Представете си, че бутате люлка. Малко побутване води до малко движение. Но климатичната система на Земята не работи толкова просто. Първоначалните промени, причинени от човешката дейност, като например повишаването на емисиите на CO₂, задействат поредица от вторични ефекти, известни като обратни връзки. Тези обратни връзки могат или да усилят първоначалната промяна, или да я отслабят, което прави реакцията на системата нелинейна и трудна за прогнозиране.

Положителните обратни връзки не са „положителни“ в смисъл на добри. Те са самоподдържащи се цикли, които усилват първоначалното затопляне. Един от най-известните примери е обратната връзка лед-албедо. Ледът и снегът са бели и отразяват голяма част от слънчевата светлина обратно в космоса. Когато температурите се повишат, ледът се топи, разкривайки по-тъмната суша или океанска вода отдолу. Тази по-тъмна повърхност поглъща повече слънчева енергия, което води до още по-голямо затопляне и още по-бързо топене на леда.

Друг мощен усилвател е водната пара. По-топлият въздух може да задържи повече влага. Тъй като глобалните температури се покачват, изпарението се увеличава и атмосферата се насища с повече водна пара. Самата водна пара е мощен парников газ. Тя улавя топлината, която се излъчва от Земята, като по този начин допълнително повишава температурата на повърхността. Това създава цикъл: затоплянето води до повече водна пара, което води до още по-силно затопляне.

Огромни количества метан, мощен парников газ, са „заключени“ в замръзналата почва на Арктика, известна като вечна замръзналост (пермафрост). С повишаването на глобалните температури тази замръзнала земя започва да се топи. При топенето органичната материя, съхранявана в нея, се разгражда от микроби, които отделят метан и въглероден диоксид. Тези допълнителни емисии на парникови газове ускоряват глобалното затопляне, което от своя страна води до още по-бързо топене на вечната замръзналост.

За щастие, не всички обратни връзки са дестабилизиращи. Отрицателните обратни връзки действат като естествени „термостати“, които се противопоставят на първоначалната промяна и помагат за стабилизирането на климата. Най-фундаменталният такъв механизъм е топлинното излъчване. Всяко тяло с температура над абсолютната нула излъчва енергия. Според закона на Стефан-Болцман, количеството излъчена енергия е силно зависимо от температурата.

Ролята на облаците е по-сложна и представлява един от най-големите източници на несигурност в климатичните модели. Облаците имат двоен ефект. Ниските, плътни облаци (като купестите) са светли и отразяват слънчевата светлина, което води до охлаждане на повърхността. От друга страна, високите, тънки облаци (като перестите) са по-прозрачни за слънчевата светлина, но ефективно улавят изходящата топлинна радиация от Земята, което води до затопляне. Нетният ефект – дали облаците като цяло ще засилят или ще намалят затоплянето – зависи от това как техният тип, височина и покритие се променят в един по-топъл свят.

И така, какъв е нетният резултат от всички тези сложни взаимодействия? Учените използват показател, наречен климатична чувствителност, за да обобщят реакцията на климатичната система. Равновесната климатична чувствителност (ECS) измерва колко ще се затопли планетата в дългосрочен план при удвояване на концентрацията на CO₂ в атмосферата, след като всички обратни връзки са имали време да се проявят. Друг показател, преходната климатична реакция (TCR), оценява затоплянето в момента на удвояване на CO₂, което е по-уместно за политическите цели в по-кратки срокове. Оценките на IPCC за ECS са в диапазона от 2,5°C до 4°C.

Най-тревожният аспект на положителните обратни връзки е потенциалът за достигане на „критични точки“ (tipping points). Това са прагове, при които малка допълнителна промяна може да тласне част от климатичната система към качествено ново, често необратимо състояние. Примери за това включват потенциалния колапс на ледената покривка на Гренландия, който би довел до покачване на морското равнище с няколко метра, или превръщането на голяма част от тропическите гори на Амазонка в савана. Разбирането на тези обратни връзки и свързаните с тях рискове е от решаващо значение за ориентирането в бъдещето на нашата планета.