Переломные моменты изменения климата могут быть слишком простой концепцией

Международная группа экологов и математиков изучила эти закономерности и пришла к удивительному выводу. «Да, нам нужно сделать все возможное, чтобы остановить изменение климата», – заявили авторы, полностью согласившись с недавним отчетом МГЭИК. «Но Земля намного более устойчива, чем считалось ранее. Концепция переломных моментов слишком проста ». Ученые недавно опубликовали свою работу в журнале. Наука.

Формирование пространственного рисунка мидий и диатомовых водорослей на приливной плоскости. Такое формирование рисунка позволяет избежать переломных моментов, вызванных повышением уровня моря, так что приливные отмели не утонут. Пространственные узоры на приливной плите, включая волны, основаны на математическом моделировании. Предоставлено: Йохан ван де Коппель / Улько Глиммервин.

Статья основана на многолетнем сотрудничестве между различными исследовательскими институтами в Нидерландах и за рубежом, особенно между Утрехтским университетом и Лейденским университетом. Исследователи подошли к идее переломного момента в пространственном контексте. «Формирование пространственных структур в экосистемах, таких как спонтанное формирование сложных структур растительности, часто объясняется как сигнал раннего предупреждения о критическом переходе», – объясняет ведущий автор Макс Риткерк, эколог из Утрехтского университета. «Но эти модели на самом деле, кажется, позволяют экосистемам избегать таких переломных моментов». Эти выводы основаны на математическом анализе пространственных моделей и новых наблюдениях в реальных экосистемах.

Алан Тьюринг

Спонтанно возникающие в природе закономерности часто называют «паттернами Тьюринга» в честь известного британского математика Алана Тьюринга. В 1952 году он описал, как узоры в природе, такие как полосы на шерсти животных, могут развиваться из однородной исходной позиции. «В экологической науке паттерны Тьюринга часто называют сигналами раннего предупреждения, поскольку они указывают на нарушение», – поясняет математик и соавтор Лейденского университета Арьен Дельман. «Механизм формирования паттернов Тьюринга до сих пор не оспаривается. Но тот факт, что где-то формируется закономерность, не обязательно означает, что равновесие нарушено после переломного момента ». В качестве примера такой ситуации Риткерк приводит переход от саванны к пустыне. «Здесь можно наблюдать всевозможные сложные пространственные формы. Это пространственная реорганизация, но не обязательно переломный момент. Напротив: эти модели поворота на самом деле являются признаком устойчивости ».

Уклонение от переломных моментов

Исследователи открыли новое интересное явление в экологии: мультистабильность. Это означает, что одновременно в одних и тех же обстоятельствах может возникать множество различных пространственных паттернов. Риткерк говорит, что «каждая из этих моделей может оставаться стабильной в широком диапазоне условий и изменения климата. Более того, мы обнаружили, что любая сложная система, достаточно большая, чтобы генерировать пространственные модели, также может избежать переломных моментов ». Теперь вопрос: какие системы чувствительны к опрокидыванию, а какие нет? «Это означает, что мы должны вернуться к чертежному столу, чтобы понять точную роль переломных моментов», – говорит Риткерк. «Только тогда мы сможем определить, какие условия и пространственные модели приводят к переломным моментам, а какие – нет».

Эта работа вносит свой вклад в проект TiPES, междисциплинарный климатологический проект EU Horizon 2020 между 18 партнерскими учреждениями в 10 европейских странах, который является переломным моментом в системе Земля.