Резюме.
Это обновление концепции планетарных границ, оценивающей состояние системы Земли,
впервые опубликованной в 2009 году (1, 2), показывает, что шесть из девяти границ
нарушены, параметры биогеосферы планеты сейчас находятся далеко за пределами,
определяющими пространство безопасного существования человечества. Закисление
океана близко к предельно допустимым значениям, а аэрозольная нагрузка в отдельных
регионах уже их превышает. Концентрация стратосферного озона с 2009 года несколько
восстановилась. Степень нарушенности возросла для всех процессов, предельно
допустимые значения параметров (границы устойчивости) которых ранее уже были
определены как превзойденные. Поскольку первичная продукция определяет
функционирование биосферы в Земной системе, присвоение человеком чистой первичной
продукции предлагается в качестве контрольной переменной для определения
функциональной целостности биосферы. Пределы допустимого изъятия первичной
продукции также превышены. Моделирование земной системы при различных степенях
нарушенности пределов изменения климата и экосистем суши показывает, что эти
антропогенные воздействия на земную систему необходимо рассматривать в системном
контексте.
Введение
Концепция планетарных границ (1, 2) опирается на науки о системе планеты Земля (3).
Она определяет девять процессов, которые имеют ключевое значение для поддержания
стабильности Земной системы в целом и её способности к самовосстановлению.
Все они в настоящее время сильно нарушены деятельностью человека. Концепция
планетарных границ предназначена для определения и количественной оценки уровней
антропогенных возмущений, которые, при их соблюдении, позволили бы Земле оставаться
в “голоценоподобном” межледниковом состоянии. В таком состоянии глобальные
экологические функции и системы жизнеобеспечения остаются аналогичными тем,
которые наблюдались в течение последних ~10 000 лет, а не переходят в состояние, не
имеющее аналогов в истории человечества. Этот период голоцена, который начался с
окончанием последнего ледникового периода, и в течение которого развивались сельское
хозяйство и современные цивилизации, характеризовался относительно стабильными и
теплыми планетарными условиями. Деятельность человека в настоящее время привела к
изменению голоценовых условий жизни на Земле, бывших благоприятными для людей,
что привело к переходу к эпохе, которую предлагается назвать – Антропоцен (4, 5).
Воздействие человека на планетарную среду продолжается, и отдельные компоненты
земной системы во все большей степени переходят в неравновесное состояние в связи с
изменением условий их функционирования. Как следствие, в постголоценовую эпоху
Земля как система продолжает изменяться, и окончательные глобальные параметры
окружающей среды остаются неопределенными. При этом палеоклиматические
исследования показывают, что в предшествующие теплые периоды Земля была, в
основном, свободной ото льда (6, 7) и с биосферой другого облика. Очевидно, что в
интересах человечества избегать возмущения земной системы до такой степени, которая
может привести к столь заметному изменению глобальных экологических условий.
Ледяной покров является лишь одним из показателей существенных общесистемных
изменений многих других параметров земной системы. Концепция планетарных границ
определяет биофизические и биохимические системы и процессы, регулирующие
поддержание состояния планеты в пределах диапазонов, исторически известных и научно
предполагаемых как необходимые для поддержания стабильности системы Земли и
систем жизнеобеспечения, которые обеспечивали благополучие людей и их социальное
развитие в Голоцене.
В настоящее время антропогенные возмущения глобальной окружающей среды
рассматриваются, в первую очередь, так, как если бы они были отдельными проблемами,
например, изменение климата, утрата биоразнообразия или загрязнение окружающей
среды. Этот подход, однако, игнорирует нелинейные взаимодействия этих возмущений и
их результирующие совокупные влияния на общее состояние земной системы. Концепция
планетарных границ вводит научное понимание антропогенного глобального воздействия
на окружающую среду в контекст, требующий рассмотрения состояния системы Земли в
целом.
На протяжении более 3 миллиардов лет взаимодействие между геосферой (потоками
энергии и неживыми материалами на земле и в атмосфере) и биосферой (всеми живыми
организмами/экосистемами) контролировало глобальные условия окружающей среды.
Состояние системы Земли изменялось в ответ на воздействия, вызванные внешними
возмущениями (например, динамикой поступления солнечной энергии или ударами
метеоритов) или внутренними процессами в геосфере (например, тектоникой плит и
вулканизмом) или в биосфере (например, эволюцией фотосинтеза и появлением
сосудистых растений). Эти воздействия приводили, посредством взаимодействий и
обратных связей между процессами и системами внутри системы Земля, к формированию
её зачастую сложной общей реакции. Сегодня деятельность человека, имеющая
последствия планетарного масштаба, оказывает дополнительное воздействие на систему
Земли. Таким образом, антропосфера стала дополнительным функциональным
компонентом системы Земли (3, 8), способным изменять её состояние. Концепция
планетарных границ определяет пределы воздействия антропосферы на земную систему
путем выделения научно обоснованного пространства безопасного существования
человечества, соблюдение которых может, как сохранить систему Земли в состоянии
межледниковья, так и обеспечить её устойчивость.
Состояние Земли в Голоцене является эталонным в этом контексте, поскольку многие
компоненты, формирующие систему граничных условий, были довольно стабильными в
течение этого периода. Это также единственное состояние Земной системы, известное
цивилизациям исторически. Климат формируется под влиянием внешних воздействий,
например, солнечной активности, орбитальных циклов и взаимодействий между
компонентами земной системы, однако, глобальная средняя температура поверхности
изменялась всего на ±0,5°C (9) с эпохи Неолита [~9000 г. до н.э. (B.P.)] до Промышленной
революции. Биомы по всей Земле также в значительной степени оставались стабильными
в течение последних 10 000 лет, при этом доиндустриальная глобальная наземная чистая
первичная продукция (NPP) оставалась в пределах 55,9 ± 1,1 миллиарда тонн (Гт)
углерода в год−1 (2σ) (см. Дополнительные материалы). Данные с учётом погрешностей
(10) подтверждают, что доиндустриальные глобальные уровни осадков также были
стабильными, особенно начиная с середины Голоцена. Эти данные убедительно
подтверждают необходимость использования параметров Голоцена (см. Дополнительные
материалы) в качестве эталонных для стабильной и жизнеспособной планеты.
Таким образом, для всех отдельных границ концепции условия доиндустриального
голоцена принимаются в качестве ориентира для оценки масштабов антропогенных
отклонений. Доступные данные и уровень знаний, полученных в результате анализа и
моделирования компонентов системы, диктуют методы определения и количественной
оценки индивидуальных границ и их предельных значений. Несмотря на ограниченность
данных, были предприняты усилия по определению подходящих контрольных
переменных для всех границ вместе с доказательствами того, насколько сильно их
нарушение приводит к возникновению эффектов или изменению систем
взаимодействий/обратных связей, которые потенциально могут вызвать необратимые
изменения в системах жизнеобеспечения Земли. В центре внимания всегда находится
система Земли в целом, а не события регионального масштаба, даже если данные,
используемые для определения границ, получены в результате региональных
исследований. В этих случаях региональные данные объединяются для оценки
кумулятивного влияния нарушений во множестве региональных систем на систему Земли.
Концепция планетарных границ привлекла значительное внимание науки и общества,
вдохновив на разработку стратегий и политики управления на всех уровнях. Концепция
развивается благодаря обновлениям, сделанным на основе последних научных
достижений. Здесь мы объединяем достижения из различных областей науки, чтобы
обновить концепцию и положения (значения) границ. Впервые предлагаются границы для
всех отдельных компонентов системы. Обновленные данные о функциональной
целостности биосферы и границах аэрозольной нагрузки основаны на представленных
здесь анализах. Недавние анализы формируют основу для обновления информации об
изменениях ресурсов пресных вод и о границах для новых элементов концепции. Наконец,
важность рассмотрения антропогенного воздействия на компоненты глобальной
окружающей среды в системном контексте иллюстрируется с помощью
экспериментального моделирования, исследующего как различные сценарии нарушения
границ изменения экосистем суши (представляющих биосферу) и изменения климата в
совокупности влияют на характеристики системы Земли.
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh2458