä meri alkaa myös vapauttaa siihen liuennutta hiilidioksidia.

Jäätiköiden sulaminen on positiivinen palauteilmiö. Jäätiköiden häviäminen vähentää Maan heijastavuutta. Kun puhdas jää heijastaa yli 80 % Auringon säteilystä takaisin avaruuteen, sula meri tai paljas maanpinta heijastaa vain alle 20 %. Jäätiköiden vähentyminen lisää Maahan jäävää Auringon energiaa. Pohjoinen napajäätikkö sulaa huomattavasti nopeammin kuin aiemmin on ennustettu. Siitä voi tulla merkittävä positiivinen palauteilmiö lähimpien vuosikymmenten aikana.

Siperian ikiroudan sulaminen lienee myös positiivinen palauteilmiö. Sulaessaan ikiroudasta voi vapautua metaania ja hiilidioksidia ilmakehään, jotka lisäävät säteilypakotetta. Ilmakehän metaanipitoisuus on pitkään ollut vakaa, mutta nyt se on lähtenyt kasvamaan. Syynä voi olla nimenomaan ikiroudan sulaminen.

Biosfäärin ilmiöt voivat olla sekä positiivisia että negatiivisia takaisinkytkentöjä. Jos kasvillisuus pääsee lämpenemisen myötä levittäytymään pohjoisemmaksi, entisille autioille alueille, lisääntynyt kasvillisuus imee ilmasta hiilidioksidia ja toimii negatiivisena takaisinkytkentänä, joskin hyvin hitaana sellaisena.

Toisaalta trooppiset ja subtrooppiset alueet voivat lämmetä liikaa, jolloin ne kuivuvat ja autioituvat, muodostaen positiivisen takaisinkytkennän. Jos sademetsät kuivuvat niin paljon, että ne palavat, tai muulla tavalla vapauttavat suuren osan sitomastaan hiilestä, ne muodostavat erittäin voimakkaan positiivisen palauteilmiön.

Kaikkein ilmeisin palauteilmiö unohdetaan usein kokonaan. Lämpeneminen on itsessään negatiivinen palauteilmiö, koska se lisää avaruuteen säteilevän energian määrää.

Palauteilmiöt ovat joko nopeita tai hitaita. Nopeita ovat vesihöyryn lisääntyminen, joka tapahtuu ilman viivettä, samoin lämpenemisen myötä lisääntynyt takaisinsäteily.

Jäätiköiden sulaminen on hidas palauteilmiö. Grönlannin ja Etelämantereen sulaminen voi kestää satoja tai tuhansia vuosia. Myös muutokset kasvillisuudessa ovat hyvin hitaita palauteilmiöitä.

Jäätiköitymisen palauteilmiö lienee keskeisessä asemassa jääkauden alkamisessa. Maan keskilämpötilan putoamista n. kuudella asteella ei voi selittää ilman Maan lisääntyneen heijastavuuden aiheuttamaa palautetta.

Kokonaisuutena ottaen positiiviset palauteilmiöt näyttävät vievän voiton ilmaston lämpenemisessä. Merkittävimmät niistä ovat vesihöyryn lisääntyminen ilmakehässä, jäätiköiden ja ikiroudan sulaminen sekä muutokset meren kyvyssä sitoa ja pitää sisällään jo sitoutunutta hiilidioksidia.

Positiiviset palauteilmiöt voivat edesauttaa myös sellaisen tilanteen syntymistä, että hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ei enää vaikuta ilmaston lämpenemiseen. Jos hiilinielut kääntyvät hiilen lähteiksi, ei meillä ole enää mitään mahdollisuutta vaikuttaa tapahtumien kulkuun. Joidenkin tutkijoiden mukaan olisimme jo ohittaneet pisteen, jonka jälkeen ei ole paluuta entiseen. Joka tapauksessa ilmastonmuutoksen torjunnalla on kiire ja toimenpiteiden lykkääminen heikentää ratkaisevasti mahdollisuuksiamme muutoksen pysäyttämiseksi ennen kuin se karkaa käsistämme.

http://en.wikipedia.org/wiki/Feedback#In_climate_science
http://fi.wikipedia.org/wiki/Takaisinkytkent%C3%A4
http://www.yle.fi/uutiset/ymparisto/oikea/id91567.html
http://achangeinthewind.typepad.com/achangeinthewind/2007/12/james-hansen-we.html