Pomiędzy środowiskiem naukowym, rządami, organizacjami humanitarnymi, a nawet planistami wojskowymi, zmiany klimatu są uważane za jedno z największych zagrożeń dla ludzkości. Pomiędzy wzrostem głodu, chorób, powodzi, przesiedleń, ekstremalnych warunków pogodowych i chaosu, jasne jest, że sposób, w jaki ocieplamy naszą planetę, ma tragiczne konsekwencje.
Ale istnieje wiele scenariuszy, w których wyrządzona szkoda może skutkować niekontrolowanym efektem prowadzącym do masowego wymierania. Możliwość tę zilustrowano w niedawnym badaniu przeprowadzonym przez profesora MIT Daniela Rothmana przy wsparciu NASA i National Science Foundation (NSF). Według Rothmana grozi nam przekroczenie „progu węglowego”, który może doprowadzić do niekontrolowanego efektu w oceanach na Ziemi.
Rothman, profesor geofizyki i współreżyser Lorenz Center w Departamencie Nauk o Ziemi, Atmosferze i Planetarnej MIT, przez ostatnie kilka lat ostrzegał nas przed krytycznym progiem, przed którym stoimy. W 2017 roku opublikował artykuł w Postępy w nauce ostrzegało to, w jaki sposób oceany Ziemi mogą pomieścić wystarczającą ilość dwutlenku węgla do 2100 roku, aby spowodować masowe wyginięcie.
Od tego czasu Rothman udoskonalił tę prognozę, badając sposób, w jaki reaguje cykl węgla po przekroczeniu progu krytycznego. W swoim nowym artykule, który ukazał się w Postępowania z National Academy of SciencesRothman zastosował prosty model matematyczny, który opracował w celu przedstawienia cyklu węgla w górnym oceanie Ziemi i tego, jak mógłby on zachowywać się po przekroczeniu tego progu.
Cykl polega na uwalnianiu węgla do atmosfery ziemskiej (głównie w wyniku aktywności wulkanicznej) i przechowywaniu w płaszczu Ziemi w postaci minerałów węglanowych. Nasze oceany służą również jako „pochłaniacz węgla”, usuwając węgiel atmosferyczny z powietrza i przekształcając go w kwas węglowy. Cykl ten utrzymywał temperatury planety i poziom kwasowości oceanu na stałym poziomie.
Kiedy dwutlenek węgla z atmosfery rozpuszcza się w wodzie morskiej, ma również wpływ na obniżenie w oceanach stężeń jonów węglanowych. Kiedy spadną poniżej pewnego progu, skorupy wykonane z węglanu wapnia zaczynają się rozpuszczać, a organizmy, które są zależne od nich w celu ochrony, mają trudniejsze przeżycie.
Jest to szkodliwe z dwóch powodów. Z jednej strony oznacza to, że ważna część morskiego cyklu życia zacząłaby wymierać. Z drugiej strony muszle odgrywają ważną rolę w usuwaniu dwutlenku węgla z górnego oceanu. Dzieje się tak w wyniku, gdy organizmy polegają na swoich skorupach, aby pomóc im zatonąć na dnie oceanu, niosąc ze sobą szkodliwy węgiel organiczny.
Dlatego wzrost atmosferycznego dwutlenku węgla (i wynikające z tego zakwaszenie oceanów) będzie oznaczać mniej organizmów zwapniających się i mniej usuwanego dwutlenku węgla. Jak wyjaśnił Rothman w ostatnim wywiadzie dla MIT News:
„To pozytywna opinia. Więcej dwutlenku węgla prowadzi do większej ilości dwutlenku węgla. Z matematycznego punktu widzenia pytanie brzmi: czy taka informacja zwrotna wystarczy, aby system był niestabilny? ”
Proces ten miał miejsce wiele razy w ciągu historii Ziemi. Jak wskazał Rothman w swoich badaniach, dowody pochodzące z badań warstw osadowych pokazują, że zapasy węgla w oceanach zmieniały się gwałtownie (a następnie odzyskiwały) dziesiątki razy w ciągu ostatnich 540 milionów lat. Najbardziej dramatyczny z nich miał miejsce w tym samym czasie, co cztery z pięciu wielkich masowych wyginięć w historii Ziemi.
W każdym z tych przypadków Rothman konkluduje, że wzrost poziomu dwutlenku węgla (stopniowy lub nagle) ostatecznie przekroczył próg, co powoduje niekontrolowany efekt kaskadowy z udziałem sprzężeń chemicznych. Doprowadziło to do skrajnego zakwaszenia oceanów i wzmocnienia efektów pierwotnego wyzwalacza.
Co więcej, dla mniej więcej połowy zakłóceń w modelu Rothmana, tempo wzrostu węgla było zasadniczo takie samo po uruchomieniu. Podczas gdy wyzwalacze w przeszłości były najprawdopodobniej spowodowane zwiększoną aktywnością wulkaniczną lub innymi naturalnymi zdarzeniami, miały one miejsce w ciągu dziesiątek tysięcy lat. Dzisiaj ludzkość pompuje CO2 do atmosfery w tempie wcześniej niespotykanym w zapisie geologicznym.
Było to jedno z głównych ustaleń badania Rothmana, które wykazało, że tempo, w jakim CO2 wprowadzony odgrywa ważną rolę w wyrzucaniu systemu z rażenia. Podczas gdy niewielkie zaburzenia w cyklu węgla wyrównywałyby się w czasie i nie wpływałyby na ogólną stabilność oceaniczną, szybkie wprowadzenie CO2 doprowadziłoby do kaskady pozytywnych informacji zwrotnych, które potęgują problem.
Dzisiaj Rothman twierdzi, że „znajdujemy się na krawędzi pobudzenia”, a jeśli tak się stanie, uzyskane informacje zwrotne i skutki będą prawdopodobnie podobne do przeszłych globalnych katastrof. „Kiedy przekroczymy próg, to, jak się tam dostaliśmy, może nie mieć znaczenia” - powiedział. „Kiedy już to przeżyjesz, masz do czynienia z tym, jak działa Ziemia, i idzie własną drogą”.
Z drugiej strony jego badanie wykazało również, że oceany Ziemi (oparte na obecnych poziomach zakwaszenia) wrócą ostatecznie do równowagi, ale dopiero po dziesiątkach tysięcy lat. Ten wzór jest zgodny z zapisami geologicznymi, szczególnie z co najmniej trzema masowymi wyginięciami, które, jak się uważa, są związane z trwałym masywnym wulkanizmem.
Innymi słowy, jeśli antropogeniczne emisje węgla przekroczą próg i przekroczą go, konsekwencje mogą być tak samo dotkliwe jak w przypadku wcześniejszych masowych wyginięć. „Trudno jest przewidzieć, jak się to skończy, biorąc pod uwagę to, co się dzisiaj dzieje” - powiedział Rothman. „Ale prawdopodobnie jesteśmy blisko progu krytycznego. Każdy skok osiągnie maksimum po około 10 000 lat. Mamy nadzieję, że da nam to czas na znalezienie rozwiązania. ”
Już teraz społeczność naukowa uznaje ten antropogeniczny CO2 emisje mają wpływ na środowisko Ziemi - efekt, który można było odczuć przez tysiąclecia. Jednak badanie to sugeruje, że konsekwencje te mogą być znacznie bardziej dramatyczne niż wcześniej oczekiwano i mogą być nieodwracalne po pewnym czasie. Jeśli nic więcej, badanie Rothmana podkreśla potrzebę wdrożenia rozwiązań teraz, gdy jest jeszcze czas.
