Ilmaston takaisinkytkentä

Ilmastollinen takaisinkytkentä (engl. climate feedback) on tapahtuma, jossa ilmasto muuttaa ilmastoon vaikuttavaa tekijää, joka taas muuttaa ilmastoa. Ilmastollinen takaisinkytkentä on joko positiivinen tai negatiivinen. Positiivinen takaisinkytkentä (ns. noidankehä) pyrkii voimistamaan ilmastonmuutosta. Negatiivinen takaisinkytkentä pyrkii vakauttamaan ilmastoa. Yksi takaisinkytkentä saattaa lisäksi laukaista toisen takaisinkytkennän, jonka vaikutus on joko samansuuntainen tai vastakkainen edellisen kanssa.
Muuttuva ilmaston suure voi olla jokin muu kuin lämpötila, esimerkiksi pilvisyys.

Positiivinen lämpötilan takaisinkytkentä

Monet positiiviset ilmakehän lämpötilaan vaikuttavat takaisinkytkennät liittyvät kasvihuonekaasujen sitoutumiseen tai vapautumiseen. Maaperä ja meri sitovat itseensä hiilidioksidia erityisesti kylminä. Tällöin maan tai meren lämpiäminen vapauttaa kasvihuonekaasua, joka lämmittää ilmakehää, maata ja merta.
Metaanin vapautuminen metaaniklatraatista ja Siperian ikiroudasta on positiivinen lämpötilaa nostava takaisinkytkentä. Metaaniklatraattia pidetään mahdollisena käsistä karkaavan nopean ilmastonmuutoksen aiheuttajana. Myös turpeesta vapautuva typpioksidi ja valtamerien dimetyylisulfidi voivat luoda jatkuvaa lämpötilan nousua. Turpeeseen sitoutunut hiili hapettuu helpommin lämpimässä, mikä luo positiivisen taksinkytkennän.
Kylmä valtameri imee itseensä runsaasti ilmakehän hiilidioksidia. Tällöin hiilidioksidin imeytyminen kylmentää ilmastoa, joka kylmentää valtamerta, joka lisää hiilidioksidin liukenemista valtamereen. Jos ilmasto lämpene, valtameri imee itseensä vähemmän hiilidioksidia. Tällöin hiilidioksidi jää ilmakehään sitä lämmittämään, jolloin ilmasto lämpenee edelleen. Valtamerissä myös planktoniin sitoutunut hiilimäärä on lämpimässä vedessä pienempi kuin kylmässä. Kasviplanktonin väheneminen lämpimässä vähentää yhteyttämistä ja lisää ilmakehän hiilidioksidimäärää.
Ilmakehään sitoutuu enemmän vesihöyryä lämpimässä kuin viileässä ilmassa. Koska vesihöyry on kasvihuonekaasu ennen tiivistymistään pilviksi, vesihöyryn määrän kasvu ilmakehässä nostaa lämpötilaa, joka puolestaan lisää vesihöyryn haihtumista ilmakehään, joka puolestaan nostaa ilmakehän lämpötilaa.
Merenpinnan nousu lisää lämmön imeytymistä valtameriin, joka lämmittää ilmastoa.
Usein mainittu positiivinen lämpötilaa alentava takaisinkytkentä on jäätymisen viilentävä vaikutus. Ilmaston jäähtyessä lumen ja jään määrä kasvaa merissä ja mantereilla. Lisääntynyt lumi ja jää heijastavat enemmän auringon säteilyä pois, joka vähentää lämmön imeytymistä maaperään. Tällöin on kyse positiivisesta takaisinkytkennästä, koska lämpötilan muutos pitää siinä itseään yllä tai voimistaa itseään.

Negatiivinen lämpötilan takaisinkytkentä

Metsärajan siirtyminen on negatiivinen takaisinkytkentä: ilmaston lämmetessä puut voivat kasvaa entistä pohjoisempana ja sitoa enemmän hiilidioksidia, mikä hidastaa lämpenemistä.
Toinen tyypillinen negatiivinen ilmastollinen takaisinkytkentä on hiilidioksidin poistuminen ilmakehästä kalkkikiven rapautumisen myötä. Koska lämpötilan kasvu lisää rapautumista, hiilidioksidin sitoutuminen kasvaa ja ilmasto viilenee. Ilmaston viilentyessä rapautuminen heikkenee, mikä vähentää hiilidioksidin sitoutumista ja hidastaa viilenemistä.
Kasvihuoneilmiön voimistuessa ilmakehän alin kerros, troposfääri, lämpiää ja sen korkeus kasvaa. Troposfäärin korkeuden kasvaessa sen yläosan lämpötila laskee ja vähemmän lämpösäteilyä karkaa avaruuteen.

Takaisinkytkentöjen viiveet

Viiveillä on monesti merkitystä ilmastollisissa takaisinkytkennöissä. Esimerkiksi mannerjäätiköt reagoivat hitaasti ilmaston kylmenemiseen, koska jäätikön kasvu tai syntyminen edellyttää kasvanutta lumisateen määrää sekä matalaa lämpötilaa useiden vuosien ajan. Sen sijaan jäätikön sulaminen vaatii vain kasvanutta ilmaston lämpötilaa.

Takaisinkytkentöjen rajatekijät

Takaisinkytkennöillä on aina rajatekijänsä. Esimerkiksi kasvihuonekaasuja vapauttavan metaaniklatraatin vaikutus ilmastoon loppuu, kun kaikki metaaniklatratti on vapautunut ilmakehään metaanina.