H Γη έχει ξεπεράσει έξι από τα εννέα πλανητικά όρια
(Σημαντικότεροι επιστήμονες κλιματολογίας και άλλων συναφών επιστημών στην Ευρώπη)
Katherine Richardson https://orcid.org/0000-0003-3785-2787 , Will Steffen, Wolfgang Lucht, Jørgen Bendtsen https://orcid.org/0000-0003-1393-3072, Sarah E. Cornell https://orcid.org/0000-0003-4367-1296, Jonathan F. Donges https://orcid.org/0000-0001-5233-7703, Markus Drüke https://orcid.org/0000-0002-8004-7153, Ingo Fetzer https://orcid.org/0000-0001-7335-5679, Govindasamy Bala https://orcid.org/0000-0002-3079-0600, [...] , and Johan Rockström https://orcid.org/0000-0001-8988-2983+19 authors Authors Info & Affiliations
Αυτή η ενημέρωση του πλαισίου πλανητικών ορίων διαπιστώνει ότι έξι από τα εννέα όρια παραβιάζονται, γεγονός που υποδηλώνει ότι η Γη είναι πλέον πολύ έξω από τον ασφαλή λειτουργικό χώρο για την ανθρωπότητα. Η οξίνιση των ωκεανών είναι κοντά στο να παραβιαστεί, ενώ το φορτίο αερολύματος υπερβαίνει περιφερειακά το όριο. Τα επίπεδα του στρατοσφαιρικού όζοντος έχουν ανακάμψει ελαφρώς. Το επίπεδο παράβασης έχει αυξηθεί για όλα τα όρια που είχαν προηγουμένως χαρακτηριστεί ως ξεπερασμένα. Καθώς η πρωτογενής παραγωγή οδηγεί τις λειτουργίες της βιόσφαιρας του γήινου συστήματος, η ανθρώπινη οικειοποίηση της καθαρής πρωτογενούς παραγωγής προτείνεται ως μεταβλητή ελέγχου για τη λειτουργική ακεραιότητα της βιόσφαιρας. Αυτό το όριο επίσης παραβιάζεται. Η μοντελοποίηση του γήινου συστήματος των διαφορετικών επιπέδων παραβίασης των ορίων αλλαγής του κλίματος και του χερσαίου συστήματος δείχνει ότι αυτές οι ανθρωπογενείς επιπτώσεις στο σύστημα της Γης πρέπει να εξεταστούν σε ένα συστημικό πλαίσιο.
Εξι από τα εννέα όρια παραβιάζονται. Επιπλέον, η οξίνιση των ωκεανών πλησιάζει το πλανητικό της όριο. Η πράσινη ζώνη είναι ο ασφαλής χώρος λειτουργίας (κάτω από το όριο). Το κίτρινο έως κόκκινο αντιπροσωπεύει τη ζώνη αυξανόμενου κινδύνου. Το μωβ δείχνει τη ζώνη υψηλού κινδύνου όπου οι συνθήκες του μεσοπαγετώδους συστήματος της Γης παραβιάζονται με μεγάλη εμπιστοσύνη. Οι τιμές για τις μεταβλητές ελέγχου κανονικοποιούνται έτσι ώστε η προέλευση να αντιπροσωπεύει τις μέσες συνθήκες του Ολόκαινου και το πλανητικό όριο (κάτω άκρο της ζώνης αυξανόμενου κινδύνου, διακεκομμένος κύκλος) βρίσκεται στην ίδια ακτίνα για όλα τα όρια (εκτός από τις σφήνες που αντιπροσωπεύουν πράσινο και μπλε νερό, βλ. κύριο κείμενο). Τα μήκη σφήνας κλιμακώνονται λογαριθμικά. Τα ανώτερα άκρα των σφηνών για τις νέες οντότητες και η συνιστώσα της γενετικής ποικιλότητας των ορίων ακεραιότητας της βιόσφαιρας είναι θολά είτε επειδή το ανώτερο άκρο της ζώνης αυξανόμενου κινδύνου δεν έχει ακόμη οριστεί ποσοτικά (νέες οντότητες) είτε επειδή η τρέχουσα τιμή είναι γνωστή μόνο με μεγάλη αβεβαιότητα (απώλεια γενετικής ποικιλότητας). Και τα δύο, ωστόσο, βρίσκονται πολύ έξω από τον ασφαλή χώρο λειτουργίας. Η υπέρβαση αυτών των ορίων αντανακλά την άνευ προηγουμένου ανθρώπινη διατάραξη του συστήματος της Γης, αλλά συνδέεται με μεγάλες επιστημονικές αβεβαιότητες.
Το πλαίσιο πλανητικών ορίων (1, 2)[1] βασίζεται στην επιστήμη του συστήματος της Γης (3). Προσδιορίζει εννέα διαδικασίες που είναι κρίσιμες για τη διατήρηση της σταθερότητας και της ανθεκτικότητας του συστήματος της Γης στο σύνολό του. Όλα είναι σήμερα έντονα διαταραγμένα από τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Το πλαίσιο στοχεύει στην οριοθέτηση και ποσοτικοποίηση των επιπέδων ανθρωπογενούς διαταραχής που, εάν τηρηθούν, θα επιτρέψουν στη Γη να παραμείνει σε μια μεσοπαγετώδη κατάσταση «τύπου Ολόκαινου». Σε μια τέτοια κατάσταση, οι παγκόσμιες περιβαλλοντικές λειτουργίες και τα συστήματα υποστήριξης της ζωής παραμένουν παρόμοια με αυτά που βιώθηκαν τα τελευταία ~10.000 χρόνια αντί να μετατραπούν σε μια κατάσταση χωρίς ανάλογο στην ανθρώπινη ιστορία. Αυτή η περίοδος του Ολόκαινου, η οποία ξεκίνησε με το τέλος της τελευταίας εποχής των παγετώνων και κατά την οποία εξελίχθηκε η γεωργία και οι σύγχρονοι πολιτισμοί, χαρακτηρίστηκε από σχετικά σταθερές και θερμές πλανητικές συνθήκες. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες έχουν πλέον φέρει τη Γη έξω από το παράθυρο της περιβαλλοντικής μεταβλητότητας του Ολόκαινου, δημιουργώντας την προτεινόμενη Ανθρωπόκαινο εποχή (4, 5).
Τα αποτελέσματα βασίζονται σε εξιδανικευμένα πειράματα μοντέλων του συστήματος της Γης με ποικίλη πλανητική οριακή κατάσταση, που κυμαίνονται από τη διατήρηση του πλανητικού ορίου (85% / 50% / 85% βόρειο / εύκρατο / τροπικό δάσος που απομένει, 350-ppm ατμοσφαιρικό CO2, πράσινο), το ανώτερο άκρο της ζώνης αυξανόμενου κινδύνου (60% / 30% / 60%, 450 ppm, πορτοκαλί) και πέρα από τη ζώνη αυξανόμενου κινδύνου (40% / 20% / 40%, 550 σελ./λεπτό, κόκκινο). Οι ανοιχτοί κύκλοι αντιπροσωπεύουν τις βραχυπρόθεσμες αλλαγές (1988–2100) του συστήματος, ενώ οι έγχρωμοι κύκλοι τις μακροπρόθεσμες αλλαγές (2100–2770). Τα χρώματά τους υποδηλώνουν την κατάσταση του ορίου αλλαγής του χερσαίου συστήματος, ενώ το όριο της κλιματικής αλλαγής εμφανίζεται στον άξονα y. Οι θέσεις των κύκλων στον άξονα x αντιπροσωπεύουν τις μεταβολές στα αποθέματα άνθρακα της γης και οι σχετικές μεταβολές της θερμοκρασίας της γης δίνονται δίπλα σε κάθε κύκλο, και οι δύο σε σύγκριση με το έτος 1988. Η υπέρβαση του ορίου της κλιματικής αλλαγής (άξονας y) συνδέεται κυρίως με αύξηση της θερμοκρασίας, ενώ η παραβίαση της αλλαγής του χερσαίου συστήματος οδηγεί σε απώλεια χερσαίων αποθεμάτων άνθρακα (πηγή) 100 έως 200 Gt C.
Η περιβαλλοντική πίεση πλανητικής κλίμακας από τον άνθρωπο συνεχίζεται και τα επιμέρους συστατικά του συστήματος της Γης βρίσκονται, σε αυξανόμενο βαθμό, σε ανισορροπία σε σχέση με τις μεταβαλλόμενες συνθήκες. Κατά συνέπεια, η μετα-Ολόκαινος Γη εξακολουθεί να εξελίσσεται και οι τελικές παγκόσμιες περιβαλλοντικές συνθήκες παραμένουν αβέβαιες.
Η έρευνα για το παλαιοκλίμα, ωστόσο, τεκμηριώνει ότι η Γη έχει βιώσει προηγουμένως σε μεγάλο βαθμό συνθήκες χωρίς πάγο κατά τη διάρκεια θερμών περιόδων (6, 7) με αντίστοιχα διαφορετικές καταστάσεις της βιόσφαιρας. Είναι σαφώς προς το συμφέρον της ανθρωπότητας να αποφύγει να διαταράξει το σύστημα της Γης σε βαθμό που να κινδυνεύει να αλλάξει τόσο έντονα τις παγκόσμιες περιβαλλοντικές συνθήκες.
Η παγοκάλυψη είναι μόνο ένας δείκτης ουσιαστικής αλλαγής σε όλο το σύστημα σε πολλές άλλες διαστάσεις του συστήματος της Γης. Το πλαίσιο πλανητικών ορίων οριοθετεί τα βιοφυσικά και βιοχημικά συστήματα και διαδικασίες που είναι γνωστό ότι ρυθμίζουν την κατάσταση του πλανήτη εντός περιοχών που είναι ιστορικά γνωστές και επιστημονικά πιθανό να διατηρήσουν τη σταθερότητα του συστήματος της Γης και τα συστήματα υποστήριξης της ζωής που ευνοούν την ανθρώπινη ευημερία και την κοινωνική ανάπτυξη που βιώθηκε κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου.
Επί του παρόντος, οι ανθρωπογενείς διαταραχές του παγκόσμιου περιβάλλοντος αντιμετωπίζονται πρωτίστως σαν να ήταν ξεχωριστά ζητήματα, π.χ. κλιματική αλλαγή, απώλεια βιοποικιλότητας ή ρύπανση. Αυτή η προσέγγιση, ωστόσο, αγνοεί τις μη γραμμικές αλληλεπιδράσεις αυτών των διαταραχών και τις προκύπτουσες συνολικές επιπτώσεις στη συνολική κατάσταση του συστήματος της Γης. Τα πλανητικά όρια φέρνουν μια επιστημονική κατανόηση των ανθρωπογενών παγκόσμιων περιβαλλοντικών επιπτώσεων σε ένα πλαίσιο που απαιτεί την εξέταση της κατάστασης του συστήματος της Γης στο σύνολό του.
Για >3 δισεκατομμύρια χρόνια, οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ της γεώσφαιρας (ροή ενέργειας και μη ζωντανά υλικά στη Γη και την ατμόσφαιρα) και της βιόσφαιρας (όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί / οικοσυστήματα) έχουν ελέγξει τις παγκόσμιες περιβαλλοντικές συνθήκες. Η κατάσταση του γήινου συστήματος άλλαξε ως απάντηση σε εξαναγκασμούς που δημιουργήθηκαν από εξωτερικές διαταραχές (π.χ. εισροή ηλιακής ενέργειας και χτυπήματα bolide) ή εσωτερικές διεργασίες στη γεώσφαιρα (π.χ. τεκτονική πλακών και ηφαιστειότητα) ή στη βιόσφαιρα (π.χ. εξέλιξη της φωτοσύνθεσης και άνοδος αγγειακών φυτών). Αυτοί οι εξαναγκασμοί υποβλήθηκαν σε επεξεργασία μέσω αλληλεπιδράσεων και ανατροφοδοτήσεων μεταξύ διαδικασιών και συστημάτων εντός του συστήματος της Γης, διαμορφώνοντας τη συχνά πολύπλοκη συνολική αντίδρασή του.
Σήμερα, οι ανθρώπινες δραστηριότητες, η ανθρωπόσφαιρα, με επιπτώσεις πλανητικής κλίμακας δρουν ως πρόσθετη πίεση στο σύστημα της Γης. Έτσι, η ανθρωπόσφαιρα έχει γίνει ένα πρόσθετο λειτουργικό συστατικό του συστήματος της Γης (3, 8), ικανό να μεταβάλει την κατάσταση του συστήματος της Γης. Το πλαίσιο πλανητικών ορίων διαμορφώνει όρια στην επίδραση της ανθρωπόσφαιρας στο σύστημα της Γης, προσδιορίζοντας έναν επιστημονικά τεκμηριωμένο ασφαλή λειτουργικό χώρο για την ανθρωπότητα που μπορεί να διασφαλίσει τόσο τη μεσοπαγετώδη κατάσταση της Γης όσο και την ανθεκτικότητά της.
Η κατάσταση του Ολόκαινου της Γης είναι το σημείο αναφοράς σε αυτό το πλαίσιο, καθώς πολλές από τις συνιστώσες που αποτελούν το πλανητικό οριακό πλαίσιο ήταν μάλλον σταθερές κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Αυτό είναι επίσης το μόνο κράτος ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ του συστήματος της Γης που έχουν γνωρίσει ιστορικά. Το κλίμα είναι μια εκδήλωση εξωτερικών εξαναγκασμών, π.χ. ηλιακή δραστηριότητα, τροχιακοί κύκλοι και αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συνιστωσών του συστήματος της Γης, και η παγκόσμια μέση θερμοκρασία της επιφάνειας ποικίλλει μόνο κατά ±0,5 ° C (9) από τη Νεολιθική [~ 9000 πριν από το παρόν (B.P.)] μέχρι τη Βιομηχανική Επανάσταση. Τα βιώματα σε όλη τη Γη ήταν επίσης σε μεγάλο βαθμό σταθερά τα τελευταία 10.000 χρόνια, με την προβιομηχανική παγκόσμια χερσαία καθαρή πρωτογενή παραγωγή (NPP) να ποικίλλει κατά όχι >55,9 ± 1,1 δισεκατομμύρια τόνους (Gt) C year−1 (2σ) (βλ. Συμπληρωματικά Υλικά). Τα δεδομένα που διορθώθηκαν λόγω μεροληψίας (10) επιβεβαιώνουν ότι τα προβιομηχανικά παγκόσμια επίπεδα βροχοπτώσεων ήταν επίσης σταθερά, ιδίως από τα μέσα του Ολόκαινου και μετά. Αυτά τα δεδομένα παρέχουν ισχυρή υποστήριξη για τη χρήση του Ολόκαινου (δείτε τα Συμπληρωματικά Υλικά) ως κατάσταση αναφοράς πλανητικών ορίων για έναν σταθερό και ανθεκτικό πλανήτη.
Επομένως, όλα τα επιμέρους όρια του πλαισίου υιοθετούν τις προβιομηχανικές συνθήκες του Ολόκαινου ως σημείο αναφοράς για την εκτίμηση του μεγέθους των ανθρωπογενών αποκλίσεων. Τα διαθέσιμα δεδομένα και η κατάσταση των γνώσεων από την ανάλυση και τη μοντελοποίηση των συνιστωσών πλαισίου υπαγορεύουν τις μεθόδους παραγωγής και ποσοτικοποίησης των επιμέρους ορίων και των προληπτικών προστατευτικών κιγκλιδωμάτων τους. Παρά τους περιορισμούς των δεδομένων, έχουν καταβληθεί προσπάθειες για τον εντοπισμό κατάλληλων μεταβλητών ελέγχου για όλα τα όρια, μαζί με στοιχεία για το πόσο η διαταραχή οδηγεί σε δημιουργία επιπτώσεων ή τροποποιημένων αλληλεπιδράσεων / ανατροφοδοτήσεων που μπορούν ενδεχομένως να προκαλέσουν μη αναστρέψιμες αλλαγές στα συστήματα υποστήριξης της ζωής της Γης. Η εστίαση είναι πάντα στο σύστημα της Γης και όχι στην περιφερειακή κλίμακα, ακόμη και όταν τα στοιχεία που χρησιμοποιούνται για τον καθορισμό των ορίων προέρχονται από περιφερειακές μελέτες. Σε αυτές τις περιπτώσεις, τα περιφερειακά στοιχεία συνδυάζονται για την αξιολόγηση των επιπτώσεων του συστήματος της Γης από σωρευτικές παραβάσεις σε πολλαπλά περιφερειακά συστήματα.
Το πλαίσιο των πλανητικών ορίων έχει προσελκύσει σημαντική επιστημονική και κοινωνική προσοχή, εμπνέοντας στρατηγικές και πολιτικές διακυβέρνησης σε όλα τα επίπεδα.
Το πλαίσιο εξελίσσεται μέσω επικαιροποιήσεων που πραγματοποιούνται υπό το πρίσμα της πρόσφατης επιστημονικής κατανόησης. Εδώ, συγκεντρώνουμε προόδους από διαφορετικούς τομείς της επιστήμης για να ενημερώσουμε το πλαίσιο και την κατάσταση των ορίων της. Τα όρια προτείνονται, για πρώτη φορά, για όλες τις επιμέρους συνιστώσες του πλαισίου. Οι επικαιροποιήσεις της λειτουργικής ακεραιότητας της βιόσφαιρας και των ορίων φόρτωσης αερολυμάτων βασίζονται σε αναλύσεις που παρουσιάζονται εδώ. Πρόσφατες αναλύσεις αποτελούν τη βάση για την επικαιροποίηση της αλλαγής του γλυκού νερού και των νέων ορίων οντοτήτων. Τέλος, η σημασία της εξέτασης των ανθρώπινων επιπτώσεων στις συνιστώσες του παγκόσμιου περιβάλλοντος σε ένα πλαίσιο συστήματος απεικονίζεται χρησιμοποιώντας μια άσκηση μοντελοποίησης που διερευνά πώς διάφορα σενάρια παραβίασης του χερσαίου συστήματος (που αντιπροσωπεύουν τη βιόσφαιρα) και των ορίων της κλιματικής αλλαγής συνδυάζονται για να επηρεάσουν τα χαρακτηριστικά του συστήματος της Γης.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh2458
1 J. Rockström, W. Steffen, K. Noone, Å. Persson, S. Chapin, E. F. Lambin, T. M. Lenton, M. Scheffer, C. Folke, J. Schellnhuber, B. Nykvist, C. A. DeWit, T. Hughes, S. van der Leeuw, H. Rodhe, S. Sörlin, P. K. Snyder, R. Costanza, U. Svedin, M. Falkenmark, L. Karlberg, R. W. Corell, V. J. Fabry, J. Hansen, D. Liverman, K. Richardson, P. Crutzen, J. Foley, A safe operating space for humanity. Nature 461, 472–475 (2009).
2 W. Steffen, K. Richardson, J. Rockström, S. E. Cornell, I. Fetzer, E. M. Bennett, R. Biggs, S. R. Carpenter, W. de Vries, C. A. de Wit, C. Folke, D. Gerten, J. Heinke, G. M. Mace, L. M. Persson, V. Ramanathan, B. Reyers, S. Sörlin, Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet. Science 347, 1259855 (2015).
3 W. Steffen, K. Richardson, J. Rockström, H. Schellnhuber, O. P. Dube, S. Dutreil, T. M. Lenton, J. Lubchenco, The emergence and evolution of Earth system science. Nat. Rev. Earth Environ. 1, 54–63 (2020).
4 J. Zalasiewicz, C. N. Waters, C. Summerhayes, A. P. Wolfe, A. D. Barnosky, A. Cearreta, P. Crutzen, E. C. Ellis, J. J. Fairchild, A. Gałuszka, P. Haff, I. Hajdas, M. J. Head, J. A. I. do Sul, C. Jeandel, R. Leinfelder, J. R. McNeill, C. Neal, E. Odada, N. Oreskes, W. Steffen, J. P. M. Syvitski, M. Wagreich, M. Williams, The working group on the ‘Anthropocene’: Summary of evidence and recommendations. Anthropocene 19, 55–60 (2017).
5 C. N. Waters, J. Zalasiewicz, C. Summerhayes, A. D. Barnosky, C. Poirier, A. Gałuszka, A. Cearreta, M. Edgeworth, E. C. Ellis, M. Ellis, C. Jeandel, R. Leinfelder, J. R. McNeill, D. D. Richter, W. Steffen, J. Syvitski, D. Vidas, M. Wagreich, M. Williams, A. Zhisheng, J. Grinevald, E. Odada, N. Oreskes, A. P. Wolfe, The Anthropocene is functionally and stratigraphically distinct from the Holocene. Science 351, eaad2622 (2016).
6 W. F. Ruddiman, Earth’s Climate: Past and Future (Third edition, W.H. Freeman and Co., 2014).
7 C. P. Summerhayes, Paleoclimatology: From Snowball Earth to the Anthropocene (Wiley-Blackwell, 2020)
8 H.-J. Schellnhuber, Discourse: Earth system analysis—The scope of the challenge, in Earth System Analysis: Integrating Science for Sustainability. H.-J. Schellnhuber, V. Wenzel, Eds. (Springer, Heidelberg, 1998), pp. 3–195.
9 M. B. Osman, J. E. Tierney, J. Zhu, R. Tardif, G. J. Hakim, J. King, C. J. Poulsen, Globally resolved surface temperatures since the Last Glacial Maximum. Nature 599, 239–244 (2021).
10 R. M. Beyer, M. Krapp, A. Manica, High-resolution terrestrial climate, bioclimate and vegetation for the last 120,000 years. Sci. Data. 7, 236 (2020).
