Из всех существ на Земле люди больше всего манипулируют окружающей средой. Но как далеко мы можем зайти, прежде чем произойдет что-то радикальное? Ученые призывают к лучшему пониманию прошлых экстремальных событий, связанных с изменением климата, в попытке предвидеть будущие изменения.

Введите геоархеолога и антрополога К. Майкла Бартона в Университет штата Аризона. Исследователь Школы эволюции человека и социальных изменений вместе с профессором Фонда Сандером ван дер Леу и международной междисциплинарной командой опубликовали свой анализ на этой неделе в журнале Nature Geoscience. В документе описываются резкие изменения климата в прошлом, что привело к "переломным моментам" для этих событий и что последовало за ними.

"Мы выбрасывали в атмосферу много химических веществ и изменяли температуру атмосферы в течение длительного времени, и действительно интенсивно в течение 150 лет", - сказал Бартон. "И все еще идет своим чередом. Температура медленно повышается во всем мире, но мы не наблюдали огромного, драматического сдвига. Однако сложные системы потенциально уязвимы, если вы слишком сильно нажимаете."

Бартон изучает многие системы Земли—в частности, круговорот воды и ландшафты—и то, как люди изменяют эти системы.

"Люди склонны смотреть на то, как далеко вы можете зайти, прежде чем внезапно все изменится", - сказал Бартон. "И это то, что считается переломным моментом."

Системы повсюду

Для специалиста по сложным системам, такого как Бартон, почти все можно рассматривать как системы или циклы. Дерево растет и умирает, и гниение возвращает питательные вещества в почву. Вода циркулирует по Земле в различных формах, таких как дождь, сток и испарение.

Некоторые из основных систем Земли включают гидросферу (воду), атмосферу (воздух) и криосферу (лед). Все эти системы подключены. Это исследование переломных моментов рассматривает историю этих систем, чтобы количественно оценить небольшие изменения, которые могут привести к резким, массовым изменениям, а также измерить, как одно резкое изменение может вызвать резкие изменения в других системах.

В статье рассматриваются предыдущие исследования с кернами отложений в заливе Аляска, данные о пыли в Северной Африке и ледяные керны из Гренландии. Все эти доисторические данные дают разработчикам моделей земной системы и ученым лучшее представление о том, какой на самом деле была Земля сотни тысяч лет назад.

Ученые также активно изучают океаны Земли. Это включает в себя текущие уровни соли и кислорода, изменения в характере циркуляции и притоки пресной воды от тающих ледяных покровов. Текущие условия океана можно сравнить с историческими данными, собранными на основе состава океанского дна, чтобы сделать выводы о прошлых океанских течениях.

Серьезные изменения происходили и раньше

Авторы отмечают прошлые случаи экстремальных климатических явлений, происходивших так быстро, что люди либо испытывали трудности с адаптацией, либо не могли адаптироваться к новой среде.

Например, около 1500 лет назад в Европе произошло резкое похолодание, приведшее к изменениям в растительности. Авторы отмечают, что похолодание, возможно, было вызвано природным явлением—извержениями вулканов. Изменения в растительности и сельском хозяйстве были настолько сильными, что люди испытали голод и социальную реорганизацию. Это время соотносится с трансформацией Восточной Римской империи.

Авторы отмечают, как климатические события столетней давности вызвали резкие изменения или даже крах древних цивилизаций из-за непредвиденных социальных уязвимостей.

Одним из примеров является древний город Ангкор, который находился в современной Юго-Восточной Азии. Люди, живущие в Ангкоре, изменили естественный круговорот воды, отводя воду для выращивания сельскохозяйственных культур. По мере роста города система водоснабжения в этом регионе стала настолько напряженной, что переломный момент миновал. Система не смогла справиться с более сильными засухами и наводнениями, и город Ангкор рухнул.

Остается много неизвестного

Жители Аризоны знают, что последние несколько лет были более сухими и жаркими, чем обычно. Бартон сказал, что пока не ясно, прошли ли мы переломный момент в юго-западном регионе.

Это нормально-видеть небольшие колебания осадков и температуры из года в год. Но недавние исследования древнего климата заставляют Бартона задуматься, не стали ли более сухие погодные условия новой нормой для нашей жизни.

Бартон также отметил, что исследователи до сих пор не знают, почему меняются некоторые погодные системы. Например, прошедшие муссонные дожди изменились без предупреждения и по неизвестным причинам. Это может быть катастрофическим для человеческого населения, поскольку те, кто зависит от муссонов, испытывают сильную засуху, в то время как другие не имеют инфраструктуры для обработки притока воды.

В этой области исследований все еще существуют пробелы. Необходимо собрать и количественно оценить больше необработанных данных, а некоторым существующим данным не хватает точности и качества, необходимых для создания тестовых моделей и моделирования будущих резких изменений.

Исследователи также призывают к более глубокому анализу взаимодействия между экологическими системами и человеческими обществами в периоды изменения климата.

Наконец, улучшения в моделях систем Земли помогут ученым смоделировать возможные резкие изменения, которые люди могут увидеть в ближайшем будущем. Современные модели очень хорошо моделируют более постепенное изменение климата, но пока не способны моделировать хорошо документированные резкие изменения в прошлом.

Авторы надеются, что эта статья повысит осведомленность в этой области и что больше людей поймут, как анализ долгосрочного прошлого может помочь нам в ближайшем будущем.

Например, одним из компонентов исследования переломных моментов является выявление сигналов раннего предупреждения. Это меньшие колебания в системе перед резким изменением. Авторы говорят, что эти предупреждающие сигналы существуют, но когда в центре внимания весь мир, может быть сложно проследить, как небольшие изменения в одной системе могут предупредить о резких изменениях в другой.

Есть свидетельства прошлых предупреждающих сигналов. Например, перед значительным таянием последнего ледникового периода Земли произошли аномальные изменения в климате региона Северной части Тихого океана и вокруг Гренландии.

"Все компоненты могут меняться очень, очень быстро", - сказал Бартон. "Вся система может перейти в другое состояние… Как мы узнаем, когда подойдем слишком близко?"

Авторы оставляют читателя с этой заключительной мыслью: "Как люди, мы стараемся предвидеть будущее. Теперь мы хорошо понимаем, что сложные системы, включая взаимосвязанные социальные и экологические системы, которые в настоящее время доминируют на нашей планете, могут претерпевать резкие изменения.... Если мы не можем моделировать резкие изменения в прошлом, мы не можем надеяться предсказать их в будущем."

Статья "Резкие изменения в прошлом, переломные моменты и каскадные воздействия в системе Земли" опубликована 29 июля в соавторстве с более чем 30 исследователями со всего мира, включая Бартона и ван дер Леу.

ИСТОЧНИК