Земята може да изпадне в непредсказуем хаос, предупреждават физици

В ъздействието на човешката дейност върху земната система може да доведе до непредсказуем хаос, от който няма връщане назад, изчислиха физици.

Използвайки теория, замислена за моделиране на свръхпроводимостта, екип от физици, ръководен от Алекс Бернадини от Университета в Порто, Португалия, показа, че след определен момент няма да можем да възстановим равновесието на климата на Земята.

Ограниченото количество човешка дейност може да превърне Земята в парник, от който няма връщане назад. Те описват подробно работата си в статия, публикувана през април 2022 г. на сървъра arXiv, която предстои да бъде рецензирана.

Глобалното затопляне и ключовата граница от 1,5°C: Колко близо сме да я преминем

"Последиците от изменението на климата са добре известни (суши, горещи вълни, екстремни явления и т.н.)", каза физикът Орфеу Бертолами пред Live Science миналата година.

"Ако системата на Земята навлезе в областта на хаотичното поведение, ще загубим всякаква надежда да решим проблема по някакъв начин."

От няколко години насам екстремните метеорологични явления изглежда се случват по-редовно. Пламват горски пожари, бушуват бури, температурите достигат нови рекорди. Климатолозите предупреждават, че това е следствие от човешката дейност, като например изгарянето на изкопаеми горива, обезлесяването и увеличаването на земеделието.

Това доведе до предложението за нова геоложка епоха: антропоцен - период, в който човешката дейност е довела до значително и забележимо въздействие върху цялата земна система, състояща се от геосфера, биосфера, хидросфера и атмосфера.

Антропоценът ще последва холоцена, започнал преди около 11 700 години, а учените предлагат началото му да е около средата на 20-и век - пикът на ядрената ера. Бернадини и колегите му решават да моделират прехода от холоцена към антропоцена като фазов преход и съответно да изчислят бъдещата му траектория.

Фазовите преходи са много често срещани. Терминът се отнася до начина, по който даден материал преминава от едно състояние в друго. Твърдо вещество се топи в течност, а течност кипи в газ. Един метал преминава от нормално състояние в свръхпроводимо. Всяко от тези състояния има повратна точка, при която равновесното състояние претърпява дълбока промяна в друго състояние.

„Зомби вируси“: Древните болести, които изменението на климата ще възкреси

Системата на Земята не е материал, но изследванията показват, че моделирането на фазовите преходи може да се използва за прогнозиране на климатичните промени с известен успех. Бернадини и колегите му използват теорията на "Гинзбург-Ландау" - разработена за моделиране на свръхпроводимостта - и я прилагат към антропоцена въз основа на температурата, като започват от равновесната точка на холоцена.

Сега човешкото влияние е ограничено. Нашият свят разполага с ограничено количество обитаемо пространство, ограничено количество ресурси и ограничена скорост, с която можем да ги използваме. Като имат предвид този максимален капацитет, изследователите решават да картографират възможните резултати от фазовия преход към антропоцена с помощта на логистична карта - инструмент за изследване на това как от една проста точка могат да се развият сложни резултати и дори хаос.

Резултатите от тях показват, че не е задължително да сме се запътили към сигурна климатична гибел. Възможно е да следваме съвсем закономерна и предвидима траектория, чиято крайна точка е стабилизиране на климата при по-висока средна температура от сегашната. Това... все още не е добре, като се имат предвид смъртоносните последици, които вече наблюдаваме върху хората и другите животни.

Но в по-крайния край Земята се сблъсква с хаос. Това означава, че системата на Земята се развива в хаотично поведение - екстремни сезонни колебания и метеорологични явления - което изключва възможността за прогнозиране на бъдещото поведение на системата, което прави невъзможно смекчаването му. Това означава, че би било изключително трудно, ако не и невъзможно, да си пробием път обратно към стабилен климат.

"Разделяйки човешките дейности на многобройните им компоненти, ние изследвахме случай, при който само два от тези компоненти следват логистични карти и взаимодействат помежду си", пишат изследователите.

"Дори за този прост случай наблюдавахме появата на хаотично поведение в равновесните точки на земната система. Това води до потенциално важни последици, ако поне някои компоненти на човешките дейности действително следват логистични карти, което е доста разумна хипотеза, като се имат предвид физическите ограничения на системата на цялата планета, в която живеем."

Този резултат не е неизбежен, което е известно облекчение. Но изследователите казват, че трябва да го разглеждаме като реална възможност за разработване на стратегии за смекчаване на климатичните промени и управление на земната система в бъдеще.

Статията на екипа се появява на сървъра за предпечатни публикации arXiv.