På 1950-talet ställde den berömda fysikeren Enrico Fermi frågan som omslöt en av de tuffaste frågorna i Söket efter utomjordisk intelligens (SETI): "Var är det alla?" Vad han menade var, med tanke på universumets ålder (13,8 miljarder år), det stora antalet galaxer (mellan 1 och 2 biljoner) och det totala antalet planeter, varför har mänskligheten fortfarande inte funnit bevis för utomjordisk intelligens?
Denna fråga, som har blivit känd som "Fermi-paradoxen", är något som forskarna fortsätter att fundera över. I en ny studie ansåg ett team från University of Rochester att kanske klimatförändring är anledningen. Med hjälp av en matematisk modell baserad på Anthropocene övervägde de hur civilisationer och planetsystem samutvecklas och huruvida intelligenta arter kan leva hållbarhet med sin miljö eller inte.
Studien, med titeln "The Anthropocene Generalised: Evolution of Exo-Civilization and They Planetetary Feedback", dykte nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Astrobiology. Studien leddes av Adam Frank, professor i fysik och astronomi vid University of Rochester, med hjälp av Jonathan Carroll-Nellenback (en högre beräkningsforskare vid Rochester) Marina Alberti vid University of Washington och Axel Kleidon av Max Planck Institute for Biogeochemistry.
I dag är klimatförändringar en av de mest angelägna frågorna som mänskligheten står inför. Tack vare förändringar som har ägt rum under de senaste århundradena - dvs den industriella revolutionen, befolkningstillväxten, tillväxten av stadscentrum och beroende av fossila bränslen - har människor haft en betydande inverkan på planeten. Faktum är att många geologer hänvisar till den aktuella eran som ”Anthropocene” eftersom mänskligheten har blivit den enskilt största faktorn som påverkar planetutvecklingen.
I framtiden förväntas befolkningen växa ytterligare och når cirka 10 miljarder vid mitten av århundradet och över 11 miljarder år 2100. Under den tiden kommer antalet människor som bor i stadscentrum också att öka dramatiskt och öka från 54% till 66% i mitten av seklet. Som sådan har frågan om hur miljarder människor kan leva hållbart blivit allt viktigare.
Professor Frank, som också är författaren till den nya boken Stjärnornas ljus: Främmande världar och jordens öde (som bygger på denna studie) genomförde denna studie med sina kollegor för att ta itu med frågan Klimatförändring i ett astrobiologiskt sammanhang. Som han förklarade i ett pressmeddelande från University of Rochester:
”Astrobiologi är studiet av livet och dess möjligheter i planetär sammanhang. Det inkluderar "exo-civilisationer" eller vad vi vanligtvis kallar utlänningar. Om vi inte är universums första civilisation, betyder det att det troligtvis finns regler för hur ödet för en ung civilisation som vår egen utvecklas. "
Genom att använda antropocenen som exempel kan man se hur civilisations-planetsystem samutvecklas och hur en civilisation kan äventyra sig själv genom tillväxt och expansion - i det som kallas en "framstegsfälla". I grund och botten, när civilisationerna växer, konsumerar de mer av planetens resurser, vilket orsakar förändringar i planetens förhållanden. I detta avseende kommer en civilisations öde ner på hur de använder sina planets resurser.
För att illustrera denna process utvecklade Frank och hans medarbetare en matematisk modell som betraktar civilisationer och planeter som en helhet. Som prof. Frank förklarade:
"Poängen är att inse att drivande av klimatförändringar kan vara något generiskt. Fysikens lagar kräver att varje ung befolkning, som bygger en energiintensiv civilisation som vår, kommer att få feedback på sin planet. Att se klimatförändringar i detta kosmiska sammanhang kan ge oss bättre inblick i vad som händer med oss nu och hur vi ska hantera det. "
Modellen baserades också på fallstudier av utdöda civilisationer, som inkluderade det berömda exemplet på vad som blev av invånarna i Rapa Nui (alias påskön). Enligt arkeologiska studier började folket i södra Stilla havet att kolonisera denna ö mellan 400 och 700 e.Kr. och dess befolkning nådde en topp på 10 000 någon gång mellan 1200 och 1500 e.Kr.
Vid 1700-talet hade invånarna emellertid uttömt sina resurser och befolkningen minskade till bara 2000. Detta exempel lyfter fram det viktiga konceptet ”bärkapacitet”, vilket är det maximala antalet arter en miljö kan stödja. Som Frank förklarade är klimatförändring i huvudsak hur jorden svarar på expansionen av vår civilisation:
”Om du går igenom riktigt starka klimatförändringar, kan din kapacitet sjunka, eftersom till exempel storskaligt jordbruk kan bli starkt störd. Föreställ dig om klimatförändringarna fick regn att sluta falla i Mellanvästern. Vi skulle inte kunna odla mat och vår befolkning skulle minska. ”
Med hjälp av deras matematiska modell identifierade teamet fyra potentiella scenarier som kan uppstå på en planet. Dessa inkluderar Die-Off-scenariot, Hållbarhetsscenariot, scenariet Collapse Without Resource Change och scenario Collapse With Resource Change. I Dö av scenariot, befolkningen och planetens tillstånd (till exempel medeltemperaturer) stiger mycket snabbt.
Detta skulle så småningom leda till en befolkningstopp och sedan en snabb nedgång eftersom förändrade planetförhållanden gör det svårare för majoriteten av befolkningen att överleva. Så småningom skulle en stabil befolkningsnivå uppnås, men det skulle bara vara en bråkdel av vad topppopulationen var. Detta scenario inträffar när civilisationer är ovilliga eller oförmögna att ändra från resurser med hög påverkan (dvs. olja, kol, rensning) till hållbara sådana (förnybar energi).
I Hållbarhet scenariot, befolkningen och planetariska förhållandena stiger båda, men kommer så småningom att möta stabila värden, och därmed undvika katastrofala effekter. Detta scenario inträffar när civilisationer erkänner att miljöförändringar hotar deras existens och framgångsrikt gör övergången från resurser med hög påverkan till hållbara.
De två sista scenarierna - Kollaps utan resursändring och Kollaps med resursändring - skiljer sig åt i en nyckelfakt. I det förra stiger befolkningen och temperaturen båda snabbt tills befolkningen når en topp och börjar sjunka snabbt - även om det inte är klart om arten själv överlever. I det senare stiger befolkningen och temperaturen snabbt, men befolkningarna erkänner faran och gör övergången. Tyvärr kommer förändringen för sent och befolkningen kollapsar ändå.
För närvarande kan forskare inte med något förtroende säga vilken av dessa öden som kommer att vara den som mänskligheten står inför. Kanske kommer vi att göra övergången innan det är för sent, kanske inte. Men under tiden hoppas Frank och hans kollegor att använda mer detaljerade modeller för att förutsäga hur planeter kommer att reagera på civilisationer och de olika sätten de konsumerar energi och resurser för att växa.
Från detta kan forskare förfina sina förutsägelser om vad som väntar oss under detta århundrade och nästa århundrade. Det är under denna tid som avgörande förändringar kommer att äga rum, som inkluderar nämnda befolkningsökning och den ständiga temperaturökningen. Till exempel, baserat på två scenarier som mätte CO2-ökningar år 2100, indikerade NASA att globala temperaturer kunde stiga med antingen 2,5 ° C (4,5 ° F) eller 4,4 ° C (8 ° F).
I det förra scenariot, där CO2-nivåerna nådde 550 ppm vid år 2100, skulle förändringarna vara hållbara. Men i det senare scenariot, där CO2-nivåerna nådde 800 ppm, skulle förändringarna orsaka omfattande störningar i system som miljarder människor beror på för deras försörjning och överlevnad. Värre än så skulle livet bli ohållbart i vissa områden i världen, vilket skulle leda till enorma förskjutningar och humanitära kriser.
Förutom att erbjuda en möjlig upplösning för Fermi-paradoxen, erbjuder denna studie några användbara råd för människor. Genom att tänka på civilisationer och planeter i sin helhet - vare sig de är jorden eller exoplaneterna - kommer forskare att kunna förutsäga bättre vilka förändringar som är nödvändiga för att människans civilisation ska överleva. Som Frank varnade är det absolut nödvändigt att mänskligheten mobiliseras nu för att säkerställa att det värsta fallet inte inträffar här på jorden:
”Om du ändrar jordens klimat tillräckligt, kanske du inte kan ändra det tillbaka. Även om du backade upp och började använda solenergi eller andra mindre påverkande resurser, kan det vara för sent, eftersom planeten redan har förändrats. Dessa modeller visar att vi inte bara kan tänka på en befolkning som utvecklas på egen hand. Vi måste tänka på våra planeter och civilisationer som utvecklas. ”
Och se till att njuta av den här videon som behandlar prof. Frank och hans team forskning, med tillstånd av University of Rochester:
