In het licht van klimaatverandering, ontbossing en verlies van biodiversiteit, het creëren van een duurzame versie van de beschaving is een van de meest urgente taken van de mensheid. Maar bij het aangaan van deze enorme uitdaging, we stellen zelden wat misschien wel de meest prangende vraag is:hoe weten we of duurzaamheid überhaupt mogelijk is? Astronomen hebben een aanzienlijk deel van de sterren in het universum geïnventariseerd, sterrenstelsels, kometen, en zwarte gaten. Maar zijn planeten met duurzame beschavingen ook iets dat het universum bevat? Of duurt elke beschaving die in de kosmos is ontstaan ​​slechts een paar eeuwen voordat ze ten onder gaat aan de klimaatverandering die ze veroorzaakt?

Astrofysicus Adam Frank, hoogleraar natuurkunde en sterrenkunde aan de Universiteit van Rochester, maakt deel uit van een groep onderzoekers die de eerste stappen hebben gezet om deze vragen te beantwoorden. In een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift Astrobiologie , de groep - inclusief Frank, Jonathan Carroll-Nellenback, een senior computerwetenschapper bij Rochester, Martina Alberti van de Universiteit van Washington, en Axel Kleidon van het Max Planck Instituut voor Biogeochemie - behandelt deze vragen vanuit een 'astrobiologisch' perspectief.

"Astrobiologie is de studie van het leven en zijn mogelijkheden in een planetaire context, " zegt Freek, die ook auteur is van het nieuwe boek Light of the Stars:Alien Worlds and the Fate of the Earth, die voortbouwt op deze studie. "Dat omvat 'exo-beschavingen' of wat we gewoonlijk buitenaardse wezens noemen."

Frank en zijn collega's wijzen erop dat discussies over klimaatverandering zelden plaatsvinden in deze bredere context - een die rekening houdt met de waarschijnlijkheid dat dit niet de eerste keer in de kosmische geschiedenis is dat een planeet en zijn biosfeer zijn geëvolueerd tot zoiets als wat we hebben gecreëerd op aarde. "Als we niet de eerste beschaving van het universum zijn, "Frank zegt, "dat betekent dat er waarschijnlijk regels zullen zijn voor hoe het lot van een jonge beschaving als de onze verloopt."

Naarmate de bevolking van een beschaving groeit, het gebruikt steeds meer van de hulpbronnen van zijn planeet. Door de hulpbronnen van de planeet te consumeren, de beschaving verandert de omstandigheden van de planeet. Kortom, beschavingen en planeten evolueren niet los van elkaar; ze evolueren onderling afhankelijk, en het lot van onze eigen beschaving hangt af van hoe we de hulpbronnen van de aarde gebruiken.

Om te illustreren hoe beschaving-planeetsystemen co-evolueren, Frank en zijn medewerkers ontwikkelden een wiskundig model om te laten zien hoe een technologisch geavanceerde bevolking en haar planeet zich samen zouden kunnen ontwikkelen. Door te denken aan beschavingen en planeten - zelfs buitenaardse - als een geheel, onderzoekers kunnen beter voorspellen wat er nodig is om het menselijke project van de beschaving te laten overleven.

"Het punt is om te erkennen dat het aansturen van klimaatverandering iets generieks kan zijn, ", zegt Frank. "De wetten van de fysica eisen dat elke jonge bevolking, bouwen aan een energie-intensieve beschaving zoals de onze, zal feedback krijgen op zijn planeet. Het zien van klimaatverandering in deze kosmische context kan ons misschien een beter inzicht geven in wat er nu met ons gebeurt en hoe ermee om te gaan."

Met behulp van hun wiskundig model, de onderzoekers vonden vier mogelijke scenario's die kunnen voorkomen in een beschaving-planeetsysteem:

1. Afsterven:De bevolking en de toestand van de planeet (aangegeven door zoiets als de gemiddelde temperatuur) stijgen zeer snel. Eventueel, de populatie piekt en neemt vervolgens snel af omdat de stijgende planetaire temperatuur de omstandigheden moeilijker maakt om te overleven. Er wordt een stabiel bevolkingsniveau bereikt, maar het is slechts een fractie van de piekpopulatie. "Stel je voor dat 7 van de 10 mensen die je kende snel stierven, ', zegt Frank. 'Het is niet duidelijk dat een complexe technologische beschaving zo'n verandering kan overleven.'
2. Duurzaamheid:De bevolking en de temperatuur stijgen maar komen uiteindelijk beide tot stabiele waarden zonder catastrofale gevolgen. Dit scenario doet zich voor in de modellen wanneer de bevolking erkent dat het een negatief effect heeft op de planeet en overschakelt van het gebruik van hulpbronnen met een grote impact, zoals olie, hulpbronnen met een lage impact, zoals zonne-energie.
3. Ineenstorten zonder verandering van hulpbronnen:de populatie en de temperatuur stijgen beide snel totdat de populatie een piek bereikt en snel daalt. In deze modellen stort de beschaving in, hoewel het niet duidelijk is of de soort zelf volledig uitsterft.
4. Instorten met verandering van hulpbronnen:de bevolking en de temperatuurstijging, maar de bevolking erkent dat het een probleem veroorzaakt en schakelt over van hulpbronnen met een hoge impact naar hulpbronnen met een lage impact. De zaken lijken een tijdje af te vlakken, maar de reactie blijkt te laat te komen, en de bevolking stort toch in.

"Het laatste scenario is het meest angstaanjagende, " zegt Frank. "Zelfs als je het juiste hebt gedaan, als je te lang wacht, je zou nog steeds je bevolking kunnen laten instorten."

De onderzoekers maakten hun modellen deels gebaseerd op casestudies van uitgestorven beschavingen, zoals de bewoners van Paaseiland. Mensen begonnen het eiland te koloniseren tussen 400 en 700 na Christus en groeiden uit tot een piekpopulatie van 10, 000 ergens tussen 1200 en 1500 na Christus. Tegen de 18e eeuw, echter, de inwoners hadden hun hulpbronnen uitgeput en de bevolking daalde drastisch tot ongeveer 2, 000 mensen.

Het afsterven van de bevolking op Paaseiland heeft betrekking op een concept dat draagkracht wordt genoemd, of het maximale aantal soorten dat een omgeving kan ondersteunen. De reactie van de aarde op het opbouwen van een beschaving is waar klimaatverandering echt om draait, zegt Frank. "Als je een echt sterke klimaatverandering doormaakt, dan kan je draagkracht afnemen, omdat, bijvoorbeeld, grootschalige landbouw kan sterk worden verstoord. Stel je voor dat klimaatverandering ervoor zou zorgen dat de regen in het Midwesten stopte. We zouden geen voedsel kunnen verbouwen, en onze bevolking zou afnemen."

Op dit moment kunnen onderzoekers het lot van de aarde niet definitief voorspellen. De volgende stappen zullen zijn om meer gedetailleerde modellen te gebruiken van de manier waarop planeten zich zouden kunnen gedragen wanneer een beschaving energie van welke vorm dan ook verbruikt om te groeien. Ondertussen, Frank geeft een nuchtere waarschuwing.

"Als je het klimaat op aarde genoeg verandert, u kunt het misschien niet meer terugzetten, "zegt hij. "Zelfs als je je terugtrekt en zonne-energie of andere, minder impactvolle bronnen gaat gebruiken, het kan te laat zijn, omdat de planeet al aan het veranderen is. Deze modellen laten zien dat we niet alleen kunnen denken aan een populatie die op zichzelf evolueert. We moeten nadenken over de co-evolutie van onze planeten en beschavingen."