Перед лицом изменения климата, обезлесения и утраты биоразнообразия, создание стабильной цивилизации — важнейшая и необходимая задача человечества. Но принимаясь за решение этой задачи, мы редко задаем себе важный вопрос: откуда нам знать, что стабильная цивилизация вообще возможна? Астрономы каталогизировали уже достаточно много звезд, галактик, комет и черных дыр. Но среди небесных тел могут быть также и планеты с цивилизациями. Найдем ли мы их или же любая цивилизация, получившая шанс на развитие, обречена столкнуться с неизбежным изменением климата и погибнуть через несколько веков после запуска этой лавины?
Астрофизик Адам Франк, профессор физики и астрономии в Университете Рочестера, вместе с другими исследователями ищет ответы на эти вопросы. В новом исследовании, опубликованном в журнале Astrobiology, Франк, Джонатан Кэрролл-Нелленбэк, Мартина Альберти и Алекс Клейдон рассматривают их с «астробиологической» точки зрения.
«Астробиология — это исследование жизни и ее возможностей в планетарном контексте», говорит Франк, который также является автором книги „Свет звезд: инопланетные миры и судьба Земли“. «Это, в том числе, исследование экзоцивилизаций или так называемых инопланетян».
Франк и его коллеги отмечают, что дискуссии на тему изменения климата редко протекают в таком широком контексте — в котором рассматривается вероятность того, что далеко не в первый раз в космической истории планета и ее биосфера сталкиваются с тем же, с чем мы столкнулись на Земле. «Если мы не первая цивилизация во Вселенной», говорит Франк, «это значит, что должны существовать определенные правила развития молодых цивилизаций вроде нашей».
По мере роста населения цивилизации, оно использует все больше и больше ресурсов планеты. Используя ресурсы планеты, цивилизация меняет окружающую среду. Короче говоря, цивилизации и планеты не развиваются отдельно друг от друга; они развиваются взаимозависимо, и судьба нашей собственной цивилизации зависит от того, как мы используем ресурсы Земли.
Чтобы проиллюстрировать, как взаимосвязанно развиваются системы цивилизации и планеты, Франк и его коллеги разработали математическую модель, показывающую пути, по которым может пойти совместное развитие технологически развитого населения и его планеты. Представляя цивилизации и планеты — даже инопланетные — как единое целое, ученые могут лучше предсказать, что может потребоваться для выживания человека и человеческой цивилизации в целом.
«Суть в том, чтобы признать, что изменение климата может быть общим явлением», говорит Франк. «Законы физики требуют, чтобы любое молодое население, построившее такую энергоемкую цивилизацию, как наша, получало отклик от планеты. Наблюдение изменения климата в контексте космоса может обеспечить нам лучшее представление о том, что происходит с нами сейчас и что с этим делать».
Используя математическое моделирование, ученые наметили четыре потенциальных сценария, которые могут развиться в системе «цивилизация — планета»:
Вымирание: население и состояние планеты (обозначенное чем-то вроде ее средней температуры) быстро растет. В конечном итоге население достигает пика и затем быстро снижается, поскольку повышение планетарной температуры создает сложные для выживания условия. Устойчивый уровень популяции достигается, но будет далек от пикового значения. «Представьте, что семь из десяти людей, которых вы знаете, быстро умирают», говорит Франк. «Не совсем понятно, может ли сложная технологическая цивилизация пережить такого рода изменение».
Устойчивость: популяция и температура растут, но в конечном итоге достигают стабильных значений без каких-либо катастрофических эффектов. Этот сценарий возникает в моделях, в которых население осознает, что оказывает отрицательное влияние на планету, и переключается с использования вредных для климата ресурсов, таких как нефть, на ресурсы с низким уровнем воздействия, такие как солнечная энергия.
Крах без изменения ресурса: популяция и температура стремительно растут, пока население не достигает пика и не падает до нуля. В таком сценарии цивилизация терпит крах, однако непонятно, прекращает ли существование вид как таковой.
Крах с изменением ресурса: популяция и температура растут, однако население осознает, что создает проблему, и переключается с вредных ресурсов на экологически чистые. Все слегка уравновешивается, но уже поздно, поэтому цивилизация терпит крах.
«Последний сценарий самый жуткий», говорит Франк. «Даже если вы делаете все правильно, если вы опоздали, население ждет крах».
Исследователи создали свои модели, частично основываясь на исследованиях вымерших цивилизаций, таких как жители острова Пасхи. Люди начали колонизировать остров между 400 и 700 годами н. э. и выросли до пикового населения в 10 000 человек между 1200 и 1500 годами н. э. К 18 веку, однако, жители полностью истощили свои источники, и население упало до 2000 человек.
Вымирание населения острова Пасхи связано с концепцией пропускной способности, или максимального количества видов, которые может поддерживать окружающая среда. Реакция Земли на строительство цивилизации — вот что такое изменение климата, говорит Франк. «Если климат сильно изменится, упадет и пропускная способность, потому что, к примеру, работа крупномасштабного сельского хозяйства будет сильно нарушена. Представьте себе, если бы изменение климата привело к тому, что на Среднем Западе перестанет идти дождь. Мы не сможем выращивать пищу, и наше население уменьшится».
Сейчас исследователи не могут вынести окончательный приговор судьбе Земли. Следующими шагами будет использование более подробных моделей поведения планеты, когда цивилизация потребляет энергию в любом виде для роста. Но предупреждение они все-таки выносят:
«Если вы измените климат достаточно сильно, возможно, изменить его обратно уже не получится. Даже если вы откажетесь от сжигания ископаемого топлива и перейдете к солнечным источникам энергии, может быть слишком поздно, потому что планета уже начала меняться. Эти модели показывают, что мы не можем просто рассуждать о развитии цивилизации в отрыве от планеты. Мы должны рассуждать о том, как планеты и цивилизации развиваются совместно».