Влияние человеческой деятельности на систему Земли может привести к непредсказуемому хаосу, из которого нет возврата, подсчитали физики.
Используя теорию, созданную для моделирования сверхпроводимости, группа физиков под руководством Алекса Бернадини из Университета Порту в Португалии показала, что после определенного момента мы не сможем восстановить равновесие климата Земли. Человеческая деятельность может привести к превращению Земли в теплицу, из которой не будет обратного пути.
“Последствия изменения климата хорошо известны (засухи, волны жары, экстремальные явления и т.д.)”, – сказал физик Орфеу Бертолами. – “Если экосистема Земли попадет в область хаотического поведения, мы потеряем всякую надежду как-то решить проблему”.
Уже несколько лет экстремальные погодные явления происходят все более регулярно. Полыхают лесные пожары, бушуют штормы, температура достигает новых рекордов. Климатологи предупреждают, что это является следствием деятельности человека, такой как сжигание ископаемых видов топлива, вырубка лесов и расширение сельского хозяйства.
Была даже предложена новая геологическая эпоха – антропоцен, период, когда деятельность человека привела к значительному и заметному воздействию на всю экосистему Земли, состоящую из геосферы, биосферы, гидросферы и атмосферы.
Антропоцен следует за голоценом, который начался около 11 700 лет назад, и ученые предполагают, что его начало приходится на середину 20-го века – пик ядерной эры. Бернадини и его коллеги решили смоделировать переход от голоцена к антропоцену как фазовый переход и соответственно рассчитать его будущую траекторию.
Фазовые переходы встречаются очень часто. Этот термин относится к тому, как материал переходит из одного состояния в другое. Твердое тело плавится в жидкость, жидкость закипает в газ. Металл переходит из обычного состояния в сверхпроводящее. У каждого из них есть переломный момент, когда равновесное состояние претерпевает глубокий переход в другое состояние.
Система Земли не является материальной, но исследования показывают, что моделирование фазовых переходов может быть вполне успешно использовано для прогнозирования климатических изменений. Бернадини и его коллеги использовали теорию Гинзбурга-Ландау – разработанную для моделирования сверхпроводимости – и применили ее к антропоцену на основе температуры, начиная с точки равновесия голоцена.
Сейчас влияние человека ограничено. Наш мир имеет ограниченное количество пригодного для жизни пространства, ограниченное количество ресурсов и ограниченную скорость, с которой мы можем их использовать. Учитывая эти максимальные возможности, исследователи решили составить карту возможных результатов фазового перехода антропоцена с помощью логистической карты – инструмента, позволяющего изучить, как из простой точки могут развиваться сложные результаты и даже хаос.
Результаты показали, что мы не обязательно движемся к климатической гибели. Мы можем следовать вполне закономерной и предсказуемой траектории, конечным итогом которой будет стабилизация климата при более высокой средней температуре, чем та, которую мы имеем сейчас. Это не очень хорошо, учитывая ужасные последствия, которые мы уже наблюдаем для людей и других животных.
Но при более экстремальном варианте на Земле начнется хаос. Это означает, что экосистема Земли перейдет к хаотическому поведению – экстремальным сезонным колебаниям и погодным явлениям, что исключает возможность предсказания будущего поведения всей системы и делая невозможным его смягчение. Это означает, что нам будет чрезвычайно трудно, если вообще возможно, вернуться обратно к стабильному климату.
“Разделив деятельность человека на множество компонентов, мы изучили случай, когда только два из этих компонентов следуют логистическим картам и взаимодействуют друг с другом”, – пишут исследователи. – “Даже для этого простого случая мы наблюдали возникновение хаотического поведения в точках равновесия экосистемы Земли. Это приводит к потенциально важным последствиям, учитывая физические ограничения планетарной системы, в которой мы живем”.
Такой исход не является неизбежным, что не может не радовать. Но, по мнению исследователей, мы должны рассматривать его как реальную возможность для разработки стратегий по смягчению последствий изменения климата и управления экосистемой Земли в будущем.
Работа группы опубликована на сервере препринтов arXiv.
Читайте также: Ученые обнаружили секретные “симметрии”, которые защищают Землю от хаоса космоса