Zmiana klimatu nie jest już odległym zagrożeniem, ale już teraz stawia nas w obliczu niebezpiecznych „punktów krytycznych”, które mogą na zawsze zmienić nasze codzienne życie. Jamesa Daceya dowiaduje się, jak nowe badania nad systemami klimatycznymi człowieka mogą pomóc nam uniknąć katastrofy
„Ostrzeżenia o powodziach podczas ulewnych deszczy i burz”
„Ulewne ulewy powodują chaos w podróży”
„Ludzie utknęli, gdy powódź odcina społeczności”
Historie o powodziach to podstawa w mediach. Nic dziwnego, biorąc pod uwagę, że ulewne deszcze mogą mieć ogromny wpływ na lokalne społeczności – uszkadzając domy, zrywając linie energetyczne i blokując drogi. Ale wyobraź sobie, że niefortunna kombinacja intensywnych lokalnych powodzi w jednej części kraju wywołała chaos w podróżowaniu w całym kraju.
Takim wydarzeniem jest np punkt zwrotny w systemie społeczno-ekonomicznym – gdy relatywnie mały wkład powoduje nieproporcjonalnie duży wynik, który pociąga za sobą konsekwencje społeczne i gospodarcze, których nie można łatwo odwrócić. W tym scenariuszu wyzwalaczem są wody powodziowe na stosunkowo niewielkim obszarze, a punktem krytycznym jest utrata funkcjonalności sieci dróg krajowych. Jeśli ludzie nie mogą podróżować, działalność gospodarcza i społeczna szybko ustaje. Tak, wody powodziowe opadną, ale aby zapobiec ponownemu wystąpieniu podobnych skutków, system drogowy musiałby zostać przeprojektowany.
W fizyce punkty krytyczne – lub punkty krytyczne – są powszechne. Można je znaleźć we wszelkiego rodzaju przejściach fazowych, niezależnie od tego, czy jest to przemiana cieczy w gaz, czy nagłe namagnesowanie materiałów ferroelektrycznych (patrz ramka poniżej). Ale rosnące zainteresowanie nieliniowością w kontekście społecznym można powiązać z bestsellerową książką „pop-socjologii” Malcolma Gladwella z 2000 roku Punkt zwrotny. Zdekonstruował kilka mylących trendów społecznych, w tym dramatyczny spadek wskaźników przestępczości w Nowym Jorku w latach 1990. oraz nieoczekiwane (i niepowiązane) odrodzenie butów Hush Puppies w tej samej dekadzie.
W ciągu kilku lat koncepcja punktu krytycznego pojawiła się również w rozmowach klimatycznych. Narastały obawy związane z katastrofalnymi wydarzeniami o ograniczonej odwracalności, takimi jak masowe wymieranie lasów deszczowych Amazonii (kiedy zdrowie roślin stopniowo się pogarsza, co czasami prowadzi do śmierci organizmów) oraz topnienie pokryw lodowych, które z kolei powodują wzrost poziomu mórz na świecie. Te obawy skłoniły zespół naukowców zajmujących się ochroną środowiska w Wielkiej Brytanii i Niemczech do ostrzeżenia w 2008 r., że „społeczeństwo może ulec fałszywemu poczuciu bezpieczeństwa dzięki płynnym prognozom globalnych zmian” (PNAS 105 1786). Zdefiniowali „element przechylający” jako subkontynentalny podsystem Ziemi, który w pewnych okolicznościach może zostać przełączony w jakościowo inny stan za pomocą niewielkich perturbacji.
Ludzie już teraz są zmuszani do opuszczania swoich domów z powodu podnoszącego się poziomu mórz, a pola uprawne są porzucane z powodu suszy
W ostatnich latach koncepcja punktu krytycznego rozszerzyła się na systemy człowiek-klimat, a jej terminologia pojawia się nawet w Raporty przez Międzyrządowy Panel ds. Zmian Klimatu. Szerszy wpływ lokalnych powodzi to tylko jeden z wielu potencjalnych społeczno-ekonomicznych punktów zwrotnych wywołanych zmianami klimatycznymi. W rzeczywistości ludzie już teraz są zmuszani do opuszczania swoich domów z powodu podnoszącego się poziomu mórz, grunty rolne są porzucane z powodu suszy, a ośrodki narciarskie tracą śnieg z powodu globalnego ocieplenia. Ale próbując przewidzieć niebezpieczne progi i uniemożliwić nam ich przekroczenie, pojawia się zupełnie nowa dziedzina akademicka, w której naukowcy z różnych dziedzin nauk społecznych i fizycznych badają złożone interakcje między klimatem a systemami społeczno-gospodarczymi.
Droga do punktu zwrotnego
W jednym z niedawnych badań w tej rozwijającej się dziedzinie oceniono odporność europejskich sieci drogowych na powodzie (Badania transportu Część D 108 103332). Prowadzone przez Keesa van Ginkla – badacz adaptacji klimatu i zarządzania ryzykiem na Uniwersytecie im Instytut Deltares w Holandii – badanie wykazało, że małe kraje górskie, takie jak Słowenia, Macedonia i Albania, są szczególnie narażone, a najgorsze 5% powodzi raz na sto lat na obszarach lokalnych potencjalnie izoluje całe regiony z powodu brak odporności sieci drogowej. Ze względu na ograniczoną liczbę połączeń między kluczowymi ośrodkami gospodarczymi szacuje się, że w tych krajach 32–41% kierowców musiałoby korzystać z objazdów – wielu z nich ekstremalnych – powodujących zakłócenia społeczne i gospodarcze.
Natomiast sieci drogowe w bogatszych, większych krajach – takich jak Wielka Brytania, Niemcy i Francja – są generalnie solidniejsze, chociaż nawet one mogą mieć lokalne słabe punkty. Na przykład dwa dni ulewnych deszczy w Europie Środkowej w lipcu 2021 r. doprowadziły do ekstremalnych powodzi, w których zginęły co najmniej 222 osoby w Niemczech i Belgii, a infrastruktura została poważnie uszkodzona w szerszym regionie. Znaczna część zniszczeń miała miejsce w niemieckich krajach związkowych Nadrenia Północna-Westfalia i Nadrenia-Palatynat, gdzie strome wąskie doliny tworzyły efekty przypominające lejki. Co więcej, poziom wód powodziowych wzrósł, ponieważ gleby były w dużej mierze nasycone przed rekordowymi lipcowymi opadami w zlewniach rzek Ahr i Erft. Powodzie i osunięcia ziemi doprowadziły do zamknięcia dróg, które odcięły drogi ewakuacyjne dla kilku wiosek.
Modele używane przez dzisiejszych badaczy zajmujących się napiwkami społecznymi są podobne do najnowszych osiągnięć w teorii sieci i krytycznych przemian w systemach fizycznych. Na przykład badanie drogowe Van Ginkela przyjęło podejście perkolacji sieci, które jest wykorzystywane w fizyce do modelowania przejść fazowych w materiałach. Podejście to może na przykład opisywać, w jaki sposób roztwór polimerów zmieni się w sztywny żel, gdy połączy się ze sobą wystarczająca liczba łańcuchów, a zmiana nastąpi w tak zwanym „punkcie perkolacji”.
Co najważniejsze, grupa van Ginkela dostosowała model fizyczny, aby był przydatny dla decydentów. To dlatego, że w systemach ludzkich niedopuszczalne punkty krytyczne mogą zostać osiągnięte na długo przed matematycznym punktem perkolacji. „W naszym badaniu prawdziwym punktem przesiąkania jest miejsce, w którym cały kraj jest zasadniczo zalany – a jeśli tak się stanie, brak sieci drogowej nie będzie już twoim największym problemem” – mówi.
Zamiast tego społeczne punkty krytyczne są definiowane przez czynniki ludzkie – w tym przypadku dużą utratę funkcjonalności sieci dróg krajowych podczas powodzi, określoną przez odcięte trasy, zmiany tras i ogólne czasy opóźnień. Van Ginkel mówi, że krajowe władze drogowe prawdopodobnie są już świadome niektórych słabych punktów, które ujawnia badanie jego grupy. Wartość, jak mówi, polega na tym, że umożliwia dokonywanie porównań między narodami, co może być przydatne dla decydentów lub inwestorów biznesowych.
W przypadku wielu systemów punkt krytyczny może nie być bezpośrednio wywołany przez klimat. Jak wskazuje van Ginkel, może to być spowodowane zmianą polityki, która usuwa wsparcie dla społeczności borykających się ze skutkami powolnych i stałych zmian klimatycznych. Na przykład pracownicy rolni w coraz bardziej suchych regionach, którzy polegają na dotacjach rządowych, byliby narażeni na skumulowane powolne skutki zmian klimatu, gdyby ich wsparcie zostało nagle odebrane. Innymi słowy: nieliniowość istnieje w systemie społecznym.
Punkty krytyczne w systemach fizycznych
W fizyce idea przejść fazowych lub punktów krytycznych pojawia się w wielu kontekstach. W fizyce materii skondensowanej materiał może nagle przejść do zasadniczo innego stanu w krytycznych temperaturach, ciecz może stać się gazem, podczas gdy standardowy metal może przekształcić się w nadprzewodnik. Mechanika statystyczna umożliwia zrozumienie przejść fazowych za pomocą modelu Isinga, pierwotnie opracowanego w celu wyjaśnienia spontanicznego namagnesowania warstwy ferromagnetycznej.
Pokrewna teoria, teoria perkolacji, jest wykorzystywana do modelowania nagłego pojawienia się łączności dalekiego zasięgu w systemie losowo odłączonych klastrów. Teoria perkolacji została wykorzystana do badania wszystkiego, od propagacji pęknięć w materiałach, po rozprzestrzenianie się pożarów lasów i fragmentację wirusów biologicznych. Obecnie niektóre z tych narzędzi fizyki statystycznej są ponownie wykorzystywane do badania dynamiki społecznej – od sposobu rozprzestrzeniania się wiadomości w mediach społecznościowych, po wzorce głosowania i złożone interakcje między klimatem a systemami społeczno-gospodarczymi.
Nie tylko zguba i mrok
Społeczne badania punktów krytycznych nie tylko ujawniają słabe punkty i przewidują katastrofy. Pomagają nam również zrozumieć mechanizm pożądanych szybkich zmian społecznych. Dlaczego na przykład po dziesięcioleciach tolerancji szybko stało się nie do pomyślenia pozwolenie na palenie w miejscach publicznych? Dlaczego protest jednego szwedzkiego ucznia pobudził pokolenie do prowadzenia kampanii na temat zagrożeń klimatycznych? Albo dlaczego dopiero pandemia sprawiła, że praca hybrydowa stała się powszechnie stosowana?
Prostą odpowiedzią na takie pytania jest to, że czas był właściwy – ale jest to oczywiste dopiero z perspektywy czasu. Bardziej istotne pytanie dla twórców zmian brzmi: w jaki sposób można „przechylić” systemy społeczne i gospodarcze, aby ułatwić szybkie postępowe zmiany?
U Gladwella Punkt zwrotny twierdzi, że udane interwencje są zwykle ściśle ukierunkowane i wymagają niewielkich zmian w zachowaniu jednostek. Według niego inicjatywy związane z napiwkami społecznościowymi muszą być wygodne i realizowane przez kombinację sprzedawców, łączników i ekspertów. Cytuje inicjatywę uświadamiającą o cukrzycy i raku piersi w czarnej społeczności San Diego, prowadzoną przez pielęgniarkę Georgię Sadler. Po tym, jak początkowa kampania w lokalnych kościołach miała niewielki wpływ, Sadler skupiła się na lokalnych salonach kosmetycznych. Wiedziała, że to relaksujące miejsca, w których ludzie już ufają stylistom, więc zostali przeszkoleni w przekazywaniu treści kampanii w rozmowie. Ta modyfikacja taktyki doprowadziła do wielkiego sukcesu – badanie uzupełniające, którego współautorem jest Sadler, wykazało znacznie wyższy odsetek mammografii wśród Afroamerykanek wystawionych na wiadomości w salonie, w porównaniu z grupą kontrolną, która tego nie zrobiła (J. Natl Med. doc. 103 735).
Wyzwanie związane z kryzysem klimatycznym polega na tym, że powolne i stałe zmiany mogą już nie wystarczyć do uniknięcia katastrofy. Naukowcy niedawno odkryli, że obecne globalne ocieplenie o 1.1°C w stosunku do poziomu sprzed epoki przemysłowej już przesunęło nas w zakresy pięciu punktów krytycznych dla klimatu (nauka 10.1126/science.abn7950). Są to upadek pokrywy lodowej Grenlandii i Zachodniej Antarktydy; rozmrażanie regionów wiecznej zmarzliny w krótkim czasie, uwalniające ogromne ilości zmagazynowanego dwutlenku węgla; całkowita utrata raf koralowych na niskich szerokościach geograficznych; oraz drastyczne osłabienie ważnego prądu oceanicznego na północnym Atlantyku.
Aby stawić czoła wyzwaniom klimatycznym, światowi przywódcy spotykają się teraz (6–18 listopada) na Konferencji ONZ w sprawie zmian klimatycznych w Egipcie (COP 27), aby wynegocjować kluczowe kwestie, takie jak finansowanie działań związanych ze zmianą klimatu, ścieżki energetyczne i przystosowanie się do zagrożeń klimatycznych. Jednak wszelkie zawarte porozumienia będą mało przydatne, jeśli obiecane zmiany nie zostaną zaakceptowane przez osoby, społeczności i firmy, na które mają wpływ. Dlatego decydenci muszą zrozumieć dynamikę zmian społecznych.
Jednym z badaczy, który bada mechanizmy przemian w systemach człowiek-klimat, jest Ilona Otto, socjolog z kl Uniwersytet w Grazu, Austria. W artykule z 2020 roku Otto i jej zespół zidentyfikowali sześć społecznych elementów napiwkowych, które uznano za kluczowe dla spełnienia Umowa Paryż w sprawie zmian klimatu (PNAS 117 2354). Obejmują one energię; dekarbonizacja miast; wycofywanie się z paliw kopalnych; moralne implikacje paliw kopalnych; edukacja klimatyczna i zaangażowanie; oraz udoskonalone informacje na temat emisji gazów cieplarnianych. Zaproponowano strategie dla każdego elementu przechylnego na podstawie konsultacji z ekspertami ze środowiska akademickiego, przemysłu oraz organizacji obywatelskich i rządowych. Pomysły sięgają od nowatorskich materiałów budowlanych i promocji diet bezmięsnych po utworzenie światowego sądu ds. środowiska.
Dla Otto najpotężniejsze czynniki napędzające zmiany dotyczą infrastruktury i norm społecznych. Weźmy na przykład dwa rurociągi Nord Stream, które zostały zbudowane w celu dostarczania gazu ziemnego z Rosji do Europy. Po rosyjskiej inwazji na Ukrainę na początku 2022 r. warty 11 miliardów dolarów rurociąg Nord Stream 2 został prawie porzucony, a Rosja od tego czasu wyłączyła Nord Stream 1 w odpowiedzi na zachodnie sankcje. W rezultacie ceny energii i konsumpcyjne w całej Europie gwałtownie wzrosły.
Fizyka opinii publicznej
Jednak pomimo ucisku większość mieszkańców Europy nie domaga się ponownego włączenia rurociągów – istnieje zbiorowa akceptacja, że finansowanie rosyjskiej wojny byłoby moralnie odrażające. Otto mówi, że te ostatnie wydarzenia są wyraźnym znakiem, że alternatywne źródła energii odnawialnej powinny być realizowane w trybie przyspieszonym. Obawia się jednak, że wielonarodowe projekty na skalę Nord Stream wydają się dotyczyć tylko paliw kopalnych – pomimo całej retoryki o przejściach na zieloną energię.
Otto przygląda się obecnie wpływowi osobistych wyborów na klimat, a wstępne analizy Wielkiej Brytanii i Niemiec sugerują, że domowe systemy grzewcze są zwykle największą zmienną w indywidualnych emisjach. Aby zrozumieć złożone problemy ekonomiczne, społeczne i moralne, z którymi borykają się konsumenci, Otto wykorzystuje „modele zarażania”, które są zwykle używane do badania rozprzestrzeniania się epidemii. Wyniki mogą pomóc w kampaniach zachęcających ludzi do spożywania mniejszej ilości mięsa, korzystania z bardziej ekologicznych form podróżowania lub wprowadzania zmian w szkolnych programach nauczania. „Socjolodzy pracują teraz bardziej ilościowo i są bardziej otwarci na modele ilościowe”, mówi Otto.
Globalne perspektywy
Społeczne punkty krytyczne rodzą również pytania moralne. Można powiedzieć, że Chiny wykazały się najskuteczniejszym napiwkiem społecznym w najnowszej historii, poprzez interwencje na szczeblu państwowym, takie jak polityka jednego dziecka (1980–2016) i szybki rozwój gospodarczy. Ale ustalona droga zmian społecznych wybrana przez przywódców państwa jednopartyjnego bardzo różni się od przemian, które pojawiają się w wyniku wyborów społecznych – niezależnie od tego, czy są „nakierowane” przez politykę rządu, czy nie.
W rzeczywistości niektóre kraje mają wyjątkowe możliwości społeczno-ekonomiczne. Na przykład w Afryce Południowej prawie 90% energii elektrycznej było generowany przez węgiel w 2020 r., jednak starzejąca się infrastruktura oznacza, że w kraju regularnie występują przerwy w dostawie prądu. Wielu ma nadzieję, że cele klimatyczne i gwałtownie spadające koszty energii odnawialnej pozwolą RPA ominąć standardową ścieżkę rozwoju napędzanego węglem – zamiast tego przeskoczyć do nowego systemu skoncentrowanego na energii odnawialnej. Według badania przeprowadzonego w 2022 r Jonathana Hanto ukończenia Politechnika Berlińska, to przejście powoli się zaczyna. Nowe instalacje wiatrowe i słoneczne są tańsze niż nowe elektrownie węglowe w RPA od 2015 r., podczas gdy nowe przepisy wspierają niskoemisyjne alternatywy (Energia dla Zrównoważonego Rozwoju 69 164).
Reinette (Oonsie) Biggs, badacz zrównoważonego rozwoju w Stellenbosch University, Republika Południowej Afryki, mówi, że przeniesienie systemu energetycznego kraju do nowego stanu będzie „zmianą gry”, ponieważ tak duża część gospodarki i społeczeństwa jest zbudowana wokół zużycia energii. Ostrzega jednak, że zmiany przyniosą transformację tylko wtedy, gdy model ekonomiczny stanie się bardziej rozproszony i sprawiedliwy. Biggs chce przepisów, które wymagają, aby pewien procent energii był generowany przez projekty społeczne, i aby obniżył poprzeczkę dla małych projektów sprzedawanych do sieci.
Przy tak ogromnych wyzwaniach konieczne będzie połączenie inicjatyw lokalnych i interwencji państwa, aby oddalić nas od krawędzi katastrofy klimatycznej. Ale przemiany społeczno-ekonomiczne nie muszą oznaczać wyłącznie zguby i mroku. Jeśli uda się uruchomić zbiorową wyobraźnię, być może uda nam się wkroczyć w nowy świat, w którym zasoby naturalne nie będą już dominacją nielicznych, a dobrobyt będzie dostępny dla wszystkich.
