W styczniu 2021 r. w czasopiśmie „Frontiers in Conservation Science” ukazał się artykuł przeglądowy autorstwa Coreya Bradshawa i 16 współautorów, znakomitych naukowców reprezentujących 14 instytucji badawczych, pod wymownym tytułem „Underestimating the Challenges of Avoiding a Ghastly Future”, co można przetłumaczyć na polski jako „Niedocenianie wyzwań związanych z uniknięciem koszmarnej przyszłości” (Bradshaw i inni, 2021). To kolejny, po raporcie IPBES (Międzyrządowej Platformy ds. Różnorodności Biologicznej i Usług Ekosystemowych, działającej pod auspicjami Programu Środowiskowego ONZ), ważny głos w sprawie kryzysu, który puka do naszych drzwi. Przedstawione wnioski oparte są na wynikach badań opublikowanych w ponad 150 recenzowanych publikacjach naukowych i raportach, których większość ukazała się w ciągu ostatniej dekady.

Grafika: symboliczne ujęcie kuli ziemskiej w postaci otoczonej gazami kuli podzielonej na pięć części z charakterystycznymi elementami krajobrazu: oceanem, lądem z lasem i górami, lądolodem, terenem przekształconym przez człowieka, przekrojem skorupy

Ziemia, żyjąca planeta. Ilustrację zamieszczamy dzięki uprzejmości European Space Agency/AOES Medialab (licencja CC BY-SA 3.0).

Autorzy zwracają uwagę, że rozrost cywilizacji (którą dalej będziemy nazywać systemem ludzkim) oraz postępująca zmiana klimatu powodują gwałtowny zanik bioróżnorodności, z czym wiąże się utrata możliwości podtrzymywania najbardziej zaawansowanych form życia.

Rysunek 1 przedstawia ocenę stopnia całkowitego bądź częściowego zniszczenia różnych środowisk bądź grup roślin i zwierząt względem okresu sprzed rozwoju cywilizacji rolniczej około 11 tys. lat temu. Od tego czasu masa całej biosfery spadła o połowę, a oceniany spadek indeksu bioróżnorodności wynosi więcej niż 20%. Znaczna część tego spadku bioróżnorodności, szczególnie organizmów wyższych, to lata ostatnie: liczebność kręgowców lądowych w ciągu ostatniego półwiecza zmalała o 68%, obszar mokradeł w ciągu 300 lat skurczył się zaś o 85%. Ponad 70% powierzchni lądów i 2/3 obszaru oceanów jest dotkniętych działalnością człowieka, a masa wytworów naszej cywilizacji przekroczyła już masę żyjącej biosfery (Elhacham i in., 2020 [pełna wersja]).

Grafika podsumowująca wpływ ludzkości na wybrane elementy biosfery. Każdemu elementowi przyporządkowany jest pasek częściowo pokolorowany na czerwono. W większości przypadków kolor czerwony zajmuje powyżej połowy paska, co oznacza, że ponad połowa dzikich ssaków, mokradeł, czy oceanów jest dotknięta wpływem człowieka

Rysunek 1: Podsumowanie wpływu ludzkości na wybrane elementy biosfery. Kolor czerwony oznacza odsetek dotknięty/zniszczony działalnością człowieka, niebieski – nietknięty/niezniszczony. Źródło Bradshaw i inni, 2021

Jednocześnie zaludnienie planety w ostatnich 50 latach wzrosło ponad dwukrotnie, zbliżając się do 8 mld i nawet przy obserwowanym spadku płodności ocenia się, że do 2050 roku wzrośnie do blisko 10 mld. Całkowity poziom konsumpcji materialnej, w związku ze wzrostem konsumpcji per capita, rośnie jeszcze szybciej. W 1960 roku nasze zużycie zasobów odpowiadało 73% zdolności regeneracyjnej biosfery, natomiast w 2016 roku wzrosło już do 170%, co oznacza, że zużywamy zasoby, do zregenerowania których potrzebowalibyśmy dwóch planet, a nie jednej. A nie wzięliśmy tu pod uwagę, że niektóre krytycznie ważne dla funkcjonowania naszej cywilizacji zasoby zużywamy znacznie szybciej.

Wykres pokazujący globalny wzrostu populacji, zużycia energii na osobę oraz przez całą ludzkość od XVI wieku do współczesności.]

Rysunek 2: Historia globalnego wzrostu populacji, zużycia energii na osobę oraz przez całą ludzkość. Źródło Schramsky i in., 2015

W tekście można znaleźć wiele więcej podobnych informacji, najważniejsza jest jednak ogólna wymowa artykułu, podsumowanego w streszczeniu następującymi słowami:

Przedstawiamy trzy główne kwestie środowiskowe, przed jakimi stoimy, którym poświęcono niewiele uwagi, a które wymagają pilnych działań. Po pierwsze, pokazujemy dowody na to, że przyszłe warunki środowiskowe będą o wiele bardziej niebezpieczne niż się obecnie uważa. Skala zagrożeń dla biosfery i wszystkich jej form życia – w tym dla człowieka – jest w rzeczywistości tak wielka, że trudno ją ogarnąć nawet dobrze poinformowanym ekspertom. Po drugie, zadajemy pytanie, jaki system polityczny lub ekonomiczny, czy też przywództwo jest przygotowane do stawienia czoła przewidywanym katastrofom i zdolne do podjęcia adekwatnych działań. Po trzecie, stwierdzamy, że ta dramatyczna sytuacja nakłada na naukowców niezwykłą odpowiedzialność za szczere i precyzyjne wypowiadanie się w kontaktach z rządem, biznesem i opinią publiczną. Zwracamy szczególną uwagę na brak zrozumienia ogromnych wyzwań związanych z zapewnieniem zrównoważonej przyszłości. Narastające obciążenia dla zdrowia i dobrobytu będą przewrotnie zmniejszać naszą polityczną zdolność do przeciwdziałania degradacji usług ekosystemowych, od których zależy społeczeństwo. Wiedza naukowa leżąca u podstaw tych kwestii jest bogata, lecz świadomość jej jest słaba. Bez pełnego docenienia i rozpowszechnienia informacji o skali problemów i ogromu wymaganych rozwiązań, społeczeństwo nie zdoła osiągnąć nawet skromnych celów zrównoważonego rozwoju.

Dlaczego o publikacji dotyczącej kryzysu bioróżnorodności piszemy na portalu ‘Nauka o Klimacie’? Otóż sami autorzy w kilku akapitach piszą o bliskim związku kryzysu bioróżnorodności z kryzysem klimatycznym. Znających język angielski zachęcamy do zapoznania się z tym w oryginalnym tekście, tu zaś wyjaśnimy pokrótce ten związek.

Zacznijmy od znanej grafiki z ostatniego wydania Global Carbon Budget 2020 (rysunek 3), obrazującej antropogeniczne emisje CO2. Kolorem beżowym na wykresie oznaczono emisje pochodzące ze zmiany zagospodarowania powierzchni Ziemi, czyli mówiąc wprost z niszczenia ekosystemów lądowych. Ponieważ węgiel jest jednym z głównych składników materii organicznej, wycinanie czy wypalanie lasów i zastępowanie ich polami, urbanizacja, osuszanie mokradeł itp., prowadzą do utleniania tej materii lub rozkładu beztlenowego. Efektem obydwu tych procesów jest spadek zawartości węgla w biosferze, a jego wzrost w atmosferze w postaci trwałego CO2 i półtrwałego metanu (który stopniowo utlenia się do CO2). Jest to mechanizm podobny do spalania materii organicznej paliw kopalnych. W efekcie maleje masa żywej biosfery, rośnie zaś koncentracja CO2 w atmosferze.

Wykres pokazujący rosnące emisje dwutlenku węgla związane z działalnością człowieka (zmianami użytkowania terenu, spalaniem paliw kopalnych i produkcji cementu) oraz odkładania węgla w atmosferze, oceanie i ekosystemach lądowych. Wykresy sumarycznych emisji i pochłaniania mają w przybliżeniu ten sam kształt.

Rysunek 3: Emisje ze spalania paliw kopalnych (szare pole) i zmiany użytkowania powierzchni Ziemi (de facto utleniania materii organicznej, biomasy) od połowy XIX w., (źródło: Global Carbon Budget 2020).

Według dobrze udokumentowanej, choć jeszcze nie objętej konsensusem naukowym tzw. hipotezy wczesnego antropocenu Ruddimana z 2003 roku (ostatni przegląd badań na ten temat znajdziemy w pracy Ruddiman i in., 2020), wzrost koncentracji CO2 (oraz CH4) w powietrzu atmosferycznym zaczynający się ok. 7000 lat temu (rysunek 4) związany jest z rozwojem rolnictwa i hodowli, które powodowały wylesianie i przekształcanie innych ekosystemów. Wzrost ten przyspieszał ze wzrostem zaludnienia globu i kolejnymi osiągnięciami cywilizacyjnymi, przy czym jak widać na rysunku 4 trwa nieprzerwanie do dziś, postępując w ostatnich latach szybciej niż kiedykolwiek wcześniej.

Wykres: Zmiany koncentracji C02 w atmosferze, widoczny jest silny, wykraczający poza zakres wcześniejszej zmienności  wzrost w ostatnich 200 latach.

Rysunek 4: Zmiany koncentracji C02 w atmosferze w ciągu ostatnich 10 tys. lat. Źródło Scripps Institution of Oceanography, 07.04.2021

Bioróżnorodność i planetarna bateria

Poważne zagrożenie dla ludzkości związane z utratą masy/liczebności/różnorodności żywych organizmów opisano niezwykle obrazowo w artykule Schramsky i in., 2015. Autorzy wskazują, że cała biosfera działa dzięki przekształcaniu energii słonecznej przez organizmy fotosyntetyzujące. Przez miliardy lat żywe organizmy, począwszy od prymitywnych bakterii i zielenic, przekształcały rozproszoną, ale łatwo dostępną energię słoneczną w skoncentrowaną energię wiązań chemicznych związków organicznych takich jak węglowodany, lipidy, białka, celulozy, ligniny i in. To produktywność pierwotna netto – PPN, odnawialny budżet energetyczny Ziemi, w ramach którego działają wszystkie żywe istoty na naszej planecie. W sumie jest to ok. 2 ZJ rocznie (zettadżuli, zetta to mnożnik 1 000 000 000 000 000 000 000 = 1021). Energia dzięki której funkcjonuje cała biosfera pochodzi z tej puli.

Część energii chemicznej z ciał dawno żyjących organizmów znalazła się w zasobach ropy, węgla czy gazu, gdy te obumierały, a ich ciała były przekształcane w paliwa kopalne. Obecnie korzystamy z tej energii utleniając tą materię, zasilając naszą cywilizację i wyczerpując w ogromnym tempie „zapas” tej energii.

Jednak w artykule naukowcy skupiają się na innej części „planetarnej baterii” – na tym, co jest odnawialne. Jest to energia chemiczna zawarta w organicznych składnikach żywej biomasy. Wielkość tego „magazynu energii” przez długi czas utrzymywała się na mniej więcej stałym poziomie. Jednak w wyniku działań ludzkości, powodującej niszczenie naturalnych ekosystemów, zaczęła ona spadać. W czasach rzymskich, 2000 lat temu, ilość energii chemicznej w związkach organicznych biosfery wynosiła ok. 35 ZJ. W 1900 roku spadła ona do 23 ZJ, a w 2000 roku do 19 ZJ.

Biorąc pod uwagę całkowitą zawartość energii w żywej biomasie planety P oraz przeciętne zapotrzebowanie roczne człowieka na energię B i liczbę ludzi na świecie N, naukowcy zdefiniowali horyzont czasowy Ω=P/BN, czyli liczbę lat, na ile wystarczyłaby biomasa, gdyby służyła tylko jako pożywienie ludziom (jest to ogromne uproszczenie, bo wiadomo, że nie wszystko nadaje się na żywność dla ludzi). Oszacowanie, na podstawie kilku danych, zmiany wielkości Ω w ciągu ostatnich 2000 lat przedstawione jest na rysunku 5. Obecnie mieszkaniec Ziemi statystycznie zużywa 24 razy więcej energii niż w czasach kultur zbieracko-łowieckich, co skutkuje gwałtownym „rozładowywaniem” ziemskiej baterii. W ciągu około 2000 lat nasz gatunek zredukował Ω o 98,5%.

Wykres: czas w latach, na jaki wystarczyłoby biomasy ekosystemów lądowych, by wyżywić ludzką populację, widoczny jest szybki spadek

Rysunek 5: Czas w latach, na jaki wystarczyłoby biomasy ekosystemów lądowych, by wyżywić ludzką populację – dane dla ostatnich 2000 lat. Źródło Schramsky i in., 2015

Oczywiście przedstawiony szacunek jest uproszczony, a prosta ekstrapolacja ostatnich punktów wykresu nie musi być uzasadniona, jednak znakomicie przedstawia dramatyzm sytuacji, w jakiej się znajdujemy: jeśli chcemy uniknąć katastrofy, trend Ω musi się wypłaszczyć zanim dojdzie do zera, a nawet, dla bezpieczeństwa, powinien zacząć rosnąć.

Autorzy pracy, podsumowując swoje badania, używają mocnych słów:

Ziemia znajduje się w poważnej nierównowadze energetycznej z powodu wykorzystania [zgromadzonej w biosferze] energii przez człowieka. Ta nierównowaga definiuje nasz najbardziej dominujący konflikt z naturą. Jest to naprawdę konflikt w tym sensie, że obecna nierównowaga energetyczna, stanowiąca bezprecedensowy w historii Ziemi kryzys, jest bezpośrednią konsekwencją innowacji technologicznych. (…)

Żywa biomasa jest kapitałem energetycznym, który zasila biosferę i wspiera ludzką populację i gospodarkę. (…) Po prostu nie ma rezerwowego zbiornika biomasy dla planety Ziemi. Prawa termodynamiki nie mają litości. Docelowy stan równowagi [bez żywej biomasy] jest niegościnny, sterylny i ostateczny.

Niestety, masa żywej części biosfery spada nie tylko ze względu na bezpośrednią eksploatację natury przez człowieka, np. wylesianie na cele produkcji żywności, urbanizację, degradację ekosystemów czy używanie biomasy w celach energetycznych, ale też ze względu na spadek produktywności biosfery związany z zanieczyszczeniem środowiska (od szkodliwych związków chemicznych takich jak pestycydy czy metale ciężkie przez tworzywa sztuczne po zanieczyszczenie świetlne i wiele innych) oraz zmianę klimatu – przede wszystkim temperatur i stosunków wodnych.

Czy sytuacja jest beznadziejna? Na szczęście jest wiele prac pokazujących że sytuacja jest trudna, ale widać możliwości uniknięcia katastrofy. Jest kilka pozytywnych przesłanek: w optymalnych warunkach, ze względu na wyższą koncentracje CO2 w atmosferze produktywność niektórych ekosystemów może wzrosnąć. Specjalny numer prestiżowego czasopisma „Philosophical Transactions of the Royal Society B” zatytułowany „Climate change and ecosystems: threats, opportunities and solutions”, czyli „Zmiana klimatu i ekosystemy: zagrożenia, możliwości i rozwiązania” poświęcony jest właśnie szukaniu (i proponowaniu) rozwiązań. Jeden z tekstów w tym tomie, autorstwa Timothy Lentona (Lenton 2020), najwybitniejszego specjalisty od punktów krytycznych (tipping points) w systemie klimatycznym tak podsumowuje sytuację:

Punkty krytyczne są obecne w systemach społecznych, ekologicznych i klimatycznych, a systemy te w antropocenie są coraz bardziej przyczynowo powiązane. Zmiana klimatu i degradacja biosfery posunęły się do miejsca, w którym już teraz przekraczamy niebezpieczne środowiskowe punkty krytyczne, a uniknięcie jeszcze bardziej niebezpiecznych będzie wymagało znalezienia i uruchomienia pozytywnych punktów krytycznych popychających świat w kierunku zrównoważonego rozwoju w sprzężonych systemach społecznych, ekologicznych i technologicznych. Aby to zobrazować, przedstawiam w zarysie, jak punkty krytyczne mogą działać w ciągłych systemach dynamicznych i w sieciach, jak interakcje przyczynowe, które mogą wystąpić pomiędzy punktami krytycznymi w różnych typach i skalach systemów − w tym warunki wymagane do uruchomienia kaskad, … mogą wpłynąć na celowe wprowadzanie pozytywnych zmian. W szczególności, te same metody, które mogą zapewnić wczesne ostrzeganie przed szkodliwymi dla środowiska punktami krytycznymi, mogą być wykorzystane do wykrycia, kiedy system społeczno-techniczny lub społeczno-ekologiczny jest najbardziej podatny na celowe odchylenie kursu w pożądanym kierunku. Przedstawiam kilka przykładowych możliwości takiego celowego przechylenia (systemu) w kierunku pozytywnej zmiany.

Ocena Lentona jest zgodna z oceną autorów artykułu (Bradshaw i inni, 2021), którzy piszą:

Nie jest (…) naszym celem przedstawienie fatalistycznej perspektywy, jest wiele przykładów udanych interwencji mających na celu zapobieganie wymieraniu, odbudowę ekosystemów i wspieranie bardziej zrównoważonej działalności gospodarczej zarówno w skali lokalnej, jak i regionalnej. Jednak twierdzimy, że tylko realistyczna ocena kolosalnych wyzwań stojących przed społecznością międzynarodową może pozwolić jej na wytyczenie jaśniejszej drogi w przyszłość…

Pozostaje nam wszystkim życzyć sobie tego, aby realistyczna ocena wyzwań i rozwiązania wynikające z tej oceny były podstawą działań politycznych, społecznych i gospodarczych w najbliższych latach, kluczowych dla naszej przyszłości.

Prof. Szymon Malinowski, Anna Sierpińska

Opublikowano: 14 kwietnia 2021

Zasady komentowania na Nauka o klimacie

Nasza strona służy popularyzacji nauki. Chętnie odpowiadamy na pytania, ale nie akceptujemy spamu i dezinformacji.