Økologisk kompleksitet og biosfæren:De næste 30 år

Økologisk kompleksitetsudfordringer for 2050. Med stigningen i globale temperaturer, befolkningstilvækst og det deraf følgende pres på ressourcer og levesteder vil biodiversiteten stå over for store trusler. En afgørende rolle for videnskaben er at udvikle pålidelige forudsigelser om fremtidige tendenser. Her er der valgt fire eksempler (venstre) sammen med aktuelle prognoser (midter kolonne, anslået 2050 tilstande angivet med en rød cirkel) og eksempler på de anvendte komplekse systemtilgange (højre). (a) Bycentre (billede af Central Park, New York, af Ajay Suresh, Creative Commons) udvider sig hurtigt, efterhånden som massive migrationer sker mod byer. Den menneskelige befolkningstilvækst (midten) aftager langsomt, men to ekstra milliarder mennesker vil blive tilføjet til de nuværende tal og nå 9,7 milliarder i 2050. Den nuværende tendens er en konsekvens af de ikke-lineariteter forbundet med hyperbolsk dynamik, som forudsiger en singularitet ved en given given tid. endelig tid tc (højre). (b) Regnskove (billede til venstre af Gleilson Miranda, Creative Commons) oplever hurtigt tab og fragmentering af deres levesteder, med forudsagte kritiske punkter (midterplot, grå bjælke, se [2]) som vil blive nået om nogle få årtier. Disse kritiske punkter svarer til perkolationstærskler (højre panel). (c) Drylands (billede udlånt af David Huber) udvider sig og vil vokse fra de nuværende 40 % til mere end 50 % på blot tre årtier. Modeller af tørområder, der involverer vegetationsdækning som en nøglevariabel, forudsiger skarpe overgange mellem alternative tilstande, forbundet gennem tre forskellige skift [3]. Her er to af dem angivet. (d) Navnlig marine økosystemer og koralrev (billede til venstre af Toby Hudson, Creative Commons) bliver påvirket af opvarmning af havtemperaturer, eutrofiering, patogener og overfiskning. Revdække er hurtigt faldende og kan opleve massive henfald i de næste årtier. Her er den tidligere og forudsagte tidsserie af koralrevsdækning på Hawaii vist (i midten, data fra https://19january2017snapshot.epa.gov/cira/climate-action-benefits-coral-reefs_.html). Flere alternative tilstande er blevet identificeret (til højre) med forskellige kilder til stress, der forårsager hop fra en tilstand til en anden. Kredit:Philosophical Transactions of the Royal Society B:Biological Sciences (2022). DOI:10.1098/rstb.2021.0376

I 1972 viste rapporten Limits to Growth, at business as usual på en planet med begrænsede ressourcer og en hurtigt voksende menneskelig befolkning kun kan ende i uholdbar vækst og kollaps. Rapporten var inspireret af systemvidenskab, en forløber for nutidens kompleksitetsvidenskab.

Nu er det tid til at opdatere det arbejde ved hjælp af de værktøjer, der er udviklet i løbet af det sidste halve århundrede, som SFI ekstern professor Ricard Solé (Universitat Pompeu Fabra) og Science Board-medlem Simon Levin (Princeton University) skriver i introduktionen til et særnummer af Philosophical Transactions of the Royal Society B . Temanummeret udforsker den rolle, som videnskaben om komplekse systemer vil spille i vores forståelse af de afgørende ændringer, som Jordens biosfære står over for i de næste tre årtier.

Vi kan nu udvikle langt mere granulære modeller, der inkorporerer geografisk variation, med skalaer, der spænder fra jord-mikrobiom-netværk til plante-vand-interaktioner til koblede menneske-miljø-systemer. Og udviklingen af komplekse systemvidenskab giver os mulighed for bedre at modellere tippunkter, et nøgletræk ved klimaændringer og miljøsammenbrud, såvel som potentielle interventionsscenarier. + Udforsk yderligere

Biokonstruerede jordmikrober kan hjælpe med at forhindre ørkendannelse

Sidste artikelKlimaændringer:Potentialet for at bringe menneskeheden til livs er farligt underudforsket, siger eksperter

Næste artikelOversvømmelsesrisikoen stiger i hele St. Louis-regionen. Hvem løser problemet?