Закономерности коллапса экосистем отражают поведение магнитных материалов под нагрузкой

Новое исследование, опубликованное в журнале One Earth, показывает, что то, как экосистемы коллапсируют — резко или постепенно — может зависеть от их внутренней сложности, подобно тому, как ведут себя магнитные материалы под нагрузкой.

Исследование под руководством профессора Джона Диринга из Университета Саутгемптона с коллегами из Rothamsted Research, Бангорского университета и Эдинбургского университета ставит под сомнение преобладающее предположение, что климатические переломные моменты всегда происходят внезапно. Оно показывает, что некоторые крупномасштабные земные системы могут переживать постепенные коллапсы, которые легко пропустить, что имеет глубокие последствия для климатической политики и устойчивости планеты.

«Одни системы ломаются. Другие провисают», — сказал профессор Саймон Уилкок из Rothamsted Research, один из авторов исследования. — «Наши результаты показывают, что классическая модель резкого перехода — например, внезапное позеленение озера от водорослей — может не применяться к некоторым из самых важных систем Земли, таким как леса, ледяные щиты или океанические течения».

Для анализа исследователи обратились к неожиданному источнику: магнитным материалам. В лаборатории магниты можно переводить между альтернативными состояниями с помощью внешних полей. Эти реакции на нагрузку отражают то, как экосистемы меняются под экологическим давлением. Команда обнаружила, что материалы с более простой, однородной структурой демонстрировали резкие, необратимые изменения — аналогичные «жестким» переломным моментам. Но более сложные материалы проявляли «мягкий» переход, когда изменения происходили постепенно по мере перестройки внутренних компонентов.

Эта аналогия помогает объяснить, почему крупные, разнообразные системы — такие как тропические леса или океаническая циркуляция — могут казаться стабильными, даже когда они тихо реорганизуются под нагрузкой.

Ключевые выводы исследования:

• Сложные системы реорганизуются постепенно под нагрузкой, маскируя ранние признаки коллапса.
• Более быстрые темпы изменения климата увеличивают риск резких переходов, даже в системах, которые в противном случае менялись бы постепенно.
• Системы, меняющиеся постепенно, может быть легче восстановить — если действовать достаточно рано.
• Рассмотрение экосистем в неправильном масштабе может привести к тому, что политики пропустят жизненно важные предупреждающие сигналы.

Авторы предупреждают, что бездействие может быть фатальным, поскольку запоздалая реакция позволяет нагрузке накапливаться незаметно.

«Наша работа предполагает, что мы, возможно, уже пересекаем переломные моменты, не осознавая этого», — сказал Диринг. — «Слишком долго мы рассматривали переломные моменты как драматические коллапсы. Эти выводы показывают, что некоторые системы могут незаметно скатываться к коллапсу. Это делает их еще более опасными. Замедление темпов изменения климата необходимо — не только для избежания катастрофического коллапса, но и чтобы выиграть время для адаптации и восстановления систем».

«Медленные изменения могут быть обманчивыми», — добавил соавтор профессор Рой Томпсон. — «Лабораторные наблюдения за переломными моментами в магнитных материалах дают нам безопасный, контролируемый способ понять то, что мы не можем проверить напрямую в экосистемах и в глобальной климатической системе, не полагаясь на компьютерные модели».

Исследование подчеркивает важность масштаба, сложности и времени как в моделировании, так и в управлении глобальными изменениями. Оно призывает к более тонким определениям переломных моментов, инвестициям в высокоточный мониторинг и срочным действиям по снижению темпов экологических нагрузок.