Podnebne spremembe so med znanstveno skupnostjo, vladami, humanitarnimi organizacijami in celo vojaškimi načrtovalci največja grožnja, s katero se človeštvo danes sooča. Med naraščajočo lakoto, boleznimi, poplavami, razseljevanji, ekstremnim vremenom in kaosom, ki so posledica tega, je jasno, da ima način, na katerega se naš planet segreje, resne posledice.
Vendar obstaja več scenarijev, pri katerih bi lahko škoda, ki jo je storil zdaj, povzročila bežni učinek, kar bi privedlo do množičnega izumrtja. To možnost je ponazoril nedavna študija, ki jo je opravil profesor MIT Daniel Rothman s podporo NASA in Nacionalne znanstvene fundacije (NSF). Po Rothmanovih besedah nas grozi kršitev "ogljikovega praga", kar bi lahko privedlo do begajočega učinka z Zemljinimi oceani.
Rothman, profesor geofizike in sourednik centra Lorenz na MIT-ovem oddelku za zemeljske, atmosferske in planetarne znanosti, nas je zadnjih nekaj let opozarjal na kritični prag, s katerim se soočamo. Leta 2017 je objavil prispevek v Napredek znanosti ki opozarja, kako lahko Zemljini oceani do leta 2100 zadržijo dovolj ogljikovega dioksida, da sprožijo množično izumrtje.
Od takrat je Rothman to napoved izpopolnil s preučevanjem načina odziva ogljikovega cikla, ko ga je treba preseči kritični prag. V svojem novem prispevku, ki je izšel v Zbornik Nacionalne akademije znanosti, Rothman je uporabil preprost matematični model, ki ga je razvil za prikaz ogljikovega cikla v Zemljinem zgornjem oceanu in kako bi se lahko obnašal ob prestopu tega praga.
Ta cikel je sestavljen iz sproščanja ogljika v Zemljino atmosfero (večinoma z vulkansko dejavnostjo) in shranjenega v Zemljinem plašču v obliki karbonatnih mineralov. Naši oceani služijo tudi kot "ogljikov ponor", ki iz zraka odstranjuje atmosferski ogljik in ga pretvarja v ogljikovo kislino. Ta cikel je ohranjal temperature planeta in ravni kislosti oceana sčasoma stabilne.
Ko se ogljikov dioksid iz atmosfere raztopi v morski vodi, to vpliva tudi na zmanjšanje koncentracij karbonatnih ionov v oceanu. Ko padejo pod določen prag, se lupine iz kalcijevega karbonata začnejo raztapljati in organizmi, ki so od njih odvisni od zaščite, težje preživijo.
To je škodljivo iz dveh razlogov. Po eni strani to pomeni, da bi pomemben del morskega življenjskega cikla začel odmirati. Po drugi strani imajo školjke pomembno vlogo pri odstranjevanju ogljikovega dioksida iz zgornjega oceana. Do tega pride, ker se organizmi zanašajo na svoje lupine in jim pomagajo, da se potopijo do oceanskega dna, s seboj pa nosijo škodljiv organski ogljik.
Zato bo povečanje atmosferskega ogljikovega dioksida (in posledično zakisanost oceanov) pomenilo manj kalcifikacijskih organizmov in manj odstranjenega ogljikovega dioksida. Kot je v nedavnem intervjuju za MIT News pojasnil Rothman:
"To je pozitivna povratna informacija. Več ogljikovega dioksida vodi do več ogljikovega dioksida. Vprašanje z matematičnega vidika je, ali je takšen odziv dovolj, da sistem postane nestabilen? "
Ta proces se je v zgodovini Zemlje že večkrat zgodil. Kot je Rothman nakazal v svoji raziskavi, dokazi, pridobljeni s preučevanjem usedlinskih plasti, kažejo, da so se v zadnjih 540 milijonih let hitro spreminjale (in nato pridobivale) ogljikove zaloge ogljika. Najbolj dramatična od teh se je zgodila približno istočasno kot štiri od petih velikih množičnih izumiranj v Zemljini zgodovini.
V vsakem od teh primerov Rothman zaključi, da povečanje ogljikovega dioksida (bodisi postopno bodisi nenadoma) sčasoma spodleti čez prag, kar ima za posledico bežni kaskadni učinek, ki vključuje kemične povratne reakcije. To je privedlo do skrajnega zakisanja oceanov in do povečanja učinkov prvotnega sprožilca.
Še več, za približno polovico motenj v Rothmanovem modelu je bila stopnja povišanja ogljika v bistvu enaka, ko so jih začeli premikati. Medtem ko so bili sprožilci v preteklosti najverjetneje posledica povečane vulkanske aktivnosti ali drugih naravnih dogodkov, so se ti zgodili skozi več deset tisoč let. Danes človeštvo črpa CO2 v ozračje s hitrostjo, ki je bila prej opažena v geološkem zapisu.
To je bila ena glavnih ugotovitev Rothmanove študije, ki je pokazala, da je hitrost CO2 je predstavil pomembno vlogo pri izpadu sistema iz udarcev. Medtem ko bi skromne motnje v krogu ogljika sčasoma izzvenele in ne vplivale na splošno oceansko stabilnost, bi hitro uvedbo CO2 privedlo bi do kaskade pozitivnih povratnih informacij, ki bi povečale težavo.
Danes Rothman trdi, da smo »na vzbujanju vznemirjenja«, in če se bo zgodilo, bodo posledične povratne informacije in učinki verjetno podobni preteklim svetovnim katastrofam. "Ko smo že čez prag, kako bomo prišli, morda ni pomembno," je dejal. "Ko ga preboliš, se ukvarjaš s tem, kako deluje Zemlja, in gre sama po sebi."
Poleg tega je njegova študija pokazala, da se bodo Zemljini oceani (na podlagi trenutnih ravni zakisanosti) sčasoma vrnili v ravnovesje, vendar šele po več deset tisoč letih. Ta vzorec je skladen z geološkim zapisom, zlasti z vsaj tremi množičnimi izumiranji, za katere se domneva, da so povezane s trajnostnim množičnim vulkanstvom.
Z drugimi besedami, če antropogene emisije ogljika presežejo prag in nadaljujejo onkraj njega, bi bile lahko posledice prav tako hude kot pri prejšnjih množičnih izumiranjih. "Težko je vedeti, kako se bodo stvari končale glede na to, kaj se dogaja danes," je dejal Rothman. "A verjetno smo že blizu kritičnega praga. Vsak trn bi dosegel svoj maksimum po približno 10.000 letih. Upajmo, da bi nam dali čas za rešitev. "
Znanstvena skupnost že priznava, da je antropogeni CO2 emisije vplivajo na Zemljino okolje - učinek, ki ga je mogoče občutiti že tisočletja. Vendar pa ta študija kaže, da bi bile lahko posledice veliko bolj dramatične, kot je bilo prej pričakovano, in bi lahko bile do določene točke nepopravljive. Če nič drugega, Rothmanova študija poudarja potrebo po uvedbi rešitev, medtem ko še vedno obstaja čas.
