기후변화 피드백

Climate change feedbacks
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지구 온난화를[1][2] 증폭(긍정적인 피드백)하거나 감소(부정적인 피드백)할 수 있는 지구 온난화의 일부 영향의 예 관찰 및 모델링 연구는 지구의 현재 지구 온난화에 순 긍정적인 피드백이 있음을 나타냅니다.[3]: 82

기후 변화 피드백은 지구 온난화의 영향으로 처음에 온난화를 일으키는 힘의 효과를 증폭시키거나 감소시킵니다. 긍정적인 피드백은 지구 온난화를 강화하는 반면 부정적인 피드백은 지구 온난화를 약화시킵니다.[4]: 2233 기후 변화에 대한 이해에서 피드백은 온난화 세력에 대한 기후의 민감성을 결정하는 데 중요한 역할을 하기 때문에 중요합니다. 기후 강제력과 피드백은 함께 기후가 얼마나, 얼마나 빨리 변화하는지를 결정합니다. 큰 긍정적 피드백은 기후 변화의 속도와 크기에 따라 기후 시스템의 급작스럽거나 돌이킬 수 없는 변화를 초래할 수 있습니다.[5][6][7][8][9]

지구 온난화의 주요 긍정적인 피드백은 온난화가 대기 중의 수증기의 양을 증가시키고(더 많은 증발산을 초래함), 이는 다시 추가적인 온난화로 이어지는 경향입니다.[10] 긍정적인 기후 피드백에는 탄소 순환의 긍정적인 피드백도 포함됩니다. 영구 동토층 해빙, 이탄 수렁 및 수화물로 인한 북극 메탄 방출, 대기 중 메탄의 급격한 증가, 분해, 이탄 분해, 열대 우림 건조, 산불, 사막화 등입니다. 다른 긍정적인 기후 피드백에는 구름 피드백, 얼음-알베도 피드백 및 가스 방출이 포함됩니다.

주요 부정적 피드백 또는 "냉각 반응"은 스테판-볼츠만 법칙에서 비롯됩니다. 단위 시간당 단위 표면적당 복사되는 총 에너지(복사 방출량이라고도 함)는 흑체 온도의 4제곱에 정비례한다고 명시되어 있습니다. 탄소 순환 음의 피드백은 농도가 증가한 후 시스템에서 이산화탄소와 메탄을 제거하는 역할을 합니다. 이러한 피드백에는 해양의 반응(해양이 공기에서 CO를2 제거하여 해양 산성화로 이어짐), 화학적 풍화 및 광합성을 통한 1차 생산이 포함됩니다.

관찰 및 모델링 연구에 따르면 전 세계적으로 긍정적인 피드백이 부정적인 피드백보다 더 많습니다. 따라서 지구 온난화에 대한 순 긍정적인 피드백이 있습니다.[3]: 82

정의 및 용어

참고 항목: 기후 시스템, 긍정적 피드백, 부정적 피드백

기후 과학에서는 초기 온난화를 증폭시키는 피드백을 양의 피드백이라고 합니다.[1] 반면에 초기 온난화를 줄이는 피드백을 부정적 피드백이라고 합니다.[1] 피드백의 이름을 긍정적 또는 부정적으로 지정한다고 해서 피드백이 좋거나 나쁘다는 의미는 아닙니다.[11]

2021년 IPCC 용어집은 초기 섭동이 강화되는 양의 피드백과 초기 섭동이 야기하는 변화에 의해 약화되는 음의 피드백을 정의합니다.[4]: 2222 용어집은 초기 섭동이 외부에서 강제되거나 기후 시스템의 내부 변동성을 통해 발생할 수 있다고 설명합니다.[4]: 2222

여기서 외력이란 기후계를 온난화 또는 냉각의 방향으로 밀어낼 수 있는 "기후계 외부의 강제 작용제"[4]: 2229 를 말합니다.[12] 외부의 힘은 인간에 의한 것일 수도 있고(예를 들어 온실가스 배출이나 토지 이용의 변화) 자연적인 것일 수도 있습니다(예를 들어 화산 폭발).[4]: 2229

탄소 사이클을 통한 긍정적 피드백

참고 항목: 탄소 사이클

IPCC의 네 번째 평가 보고서(AR4)에 포함된 지구 온난화 예측에는 탄소 순환 피드백이 포함되어 있습니다.[13] 그러나 AR4의 저자들은 탄소 순환 피드백에 대한 과학적 이해가 부족하다고 언급했습니다.[14] AR4의 예측은 다양한 온실가스 배출 시나리오를 기반으로 하였으며, 20세기 후반에서 21세기 후반 사이에 1.1~6.4 °C의 온난화를 제안했습니다.[13] 이는 IPCC 저자의 전문가 판단에 따른 "가능성" 범위(확률 66% 이상)입니다. 저자는 "가능성" 범위의 하단이 부분적으로 탄소 순환 피드백으로 인해 "가능성" 범위의 상단보다 더 잘 제한된 것으로 보인다고 언급했습니다.[13] 미국 기상학회는 기후변화 예측에서 탄소 순환 피드백의 효과를 모델링하기 위해서는 더 많은 연구가 필요하다고 논평했습니다.[15]

지구 온난화로 인해 지구 생태계에서 탄소가 손실되어 대기 중 이산화탄소2 수치가 증가할 수 있다는 예측과 일부 증거가 있습니다. 여러 기후 모델은 21세기를 통한 지구 온난화가 이러한 온난화에 대한 지구 탄소 순환의 반응에 의해 가속화될 수 있음을 나타냅니다.[16] C4MIP 연구의 11개 모델 모두 기후 변화를 설명하면 인위적인 CO의2 더 많은 부분이 공기 중에 남아 있을 것이라는 것을 발견했습니다. 21세기 말까지 이 추가 CO는2 두 극단적인 모델의 경우 20~200ppm 사이에서 변화했으며 대부분의 모델은 50~100ppm 사이에 있었습니다. 더 높은 이산화탄소2 수치는 0.1°C에서 1.5°C 사이의 추가적인 기후 온난화로 이어졌습니다. 그러나 이러한 민감도의 크기에 대해서는 여전히 큰 불확실성이 있었습니다. 8개 모델은 대부분의 변화를 육지에 돌렸고, 3개 모델은 바다에 돌렸습니다.[17] 이러한 경우에 가장 강력한 피드백은 북반구의 고위도 북방림 전체에서 토양에서 탄소의 호흡이 증가했기 때문입니다. 특히 한 모델(HadCM3)은 열대 남미 지역의 강수량이 크게 감소함에 따라 아마존 열대 우림의 상당 부분이 손실되어 2차 탄소 순환 피드백이 발생했음을 나타냅니다.[18] 모델들은 지구상의 탄소 순환 피드백의 강도에 대해 의견이 일치하지 않지만, 그들은 각각 그러한 피드백이 지구 온난화를 가속화할 것이라고 제안합니다.

2005년 9월 Bellamy 등의 Nature지 논문에 따르면, 관찰 결과 영국의 토양은 지난 25년[19] 동안 연간 400만 톤의 속도로 탄소를 잃어가고 있으며, 이러한 결과는 토지 사용 변화로 설명될 가능성이 낮다고 지적했습니다. 이와 같은 결과는 고밀도 샘플링 네트워크에 의존하므로 전 세계적으로 사용할 수 없습니다. 영국 전체로 추정해보면 연간 1,300만 톤의 손실이 발생할 것으로 추정됩니다. 이는 영국이 교토조약에 따라 달성한 연간 이산화탄소 배출량 감축량(연간 1천270만t의 탄소)과 맞먹습니다.[20]

또한 (크리스 프리먼에 의해) 이탄 늪지에서 (대기 중으로) 물 코스로 용해된 유기 탄소 (DOC)가 방출되는 것은 지구 온난화에 긍정적인 피드백을 구성한다고 제안되었습니다. 현재 이탄지에 저장된 탄소(390~455기가톤, 전체 육지 기반 탄소 저장량의 3분의 1)는 이미 대기 중에 있는 탄소의 절반 이상입니다.[21] 물 코스의 DOC 수치는 눈에 띄게 증가하고 있습니다. 프리먼의 가설은 1차 생산성의 자극을 통해 온도 상승이 아니라 대기 중 CO의2 높은 수준이 원인이라는 것입니다.[22][23]

긍정적인 피드백 효과인 기후변화로 인해 나무의 고사가 증가하고 있는 것으로 추정됩니다.[24]

메탄 기후는 자연 생태계에서 피드백됩니다.

습지와 담수 생태계는 전 세계 메탄 기후 피드백에 가장 큰 기여를 할 것으로 예상됩니다.[25] 장기간의 온난화는 담수 생태계 내의 메탄 관련 미생물 군집의 균형을 변화시켜 더 많은 메탄을 생성하는 반면 이산화탄소로 산화되는 경우는 상대적으로 적습니다.[26]

북극 메탄 방출

사진은 그린란드 근처의 캐나다 허드슨 만에 있는 영구 동토층 해빙 연못으로 보이는 것을 보여줍니다. (2008) 지구 온난화로 영구 동토층과 이탄지 해빙이 증가하여 고원 표면이 붕괴될 수 있습니다.[27]
주요 기사: 북극 메탄 방출

온난화는 또한 북극에서 탄소(잠재적으로 메탄)의 방출을 유발하는 변수입니다.[28] 시베리아의 꽁꽁 얼어붙은 이탄장과 같은 영구 동토층 해빙에서 방출되는 메탄과 해저의 메탄 클라스레이트는 긍정적인 피드백을 만들어냅니다.[29][30][31][9] 2019년 4월, Turetsky 등은 영구 동토층이 예상보다 빨리 해빙되고 있다고 보고했습니다.[32][31] 최근 영구 동토층의 기후 피드백에 대한 이해는 향상되었지만 해저 영구 동토층의 잠재적인 배출은 알려지지 않았으며 다른 많은 토양 탄소 피드백과[33] 마찬가지로 대부분의 기후 모델에는 아직 없습니다.[34]

해동 영구 동토층

참고 항목: 영구 동토층 해빙, 영구 동토층 탄소 순환 및 북극 메탄 방출

서시베리아는 11,000년 전 빙하기 말에 형성된 영구 동토층의 100만 평방 킬로미터 지역인 세계에서 가장 큰 이탄장입니다. 영구 동토층의 해빙으로 인해 수십 년에 걸쳐 많은 양의 메탄이 방출될 가능성이 높습니다. 매우 효과적인 온실가스인 메탄이 향후 수십 년 동안 7,000만 톤이나 방출되어 온실가스 배출의 추가적인 원인이 될 수 있습니다.[35] 시베리아 동부에서도 비슷한 해빙 현상이 관찰되고 있습니다.[36] Lawrence et al. (2008)은 북극 해빙이 빠르게 녹으면 북극 영구 동토층이 빠르게 녹는 피드백 루프가 시작되어 추가적인 온난화를 유발할 수 있다고 제안합니다.[37][38] 2010년 5월 31일. NASA는 전 세계적으로 "온실가스가 영구 동토층을 탈출하여 대기로 진입하고 있는데, 예를 들어, 전 세계적인 해빙 추세로 인해 매년 최대 500억 톤의 메탄이 발생하고 있습니다. 메탄은 이산화탄소의2 25배 효율로 대기를 가열하기 때문에 특히 골치 아픈 일입니다.[39]

연구원들은 영구 동토층에서 방출되는 탄소가 지구 온난화에 어떻게 기여할 수 있는지도 분석했습니다.[40] 2011년의 한 연구는 중간 온실가스 배출 시나리오(SRES A1B)를 기반으로 영구 동토층의 변화를 예측했습니다. 연구에 따르면, 영구 동토층 피드백은 2200년까지 190 기가톤(+/- 64)의 탄소를 대기에 누적적으로 기여할 수 있습니다.

2019년 "Arctic report card"라는 보고서는 북극 영구 동토층의 현재 온실 가스 배출량을 러시아나 일본의 배출량과 거의 같거나 화석 연료로 인한 전 세계 배출량의 10% 미만으로 추정했습니다.[41]

제6차 IPCC 평가 보고서는 "향후 영구 동토층 생태계 모델의 예측은 영구 동토층 해빙이 약간의 추가적인 온난화를 초래할 것임을 시사한다"고 밝혔습니다. 이는 영구 동토층 해빙이 지구 온난화의 극적이고 자기 강화적인 가속화로 이어지는 '도망적인 온난화' 상황으로 이어질 정도는 아닙니다.[42]

수화물

본문: Clathrate gun 가설

메탄 하이드레이트라고도 불리는 메탄 클라스레이트는 결정 구조 내에 많은 양의 메탄을 포함하는 물 얼음의 한 형태입니다. 극도로 많은 양의 메탄 클라스레이트 퇴적물이 지구의 바다와 해저의 퇴적물 아래에서 발견되었습니다. 기후 팁 이벤트에서 메탄 포탄 퇴적물에서 갑자기 많은 양의 천연 가스가 방출되는 것은 과거와 미래 기후 변화의 원인으로 가정되었습니다. 이 갇힌 메탄의 방출은 온도 상승의 잠재적인 주요 결과입니다. 메탄은 이산화탄소보다 온실가스로서 훨씬 더 강력하기 때문에, 이것은 그 자체로 지구 온도를 추가로 5° 증가시킬 수 있다고 생각됩니다. 이 이론은 또한 이것이 대기의 이용 가능한 산소 함량에 큰 영향을 미칠 것이라고 예측합니다. 이 이론은 페름기-트라이아스기 멸종 사건과 팔레오세-에오세 열 최대 기후 변화 사건으로 알려진 지구상에서 가장 심각한 대멸종 사건을 설명하기 위해 제안되었습니다. 2008년, 미국 지구물리학 연합의 한 연구 탐험대는 시베리아 북극에서 메탄의 농도가 정상보다 최대 100배나 높은 것을 발견했는데, 이는 레나 강의 유출구 주변과 라프테프 해와 동시베리아 해 사이의 해저 영구 동토층의 얼어붙은 '뚜껑'에 있는 구멍들에 의해 메탄 포탄이 방출됨으로써 방출된 것으로 보입니다.[43][44][45]

2020년 남극 해저에서 처음으로 메탄이 누출된 사실이 발견됐습니다. 과학자들은 무엇이 원인인지 확신하지 못합니다. 발견된 지역은 아직 크게 따뜻하지 않았습니다. 그것은 화산 쪽에 있지만, 그곳에서 온 것은 아닌 것 같습니다. 메탄을 먹는 미생물들은 예상했던 것보다 훨씬 적은 양의 메탄을 소비하는데, 연구원들은 이것이 기후 모델에 포함되어야 한다고 생각합니다. 그들은 또한 남극 대륙에서 이 문제에 대해 더 많은 것을 발견할 수 있다고 주장합니다.[46] 모든 해양 메탄의 4분의 1은 남극[47] 지역에서 발견됩니다.

대기 중 메탄의 급격한 증가

IPCC(Intergovernmental Panel on Climate Change)와 미국 기후 변화 과학 프로그램(CCSP)의 문헌 평가는 대기 중 메탄의 급격한 증가로 이어지는 미래 예측 기후 변화의 가능성을 고려했습니다. 2001년에 발간된 IPCC 제3차 평가 보고서는 대기 중의 화학 물질 흡수원의 감소 또는 매립된 메탄 저장소의 방출로 인한 메탄의 급격한 증가 가능성을 조사했습니다. 두 경우 모두 '예외적으로 가능성이 낮다'([48]전문가 판단 기준 1% 미만)고 판단했습니다.[49] 2008년에 발표된 CCSP 평가는 메탄이 갑자기 대기 중으로 방출될 가능성이 매우 낮은 [50]것으로 보인다고 결론지었습니다(전문가 판단에 따르면 10% 미만의 확률).[51] 그러나 CCSP 평가는 기후 변화가 "매우 가능성"(전문가 판단에 따르면 90% 이상의 확률)이 수화물 공급원과 습지 모두에서 지속적으로 배출되는 속도를 가속화할 것이라고 언급했습니다.[50]

2019년 6월 10일 루이스 엠. Farquharson과 그녀의 팀은 캐나다 영구 동토층에 대한 12년간의 연구에서 "관측된 최대 해빙 깊이는 이미 2090년까지 발생할 것으로 예상되는 것을 초과하고 있습니다. 1990년에서 2016년 사이에 지상 영구 동토층에서 최대 4°C의 증가가 관찰되었으며 북극의 평균 연간 기온이 저위도의 두 배의 속도로 증가함에 따라 이러한 추세는 계속될 것으로 예상됩니다."[52] 새로운 써모카스트 개발의 범위를 결정하는 것은 어렵지만, 그 문제가 널리 퍼져 있다는 것은 의심의 여지가 없습니다. Farquharson과 그녀의 팀은 영구 동토층의 약 231,000 평방 마일, 즉 연중 영구 동토층 지역의 약 5.5%가 급속한 표면 해빙에 취약한 것으로 추정하고 있습니다.[53]

분해

주요 기사: 분해

영구동토층에 저장된 유기물은 영구동토층 해빙에 반응하여 분해되면서 열을 발생시킵니다.[54] 영구 동토층 지역에 저장된 탄소의 양은 지구 대기에 있는 탄소의 양의 약 2배로 추정됩니다.[55] 열대 지방이 습해지면서 많은 기후 모델이 예측하듯이 토양은 더 많은 호흡과 분해 속도를 경험하여 열대 토양의 탄소 저장 능력을 제한할 가능성이 있습니다.[56]

토탄분해

이탄 수렁에서 자연적으로 발생하는 이탄은 전 세계적으로 중요한 탄소 저장고입니다.[57] 이탄 건조 시 부패하여 추가적으로 화상을 입을 수 있습니다.[58] 지구 온난화로 인한 수질 조정은 이탄장에서 상당한 양의 탄소 배출을 유발할 수 있습니다.[59] 이는 높은 지구 온난화 잠재력으로 인해 피드백 효과를 악화시킬 수 있는 메탄으로 방출될 수 있습니다.

열대우림 건조

열대 우림, 특히 열대 우림은 지구 온난화에 특히 취약합니다. 여러 가지 영향이 발생할 수 있지만 두 가지는 특히 우려됩니다. 첫째, 건조한 식생은 열대 우림 생태계를 완전히 붕괴시킬 수 있습니다.[60][61] 예를 들어, 아마존 열대우림은 생태계를 보호하는 것으로 대체되는 경향이 있습니다. 게다가, 완전히 붕괴되지 않는 열대 우림 생태계도 식물의 변화로 인해 건조의 결과로 저장된 탄소의 상당 부분을 잃을 수 있습니다.[62][63]

산불

참고 항목: 산불 § 기후변화 영향과 기후변화가 생물군집에 미치는 영향

IPCC 제 4차 평가 보고서는 지중해 유럽과 같은 많은 중위도 지역에서 강우량 감소와 가뭄 위험 증가를 경험하고, 이로 인해 산불이 더 큰 규모로 그리고 더 정기적으로 발생할 수 있을 것이라고 예측합니다. 이는 탄소 순환이 자연적으로 재흡수할 수 있는 것보다 더 많은 저장된 탄소를 대기로 방출할 뿐만 아니라 지구상의 전체 산림 면적을 줄여 긍정적인 피드백 루프를 만듭니다. 이러한 피드백 루프의 일부는 대체 숲의 빠른 성장과 북부 위도가 숲을 유지하기에 더 적합한 기후가 됨에 따라 숲의 북쪽 이동입니다. 숲과 같은 재생 가능한 연료를 태우는 것을 지구 온난화에 기여하는 것으로 간주해야 하는지에 대한 의문이 있습니다.[64][65][66] 쿡 앤 비지는 또한 아마존 열대우림에서 산불이 발생할 가능성이 있으며, 결국 이스턴 아마존 지역의 카팅가 식생으로 전환될 가능성이 높다는 것을 발견했습니다.[citation needed]

사막화

사막화는 일부 환경에서 지구 온난화의 결과입니다.[67] 사막 토양은 부식질을 거의 포함하지 않으며 식물을 거의 지원하지 않습니다. 결과적으로 사막 생태계로의 전환은 일반적으로 탄소 배출과 관련이 있습니다.

다른 메커니즘을 통한 긍정적 피드백

참고 항목: 토양탄소 피드백

수증기 피드백

주요 기사: 수증기 피드백

대기가 따뜻해지면 포화 증기압이 높아져 대기 중 수증기의 양이 증가하는 경향이 있습니다. 수증기는 온실가스이기 때문에 수증기 함량이 증가하면 대기가 더 따뜻해집니다. 이 온난화로 인해 대기는 더 많은 수증기를 보유하게 되고(긍정적인 피드백), 다른 프로세스가 피드백 루프를 멈출 때까지 계속 유지됩니다. 그2 결과 CO만으로 인한 것보다 훨씬 더 큰 온실 효과가 발생합니다. 이러한 피드백 과정은 공기의 절대 수분 함량을 증가시키지만, 공기가 더 따뜻하기 때문에 상대 습도는 거의 일정하게 유지되거나 심지어 약간 감소합니다.[68] 기후 모델에는 이 피드백이 포함되어 있습니다. 수증기 피드백은 매우 긍정적이며, 대부분의 증거는 1.5~2.0 W/m2/K의 규모를 지지하며, 그렇지 않으면 발생할 수 있는 온난화를 약 두 배로 증가시키기에 충분합니다.[69] 수증기 피드백은 더 빠른 피드백 메커니즘으로 간주됩니다.[70]

클라우드 피드백

주요 기사: 클라우드 피드백

지구 온난화는 구름의 분포와 종류를 변화시킬 것으로 예상됩니다. 아래에서 보면, 구름은 표면으로 적외선을 방출하므로 온난화 효과를 발휘합니다; 위에서 보면, 구름은 햇빛을 반사하여 우주로 적외선을 방출하므로 냉각 효과를 발휘합니다. 순 효과가 온난화인지 냉각인지는 클라우드의 유형과 고도와 같은 세부 사항에 따라 달라집니다. 낮은 구름은 더 밝고 광학적으로 두꺼운 반면, 높은 구름은 가시광선 및 트랩 적외선에서 광학적으로 얇습니다. 낮은 구름의 감소는 유입되는 태양 복사를 증가시키는 경향이 있으므로 양의 피드백을 갖는 반면, 높은 구름의 감소는 (대부분 IR을 가두기 때문에) 음의 피드백을 초래합니다. 이러한 세부 사항은 위성 데이터가 등장하기 전에 잘 관찰되지 않았으며 기후 모델에 표현하기 어렵습니다.[68] 지구 기후 모델은 거의 0에 가까운 긍정적인 순 클라우드 피드백을 보여주었지만, 최근 세대의 지구 기후 모델에서는 유효 기후 민감도가 상당히 증가했습니다. 모델에서 구름의 물리적 표현의 차이는 이전 세대 모델에 비해 향상된 기후 민감도를 유발합니다.[71][72][73]

2019년 시뮬레이션에 따르면 온실가스가 현재 대기 중 이산화탄소의 3배 수준에 도달하면 성층운이 갑자기 분산되어 추가적인 지구 온난화에 기여할 수 있다고 합니다.[74][8]

얼음 알베도 피드백

주요 기사: 북극 해빙의 감소와 빙하-알베도 피드백
해빙의 한 단면을 보여주는 항공 사진. 밝은 파란색 영역은 멜트 연못이고 가장 어두운 영역은 오픈 워터입니다. 둘 다 하얀 해빙보다 알베도가 낮습니다. 녹는 얼음은 얼음-알베도 피드백에 기여합니다.

얼음이 녹으면 땅이나 탁 트인 물이 그 자리를 대신합니다. 육지와 개천수 모두 평균적으로 얼음보다 반사가 덜하기 때문에 태양 복사를 더 많이 흡수합니다. 이것은 더 많은 온난화를 야기하고, 이것은 다시 더 많은 용해를 야기하며, 이 순환은 계속됩니다.[75] 지구 냉각 시간 동안 추가 얼음은 반사율을 증가시켜 태양 복사의 흡수를 줄여 지속적인 순환을 통해 더 많은 냉각을 초래합니다.[76] 이것은 더 빠른 피드백 메커니즘으로 간주됩니다.[70]

1870–2009 북반구 해빙 범위는 백만 제곱 킬로미터입니다. 파란색 음영은 위성 이전 시대를 나타냅니다. 그러면 데이터의 신뢰성이 떨어집니다. 특히 1940년까지의 가을에 거의 일정한 수준의 범위는 실제 변동 부족보다는 데이터 부족을 반영합니다.

알베도 변화는 IPCC가 극 증폭으로 알려진 과정에서 북반구의 극 온도가 지구의 나머지 온도보다 최대 두 배까지 상승할 것으로 예측하는 주요 원인이기도 합니다. 2007년 9월 북극 해빙 면적은 1979년에서 2000년 사이 여름 평균 최소 면적의 약 절반에 달했습니다.[77][78] 또한 2007년 9월, 북극 해빙은 역사상 처음으로 북서 항로가 항해할 수 있을 만큼 충분히 멀리 후퇴했습니다.[79] 그러나 2007년과 2008년의 기록적인 손실은 일시적일 수 있습니다.[80] 미국 국립 눈 얼음 데이터 센터의 마크 세레즈(Mark Serreze)는 2030년을 여름철 북극 만년설이 언제 얼음이 없을 수 있는지에 대한 "합리적인 추정"으로 보고 있습니다.[81] 지구온난화의 극증폭은 남반구에서는 발생하지 않을 것으로 예측됩니다.[82] 남극의 해빙은 1979년 관측 시작 이래로 기록상 최대치를 기록했지만,[83] 남쪽의 얼음 증가는 북쪽의 손실에 의해 초과됩니다. 전 세계 해빙, 북반구 및 남반구를 합친 추세는 분명히 감소하고 있습니다.[84]

육지에서 얼음이 녹으면 지속적인 해수면 상승이 일어나 빙붕이 불안정해지고 빙하 혀와 같은 해안 얼음 덩어리가 침수될 수 있기 때문에 얼음 손실은 내부 피드백 과정을 가질 수 있습니다. 또한, 등방성 반동으로 인한 지진으로 인해 빙붕, 빙하 및 만년설이 더욱 불안정해져 잠재적인 피드백 사이클이 존재합니다.

일부 아북극 숲의 얼음 알베도도 변하고 있는데, 낙엽송(겨울에는 바늘을 떨구고 봄과 가을에는 햇빛이 눈을 반사할 수 있도록 하는 것)이 가문비나무(1년 내내 어두운 바늘을 유지하는 것)로 대체되고 있습니다.[85]

다양한 출처에 의한 가스 방출

주요기사 : 온실가스

생물학적 기원의 가스 방출은 지구 온난화의 영향을 받을 수 있지만, 그러한 영향에 대한 연구는 초기 단계에 있습니다. 이탄에서 방출되는 아산화질소나 영구 동토층 해동과 같은 이러한 가스 중 일부는 기후에 직접적인 영향을 미칩니다.[86][87] 해양에서 방출되는 디메틸설파이드와 같은 다른 것들은 간접적인 영향을 미칩니다.[88]

2010년 연구에 따르면 전 세계 메탄 배출량이 현재 배출량보다 2.5~5.2배 증가할 [89]경우 복사 강제력에 대한 간접적인 기여는 메탄에 직접적으로 기인할 수 있는 강제력의 약 250%와 400%가 될 것이라고 합니다. 이러한 메탄 온난화의 증폭은 예상되는 대기 화학적 변화 때문입니다.

부정적 피드백

플랑크 피드백

슈테판-볼츠만 법칙에 따르면 흑체의 온도가 증가함에 따라 절대 온도의 4제곱으로 적외선의 방출이 증가합니다. 이것은 지구가 따뜻해질 때 우주로 나가는 방사선의 양을 증가시킵니다.[90] 이것은 강한 안정화 반응이며, 순수하게 온도의 함수로 간주될 때 열역학계의 집중적인 특성이기 때문에 "노피드백 반응"이라고 불리기도 합니다.[91] 지구는 단일성보다 적은 유효 방사율을 가지고 있지만, 이상적인 흑체 복사는 행성의 방출 방사선에 대한 섭동을 조사할 때 분리 가능한 양으로 나타납니다.

플랑크 피드백 또는 플랑크 반응은 실제 관측 또는 지구 기후 모델(GCM)의 분석에서 얻은 유사한 복사 반응입니다. 예상 강도는 스테판-볼츠만 방정식의 도함수로부터 -4 σT = -3.8 W/m/K로 가장 간단하게 추정되었습니다. GCM 응용 프로그램의 설명은 성층권의 광범위한 특성과 이후 그러한 모델에 없는 것으로 확인된 유사한 잔류 인공물로 인해 때때로 감소된 강도를 산출했습니다.[91] 나가는 방사선에 영향을 미치는 지구의 가장 광범위한 "회색체" 특성은 일반적으로 다른 GCM 피드백 구성 요소에 의해 포함되고 기후 시스템의 특정 강제 피드백 공식에 따라 분포된다고 가정됩니다.[92] 이상적으로는 분석 방법이 계속 성숙함에 따라 GCM, 간접 측정 및 흑체 추정치에서 얻은 플랑크 피드백 강도가 더욱 수렴될 것입니다.

이 흑체복사 또는 플랑크 반응은 "기후 시스템에서 가장 근본적인 피드백"으로 확인되었습니다.[93]: 19

탄소 사이클 부정적 피드백

CO를2 지구 대기에 100 GtC 주입한 후의 충격 반응.[94] 과잉 탄소의 대부분은 해양에 의해 제거되고 육지에 가라앉지만 상당 부분은 지속됩니다.

지구의 탄소 순환으로 인한 부정적인 기후 피드백은 온도 변화에 상대적으로 둔감한 것으로 생각됩니다. 이러한 이유로 기후 민감도를 정량화하는 것을 목표로 하는 연구에서 개별적으로 고려되거나 무시되기도 합니다.[92] 그럼에도 불구하고 시간이 지남에 따라 인위적인 CO2 배출에 대한 중요한 피드백이며 기후 관성 및 동적(시간 의존적) 기후 변화에 대한 보다 일반적인 연구 내에서 영향을 미칩니다.[95]

해양의 역할

르샤틀리에의 원칙에 따라 지구의 탄소 순환의 화학적 평형은 인위적인 CO2 배출에 대응하여 변화할 것입니다. 이것의 주요 동인은 소위 용해도 펌프를 통해 인위적인 CO를2 흡수하는 해양입니다. 현재 이는 현재 배출량의 약 3분의 1에 불과하지만, 궁극적으로 인간 활동에 의해 배출되는 CO의2 대부분(~75%)은 수세기에 걸쳐 해양에서 용해될 것입니다. "공개 토론을 위한 화석 연료 CO의2 수명에 대한 더 나은 근사치는 300년이 될 수 있으며, 여기에 영원히 지속되는 25%가 추가됩니다."[96] 그러나, 미래에 바다가 그것을 차지할 비율은 덜 확실하며, 온난화로 인한 층화와 잠재적으로 바다의 열염 순환의 변화에 영향을 받을 것입니다.

화학적 풍화

지질학적으로 장기간에 걸친 화학적 풍화작용은 대기 중의 CO를2 제거하는 작용을 합니다. 현재 지구 온난화로 인해 기후와 지구 표면 사이에 상당한 피드백이 있음을 보여주는 풍화가 증가하고 있습니다.[97] 생물학적 격리는 또한 생물학적 과정에 의해 CO를2 포착하고 저장합니다. 바다에서 생물에 의한 껍질의 형성은, 매우 오랜 시간에 걸쳐, 바다로부터 CO를2 제거합니다.[98] CO가2 석회암으로 완전히 전환되는 데는 수천 년에서 수십만 년이 걸립니다.[99]

광합성을 통한 1차 생산

순 1차 생산성은 증가하는 농도에 따라 식물의 광합성이 증가함에 따라 증가하는 CO에2 따라 변화합니다. 하지만, 이 효과는 지구 온난화로 인한 생물권의 다른 변화들에 의해 늪에 빠지게 됩니다.[100]

긍정적 또는 부정적 피드백을 가진 메커니즘

경과율

주요기사 : 경과율

소멸률은 대기 변수, 보통 지구 대기의 온도가 고도에 따라 떨어지는 비율입니다.[101][102] 따라서 고도의 함수로서 방사선과 관련된 온도의 정량화이며, 이러한 맥락에서 별도의 현상이 아닙니다. 경과율 피드백은 일반적으로 부정적인 피드백입니다. 하지만 사실 기후 변화의 가장 큰 결과 중 하나인 극지 증폭 온난화에 강력하게 기여한 극지 지역에서는 긍정적인 피드백입니다.[103] 극지방과 같이 반전이 강한 지역에서는 지표면이 높은 고도보다 빨리 따뜻해져 비효율적인 장파 냉각이 발생하기 때문에 경과율 피드백이 양이 될 수 있기 때문입니다.[104][105][106]

대기의 온도는 대류권의 높이에 따라 감소합니다. 적외선 복사의 방출은 온도에 따라 다르기 때문에 상대적으로 차가운 상층 대기에서 우주로 빠져나가는 장파 복사는 하층 대기에서 지상으로 방출되는 복사보다 적습니다. 따라서 온실 효과의 강도는 높이에 따른 대기의 온도 감소 속도에 따라 달라집니다. 이론과 기후 모델 모두 지구 온난화가 높이에 따라 온도 감소 속도를 감소시켜 온실 효과를 약화시키는 음의 소멸률 피드백을 생성할 것임을 나타냅니다.[104] 높이에 따른 온도 변화 속도의 측정은 관측치의 작은 오차에 매우 민감하므로 모형이 관측치와 일치하는지 여부를 확인하기가 어렵습니다.[93]: 25 [107]

지구 에너지 불균형의 수학적 공식화

지구는 장기간의 온도 변화가 지구의 에너지 불균형을 따르는 열역학적 시스템입니다(EEI는 지구의 에너지 불균형을 의미합니다).

여기서 ASR은 흡수된 태양복사이고 OLR은 대기 상층의 나가는 장파복사입니다. EEI가 양이면 시스템이 따뜻해지고, 음이면 시스템이 냉각되고, 거의 0이면 따뜻해지거나 냉각되지 않습니다. 이 표현식에서 ASR 및 OLR 용어는 시스템 동작을 지배하는 많은 온도 의존적 속성과 복잡한 상호 작용을 포함합니다.[108]

비교적 안정적인 평형 상태 주변의 행동을 진단하기 위해 기호 δ로 표시된 EEI에 대한 섭동을 고려할 수 있습니다. 이러한 섭동은 자연적이거나 사람이 만들 수 있는 복사 강제력(δF)에 의해 유도됩니다. 시스템 내에서 안정적인 상태로 되돌아가거나 안정적인 상태에서 멀어지는 반응을 피드백 λ δ라고 합니다.

.

피드백은 선형화된 매개변수 λ과 교란된 온도 δ에 의해 근사화됩니다. 왜냐하면 λ의 모든 구성요소(독립적이고 부가적으로 작용하는 것으로 가정됨) 또한 열역학계에 대한 정의에 따라 정도에 따라 다르지만 온도의 함수이기 때문입니다.

= i= ( + +λ + + λ + l r +...) =\ __wmbda _{mbda _{mbda _{cmbda _{mbda _{lr}+...)}}.

Some feedback components having significant influence on EEI are: = water vapor, = clouds, = surface albedo, = carbon cycle, = Planck response, and = lapse rate. 모든 양은 지구 평균으로 이해되는 반면, T는 인간 및 기타 생명체와의 직접적인 관련성 때문에 일반적으로 표면의 온도로 변환됩니다.[92]

특히 온도의 강력한 함수인 음의 플랑크 반응은 다른 구성 요소의 상대적 피드백 이득 g에i 대한 식을 제공하기 위해 요인화되기도 합니다.

}\_{i

예를 들어 수증기 피드백에 대한 ≈ 0.5 {\g_{ 0.5}입니다.

현대 수치 기후 모델링 및 분석의 맥락에서 선형화된 공식은 사용이 제한적입니다. 이러한 용도 중 하나는 다양한 피드백 메커니즘의 상대적 강점을 진단하는 것입니다. 그런 다음 순 피드백이 음의 상태로 남아 있고 시스템이 일정 시간이 지난 후 새로운 평형 상태에 도달하는 경우(δEEI=0)에 대해 강제력에 대한 기후 민감도 추정치를 얻습니다.

= p × ( - ∑ ) \ T _p}\times (1-\sum _{i}g_{i}}}}.

기후정책에 대한 시사점

참고 항목: 기후 민감성

기후 변화 피드백에 대한 불확실성은 기후 정책에 시사하는 바가 있습니다. 예를 들어, 탄소 순환 피드백에 대한 불확실성은 온실 가스 배출 감소 목표(기후 변화 완화)에 영향을 미칠 수 있습니다.[109] 배출 목표는 종종 대기 중 온실 가스 농도의 목표 안정화 수준 또는 지구 온난화를 특정 규모로 제한하기 위한 목표에 기초합니다. 이 두 가지 목표(농도 또는 온도) 모두 탄소 순환의 미래 변화에 대한 이해가 필요합니다. 모델이 탄소 순환의 미래 변화를 잘못 예측하면 농도 또는 온도 목표를 놓칠 수 있습니다. 예를 들어, 긍정적인 피드백(예: 영구 동토층 해빙으로 인해)으로 인해 모델이 대기 중으로 방출되는 탄소의 양을 과소평가하는 경우 농도 또는 온도 목표를 달성하는 데 필요한 배출량 감소 범위도 과소평가할 수 있습니다.[citation needed]

참고 항목

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