Is–albedo-tilbakekobling er en prosess i klimasystemet der endringer i utbredelsen av iskapper, isbreer og sjøis påvirker hvor mye solstråling jordoverflaten reflekterer og dermed endrer overflatetemperaturen og dermed utbredelsen av is. Fordi is er en svært reflekterende overflate, reflekterer den langt mer sollys tilbake til verdensrommet enn åpent vann eller annen landoverflate. Fenomenet forekommer på Jorden, så vel som på eksoplaneter.
Regioner på høye breddegrader har de laveste temperaturene på Jorden, og det er derfor slike områder som har mest flerårig snødekke og flest isbreer og iskapper. Dersom oppvarming finner sted, vil høyere temperaturer redusere det isdekte arealet og eksponere mer åpent vann eller land. Albedoen avtar dermed, og slik vil mer solenergi absorberes, noe som fører til ytterligere oppvarming og større tap av de reflekterende delene av kryosfæren. Omvendt vil lavere temperaturer øke isdekket, noe som øker albedoen og fører til sterkere avkjøling, som igjen gjør videre isdannelse mer sannsynlig.
Is–albedo-tilbakekobling spiller en viktig rolle for globale klimaendringer. I nyere tid har menneskeskapte økninger av klimagasser hatt mange virkninger over hele kloden, og reduksjonen i den arktiske havisen har vært en av de mest synlige. Etter hvert som havisdekket krymper og reflekterer mindre sollys, varmes Arktis opp opptil fire ganger raskere enn det globale gjennomsnittet. På global skala hadde det langvarige istapet i Arktis og den nyere tilbakegangen av havis i Antarktis mellom 1992 og 2018 den samme oppvarmingseffekten som 10 % av alle klimagassene som ble sluppet ut i den samme perioden.
Is–albedo-tilbakekobling har vært inkludert i noen av de tidligste klimamodelene, og disse har derfor simulert de observerte virkningene i flere tiår. Følgelig omfatter prognoser for oppvarming også framtidige tap av havis sammen med de øvrige drivkreftene bak klimaendringene. Det er anslått at et vedvarende tap av havis om sommeren i Arktis, når solen skinner sterkest og mangelen på reflekterende overflater har størst effekt, ville føre til en global oppvarming på omkring 0,19 °C. Det finnes også modellberegninger av oppvarmingseffekten ved tap av både isbreer i fjellområder og iskappene på Grønland og i Antarktis. Oppvarmingen som følger av dette tapet er imidlertid generelt mindre enn den som skyldes tilbakegangen av havis, og det vil dessuten ta svært lang tid før den fulle effekten blir synlig.
Tidlig forskning I 1950-årene forsøkte pionerer innen klimaforskning som Syukuro Manabe å beskrive hvilken rolle isdekket spiller i Jordens strålingsbalanse. I 1969 publiserte både russeren Mikhail Ivanovitsj Budyko og amerikaneren William D. Sellers artikler som presenterte noen av de første klimamodellene basert på energibalanse. De påviste at isens refleksjon hadde en betydelig innvirkning på Jordens klima, og at endringer i snø- og isdekket i begge retninger kunne fungere som en kraftig tilbakekoblingsmekanisme. Årsaken er at is og snø er en svært reflekterende overflate og reflekterer dermed langt mer sollys tilbake til verdensrommet enn åpent vann eller landoverflate.
Denne prosessen ble snart anerkjent som en avgjørende del av klimamodellering i en oversiktsartikkel fra 1974, og i 1975 hadde den generelle sirkulasjonsmodellen som ble brukt av Manabe og Richard T. Wetherald for å beskrive effekten av en dobling av CO2-konsentrasjonen i atmosfæren, det en kaller klimafølsomhet, allerede innarbeidet det som ble omtalt som «snødekketilbakekobling». Is–albedo-tilbakekobling har fortsatt å være inkludert i de påfølgende modellene. Beregninger av denne tilbakekoblingen brukes også i paleoklimatologi-studier, som undersøkelser av Pleistocen-perioden (for omtrent 2,6 millioner til omtrent år siden).
Nåværende rolle i klimasystemet
Snø- og is–albedo-tilbakekobling har en betydelig effekt på regionale temperaturer. Særlig gjør tilstedeværelsen av isdekke og sjøis at Nordpolen og Sørpolen er kaldere enn de ville vært uten. Som følge av dette er den nylige nedgangen av havis i Arktis en av hovedfaktorene bak at Arktis har blitt varmet opp nesten fire ganger raskere enn det globale gjennomsnittet siden 1979 (året da kontinuerlige satellittmålinger av arktisk havis begynte), et fenomen kjent som arktisk forsterkning.
Modelleringsstudier viser at sterk arktisk forsterkning bare forekommer i månedene der det skjer et betydelig tap av havis, og at forsterkningen i stor grad forsvinner når det simulerte isdekket holdes konstant. Til sammenligning betyr den høye stabiliteten til isdekket i Antarktis, der tykkelsen på Den østantarktiske innlandsisen gjør at den hever seg nesten 4 km over havnivå, at dette kontinentet har opplevd svært liten netto oppvarming siden rundt 1950. Mesteparten av oppvarmingen på kontinentet har funnet sted i Vest-Antarktis. Istap i Antarktis og bidraget til havnivåstigning skyldes i stedet hovedsakelig oppvarmingen av Sørishavet, som absorberte 35–43 % av den totale varmemengden som alle havene tok opp mellom 1970 og 2017.
Is–albedo-tilbakekobling har også en mindre, men fortsatt merkbar effekt på globale temperaturer. Nedgang i arktisk havis mellom 1979 og 2011 anslås å ha bidratt med 0,21 watt per kvadratmeter (W/m2) i strålingspådriv, noe som tilsvarer en fjerdedel av strålingspådrivet fra CO2 i samme periode. Sammenlignet med den kumulative økningen i drivhusgassenes strålingspådriv siden begynnelsen av den industrielle revolusjon, tilsvarer dette det estimerte strålingspådrivet fra lystgass i 2019 (0,21 W/m2), nesten halvparten av strålingspådrivet fra metan i 2019 (0,54 W/m2) og 10 % av den kumulative CO2-økningen (2,16 W/m2). Mellom 1992 og 2015 ble denne effekten delvis motvirket av veksten i sjøisdekket rundt Antarktis, som ga en avkjølende effekt på omtrent 0,06 W/m2 per tiår. Havisens utbredelse i Antarktisk begynte imidlertid også å avta etter dette, og den samlede effekten av endringer i isdekket mellom 1992 og 2018 tilsvarer 10 % av alle menneskeskapte klimagassutslipp.
Minste utbredelse av antarktisk sjøis I 2023 nådde Antarktis sitt minste utbredelsesareal i en 45 års-satellittmåleserie. Sommerminimumet i februar ble målt til 1,79 millioner km2, noe som er 38 % lavere enn det klimatologiske gjennomsnittet for perioden 1981–2000. Vintermaksimumet i september på 16,96 millioner km2 slo den forrige minimumsrekorden med over én million km2, et areal som tilsvarer omtrent størrelsen på Texas og California til sammen.
Forskere fant at et uvanlig dypt lavtrykk over Amundsenhavet den foregående våren var en viktig faktor som utløste den omfattende smeltingen. Unormalt sterk nordgående transport av havis skapte store områder med åpent vann, noe som reduserte overflatens albedo og skapte en positiv is–albedo-tilbakekobling som akselererte smeltingen gjennom økt absorpsjon av solenergi. I 2023 nådde den globale middeltemperaturen også 1,5 °C over førindustrielt nivå. Selv etter at det var tatt hensyn til menneskeskapt oppvarming og El Niño-hendelser, gjensto et uventet avvik på omkring 0,2 °C. Dette avviket ble tilskrevet rekordlav planetarisk albedo, med et bidrag på omkring 0,22 ± 0,04 °C.
Fremtidig betydning
Effekten av is–albedo-tilbakekoblingen på temperaturen vil bli sterkere i framtiden etter hvert som tilbakegangen av den arktiske havisen forventes å bli kraftigere. Det er sannsynlig at havisdekket ved slutten av den arktiske sommeren i september vil være nesten helt borte (mindre enn 1 million km2) minst én gang før 2050 under alle klimaendringsscenarier, og allerede omkring 2035 for scenariet med kontinuerlig økende utslipp av klimagasser.
Siden september markerer slutten på den arktiske sommeren, representerer måneden også årets minimum for havisdekket i dagens klima, før den årlige gjenfrysningen begynner når den arktiske vinteren starter. Flere isfrie septembermåneder på rad anses som svært usannsynlig i nær framtid, men hyppigheten vil øke med større global oppvarming. En studie fra 2018 anslo at en isfri september ville inntreffe én gang hvert 40. år ved en oppvarming på 1,5 °C, én gang hvert åttende år ved 2 °C og én gang hvert halvannet år ved 3 °C. Dette innebærer at tap av arktisk havis i september, eller tidligere på sommeren, ikke ville være irreversibelt, og i scenarier der den globale oppvarmingen begynner å avta, vil den årlige hyppigheten av isfrie septembermåneder også bli mindre. Derfor regnes dette ikke som et av vippepunktene for klimasystemet.
Selv om tap av havisdekket i september ville være en historisk hendelse med betydelige konsekvenser for arktisk dyreliv, som isbjørner, er virkningen på is-albedotilbakekoblingen relativt begrenset, fordi den totale mengden solenergi som Arktis mottar i september er svært lav. Selv en relativt liten reduksjon i havisutbredelsen i juni ville derimot ha en langt større effekt, siden juni representerer høydepunktet i den arktiske sommeren og perioden med den mest intense tilførselen av solenergi.
CMIP5-modeller (Coupled Model Intercomparison Project) anslår at et fullstendig tap av arktisk havis fra juni til september ville øke den globale temperaturen med 0,19 °C, med et intervall på 0,16–0,21 °C, mens de regionale temperaturene ville øke med mer enn 1,5 °C. Dette anslaget omfatter ikke bare selve is-albedo-tilbakekoblingen, men også tilbakekoblinger av andre orden, som virkningen et slikt havistap har på tilbakekoblingen relatert til kjølingsraten i atmosfæren, endringer i konsentrasjonen av vanndamp og regionale tilbakekoblinger knyttet til skyer. Siden disse beregningene allerede inngår i alle CMIP5- og CMIP6-modeller, er de også inkludert i modellenes framskrivninger av oppvarming under alle klimaendringsbaner, og representerer derfor ikke en kilde til «ekstra» oppvarming utover de eksisterende framskrivningene.
Virkning på lang sikt
Svært høye nivåer av global oppvarming kan hindre at den arktiske havisen reetableres i løpet av vintehalvåret. I motsetning til en isfri sommer kan en isfri arktisk vinter representere et irreversibelt vippepunkt. Dette vil mest sannsynlig inntreffe ved omkring 6,3 °C, men kan potensielt skje allerede ved en oppvarming på 4,5 °C eller så langt opp som til 8,7 °C. Selv om den arktiske havisen ville være borte i et helt år, ville dette bare påvirke is-albedo-tilbakekobling i de månedene Arktis mottar sollys, det vil si fra mars til september. Forskjellen mellom dette totale tapet av havis og tilstanden i 1979 tilsvarer utslipp av én billion tonn CO2, eller omkring 40 % av de kumulative utslippene på 2,39 billioner tonn mellom 1850 og 2019, selv om rundt en fjerdedel av denne effekten allerede har inntruffet som følge av det nåværende tapet av havis. Sammenlignet med dagens situasjon ville en isfri vinter gi en global oppvarming på 0,6 °C, med en regional oppvarming på mellom 0,6 °C og 1,2 °C.
Is–albedo-tilbakekobling forekommer også for de andre store ismassene på Jordens overflate, som isbrer, Grønlandsisen, Vest- og Øst-Antarktis. Storskala nedsmelting forventes imidlertid å ta århundrer eller til og med årtusener, og ethvert arealtap fram til 2100 vil være ubetydelig. Klimamodeller inkluderer derfor ikke disse ismassene i sine framskrivninger av klimaendringer frem mot 2100. Modellforsøk der de forutsettes å forsvinne helt viser at et fullstendig tap av Grønlandsisen vil øke den globale oppvarmingen med 0,13 °C (med et intervall på 0,04–0,06 °C), mens tap av den vestantarktiske innlandsisen vil bidra med 0,05 °C (0,04–0,06 °C), og tap av fjellbreer vil bidra med 0,08 °C (0,07–0,09 °C). Disse anslagene forutsetter at den globale oppvarmingen holder seg på et gjennomsnittlig nivå på 1,5 °C. På grunn av den logaritmiske veksten i drivhuseffekten, ville effekten av istap være større ved det noe lavere oppvarmingsnivået i 2020-årene, men bli mindre dersom oppvarmingen fortsetter til høyere nivåer.