Люди не просто делают Землю теплее, они делают климат хаотичным, по крайней мере такое предположение высказано в новом исследовании.
Новое исследование, опубликованное 21 апреля в базе данных препринтов arXiv, рисует широкую и общую картину полного потенциального воздействия деятельности человека на климат. И эта картина, скажем прямо, не из приятных.
Изображение: unsplash.com
И хотя исследование не представляет собой полную симуляцию климатической модели, оно предоставляет понимание того, куда мы придём, если не прекратим изменение климата и наше бесконтрольное использование ископаемого топлива, по словам авторов исследования, учёных кафедры физики и астрономии Университета Порту в Португалии.
«Последствия изменения климата хорошо известны (засухи, аномальная жара, экстремальные явления и т.д.), — сообщил в электронном письме Live Science исследователь Орфеу Бертолами (Orfeu Bertolami). — Если Земная Система попадёт в область хаотического поведения, мы потеряем всякую надежду как-то решить эту проблему.»
Климатические сдвиги
Земля периодически испытывает массовые изменения климатических моделей, переходя от одного устойчивого равновесия к другому. Эти сдвиги обычно вызваны внешними факторами, такими как изменения орбиты Земли или массовый всплеск вулканической активности. Но прошлые исследования показывают, что сейчас мы вступаем в новую фазу, обусловленную деятельностью человека. По мере того, как люди выбрасывают в атмосферу больше углерода, мы создаём новую эпоху Антропоцена, период климатических систем, подверженных влиянию человека, чего наша планета никогда раньше не испытывала.
В новом исследовании учёные смоделировали в качестве фазового перехода эпоху Антропоцена. Большинство людей знакомы с фазовыми переходами в материалах, например, когда кубик льда переходит из твёрдого состояния в жидкое, растворяясь в воде, или когда вода испаряется, превращаясь в газ. Но фазовые переходы происходят и в других системах. В данном случае системой является климат Земли. Данный климат обеспечивает регулярные и предсказуемые сезоны и погоду, а фазовый переход в климате приводит к новому схеме сезонов и погоды. Когда климат проходит через фазовый переход, это означает, что на Земле происходят внезапные и быстрые изменения моделей.
Логистические проблемы
Если человеческая деятельность приводит к фазовому переходу в климате Земли, это означает, что мы заставляем планету развивать новый набор погодных условий. Как будут выглядеть эти закономерности, является одной из самых насущных проблем климатологии.
Куда движется климат Земли? Это в значительной степени зависит от того, какой именно будет наша деятельность в течение следующих нескольких десятилетий. Резкое сокращение выбросов углерода, например, приведёт к иным результатам, чем если мы вообще откажемся от каких-либо изменений и будем жить так, как живём сейчас, пишут учёные в своём исследовании.
Чтобы учесть различные траектории и варианты выбора, которые может сделать человечество, исследователи использовали математический инструмент, называемый логистической картой. Логистическая карта отлично подходит для описания ситуаций, когда некоторые переменные, например количество углерода в атмосфере, могут расти, но естественным образом достигают предела. Например, учёные часто используют логистическую карту для описания популяций животных: животные могут продолжать рожать, увеличивая свою численность, но они достигают предела, когда потребляют всю пищу в окружающей их среде (или их хищники становятся чересчур голодными и просто их съедают).
Наше влияние на окружающую среду определённо растёт, и это происходит уже более века. Но, по мнению исследователей, это, естественно, достигнет предела. Например, человеческая популяция может расти только до определённого размера и может иметь только определённое количество видов деятельности, связанных с выбросом углерода; и загрязнение в конечном итоге приведёт к деградации окружающей среды. В какой-то момент в будущем выброс углерода достигнет максимального предела, и исследователи обнаружили, что логистическая карта может очень хорошо отображать будущую траекторию этого объёма производства углерода.
Изображение: unsplash.com
Хаос
Специалисты изучили различные способы развития логистической карты человека в зависимости от множества факторов, таких как наше население, внедрение стратегий сокращения выбросов углерода и более эффективных технологий. Как только они обнаружили, как со временем будет меняться выброс углерода человеком, они использовали это, чтобы изучить, как климат Земли будет меняться в результате фазового перехода, управляемого человеком.
В лучшем случае, когда человечество достигнет предела выброса углерода, климат Земли стабилизируется при новой, более высокой средней температуре. Эта более высокая температура в целом вредна для людей, потому что она по-прежнему приводит к повышению уровня моря и более экстремальным погодным явлениям. Но, по крайней мере такой климат выглядит более стабильным: Антропоцен выглядит так же, как и предыдущие климатические эпохи, только теплее, и он по-прежнему будет иметь регулярные и повторяющиеся погодные условия.
В худших же случаях исследователи обнаружили, что климат Земли приводёт к хаосу. Истинному математическому хаосу. В хаотической системе нет равновесия и повторяющихся закономерностей. В хаотичном климате времена года резко меняются от десятилетия к десятилетию (или даже из года в год). В некоторые годы будут внезапные вспышки экстремальной погоды, в то время как в другие годы ситуация с погодой и её явлениями будет достаточно спокойной. Даже средняя температура Земли может сильно колебаться, переходя от более прохладных периодов к более жарким за относительно короткие промежутки времени. В таком случае было бы совершенно невозможно определить, в каком направлении движется климат Земли.
«Хаотическое поведение означает, что будет невозможно предсказать поведение Земной Системы в будущем, даже если мы с большой уверенностью будем знать её нынешнее состояние, — говорит Бертолами. — Это будет означать, что любая способность контролировать и приводить Земную Систему к равновесному состоянию, благоприятствующему обитаемости биосферы, будет утрачена.»
Самое же тревожное в этом всём то, что исследователи обнаружили, что выше определённого критического порога температуры для атмосферы Земли может начаться цикл обратной связи, при котором хаотический результат станет неизбежным. Есть некоторые признаки того, что мы, возможно, уже прошли этот переломный момент, но на этом этапе всё ещё не поздно предотвратить климатическую катастрофу.
