Matematik viser karakteren af ​​vippepunkter for klima- og økokriser

Mennesker skal være på vagt over for at bryde et "point of no return", der fører til økologiske katastrofer, såsom tab af regnskove eller irreversible klimaændringer, ifølge den mest detaljerede undersøgelse af sin art.

Den tynde linje, der adskiller Jordens nuværende klima fra et frosset klima - den såkaldte sneboldtilstand - er blevet udforsket i ny forskning ledet af University of Reading, der kombinerer matematik med klimavidenskab.

Forskere analyserede, hvordan tilfældige begivenheder og menneskelig handling kunne kombineres for at nå et vendepunkt, hvor én naturlig tilstand går over til en meget anden.

Fundene, offentliggjort i dag i tidsskriftet Fysisk gennemgangsbreve , kan anvendes på jordens klima, landskabstræk eller økosystemer som en regnskov for at hjælpe vores forståelse af, hvordan de kan ændres eller ødelægges efter at have nået et point of no return.

Valerio Lucarini, Professor i statistisk mekanik ved University of Reading og hovedforfatter af undersøgelsen, sagde:"Ændringer i klimaet eller katastrofale fald i naturlige træk som skove sker alle på en måde, der ligner en rejse i et bjergområde. Disse stater er som to dale adskilt af et bjergpas, som skal krydses for at bevæge sig imellem dem.

"At udpege denne skillelinje har givet os mulighed for bedre at forstå, hvornår vi sandsynligvis vil se overgange i den naturlige verden. Dette hjælper med at skitsere et sikkert operationsområde, gør os i stand til at skræddersy vores adfærd til at forblive inden for dette og til at indse, hvornår en overgang kan forekomme. At fælde træer, at ødelægge økosystemer eller ændre klimaet kan alle få os til at forvilde os for tæt på et vendepunkt, risikerer dramatiske og irreversible forandringer."

Den nye forskning bygger på en tidligere (2017) undersøgelse offentliggjort i Nonlinearity af de samme forfattere, som brugte en dynamisk metode til at identificere vippepunktet mellem to konkurrerende stater. Denne undersøgelse førte til en hidtil uset forståelse af klimaets globale stabilitetsegenskaber og blev fremhævet som årets højdepunkt af IOP Videnskab tidsskrift, der udgav den.

Den nye undersøgelse hjælper vores forståelse af Jordens klimavendepunkter. Jorden vendte flere gange mellem en varm og sneboldtilstand for omkring 650 millioner år siden, forud for begyndelsen af ​​flercellet liv.

Holdet brugte tilfældige udsving til at simulere en tilgang til et sådant vendepunkt, viser på hvilket tidspunkt en overgang fra den ene tilstand til den anden bliver sandsynlig.

Dette kan anvendes på naturlige træk som Amazonas regnskoven. Regnskoven oplever udsving forårsaget af brande, tørke eller menneskeskabt skovrydning, men er i stand til at regenerere op til et vist punkt. Forskningen kunne hjælpe os med at vurdere det punkt, hvor en skov ville blive ude af stand til at absorbere disse begivenheder og begynde en ustoppelig tilbagegang, giver os mulighed for at handle i overensstemmelse hermed for at bevare det.

Holdet planlægger nu at anvende deres resultater til en klimaomstilling i den virkelige verden, som kan ses i dag, analysere de processer, der fører til starten og slutningen af ​​monsunsæsonen i dele af verden, eller dem, der er ansvarlige for forskellige cirkulationsregimer i Atlanterhavet.

Professor Lucarini sagde:"At krydse et vendepunkt afhænger af en kombination af tilfældige hændelser, der akkumuleres for at producere overgangen.

"Menneskelig handling kan være ubetydelig, når vendepunktet er langt væk, men det kan være dråben, når vi nærmer os det. At forstå denne sammenhæng er afgørende for at bedømme, hvornår vi kan vælte ind i en ny stat."