Фізики попереджають, що Земля може впасти в хаос

Вплив людської діяльності на земну систему може призвести до непередбачуваного хаосу, з якого немає вороття, підрахували фізики.

Використовуючи теорію, створену для моделювання надпровідності, команда фізиків на чолі з Алексом Бернадіні з Університету Порту в Португалії показала в препринті цього року, що після певного моменту ми не зможемо відновити рівновагу в кліматі Землі.

Згідно з дослідженням, обмежена кількість людської діяльності може призвести до перетворення Землі на теплицю, з якої немає вороття. Вони детально описали свою роботу в статті, опублікованій у квітні 2022 року на сервері препринтів arXiv, яка ще чекає на рецензування.

“Наслідки зміни клімату добре відомі (посухи, спека, екстремальні явища тощо), – сказав фізик Орфеу Бертоламі в інтерв’ю Live Science минулого року.

“Якщо система Землі потрапить в область хаотичної поведінки, ми втратимо будь-яку надію якось вирішити проблему”.

Вже кілька років поспіль екстремальні погодні явища відбуваються все частіше. Палають лісові пожежі, вирують шторми, температура б’є нові рекорди. Кліматологи попереджають, що це наслідок людської діяльності, такої як спалювання викопного палива, вирубка лісів та збільшення обсягів землеробства.

Це призвело до пропозиції нової геологічної епохи: антропоцену – періоду, в якому людська діяльність призвела до значного і помітного впливу на всю систему Землі, що включає геосферу, біосферу, гідросферу і атмосферу.

Нафтові вишки в окрузі Керн, Каліфорнія. (Wirestock/iStock/Getty Images)

Антропоцен послідував би за голоценом, який почався близько 11 700 років тому, і вчені припускають, що його початок припадає приблизно на середину 20-го століття – пік ядерної ери. Бернадіні та його колеги вирішили змоделювати перехід від голоцену до антропоцену як фазовий перехід і відповідно розрахувати його майбутню траєкторію.

Фазові переходи дуже поширені. Цей термін стосується того, як матеріал переходить з одного стану в інший. Тверде тіло плавиться в рідину, рідина кипить в газ. Метал переходить зі звичайного стану в надпровідний. Кожен з цих процесів має переломний момент, коли рівноважний стан зазнає глибокого переходу в інший стан.

Система Землі не є матеріалом, але дослідження показують, що моделювання фазових переходів можна з певним успіхом використовувати для прогнозування кліматичних змін. Бернадіні та його колеги використали теорію Гінзбурга-Ландау, розроблену для моделювання надпровідності, і застосували її до антропоцену на основі температури, починаючи з точки рівноваги голоцену.

Зараз вплив людини обмежений. Наш світ має обмежену кількість придатного для життя простору, обмежену кількість ресурсів і обмежену швидкість, з якою ми можемо їх використовувати. Враховуючи ці максимальні можливості, дослідники вирішили нанести на карту можливі результати фазового переходу антропоцену за допомогою логістичної карти – інструменту для вивчення того, як з простої точки можуть розвинутися складні результати і навіть хаос.

Їхні результати показали, що ми не обов’язково прямуємо до певної кліматичної загибелі. Ми можемо слідувати цілком регулярній і передбачуваній траєкторії, кінцевою точкою якої є стабілізація клімату в точці з вищою середньою температурою, ніж та, яку ми маємо зараз. Це… все ще не дуже добре, враховуючи смертельні наслідки, які ми вже спостерігаємо для людей та інших тварин.

Але в більш екстремальному випадку Земля опиниться в хаосі. Це означає, що система планети еволюціонує в хаотичну поведінку – екстремальні сезонні коливання і погодні явища – яка унеможливлює прогнозування майбутньої поведінки системи, що робить неможливим її пом’якшення. Це означає, що буде надзвичайно важко, якщо взагалі можливо, пробити шлях назад до стабільного клімату.

“Розділивши людську діяльність на численні складові, ми вивчили випадок, коли лише дві з цих складових слідують логістичним картам і взаємодіють одна з одною”, – пишуть дослідники.

“Навіть у цьому простому випадку ми спостерігали появу хаотичної поведінки в точках рівноваги земної системи. Це призводить до потенційно важливих наслідків, якщо хоча б деякі компоненти людської діяльності дійсно слідують логістичним картам, що є цілком обґрунтованою гіпотезою, враховуючи фізичні обмеження планетарної системи, в якій ми живемо”.

Такий результат не є неминучим, що є певним полегшенням. Але, кажуть дослідники, ми повинні розглядати його як реальну можливість для розробки стратегій пом’якшення зміни клімату та управління системою Землі в майбутньому.

Стаття команди з’являється на сервері препринтів arXiv..