Некоторые из крупнейших климатических систем Земли могут разрушаться не с грохотом, а с шипением. Удивительно, но эксперименты с магнитами помогают нам понять, как это происходит.
Сегодня мы все согласны с тем, что парниковые газы и использование природных ресурсов создают огромную нагрузку на климат и экосистемы мира. Хорошо известно, что даже небольшое увеличение нагрузки может привести системы Земли, такие как тропические леса, ледяные щиты или океанские течения, к переломным моментам, что приводит к серьёзным и часто необратимым изменениям.
Но мы всё ещё многого не знаем о переломных моментах. Когда они могут произойти? Как они будут выглядеть? Что мы должны делать?
Некоторые локальные переломные моменты уже достигнуты. Например, многие озёра в последние десятилетия резко сменились с чистой воды на покрытые водорослями и тиной водоёмы, обычно в ответ на попадание удобрений с близлежащих сельскохозяйственных угодий.
Для более крупных систем, таких как весь тропический лес Амазонки или Западно-Антарктический ледяной щит, более длительные временные рамки означают, что прямые наблюдения — и уж тем более эксперименты — невозможны.
Но мы можем искать подсказки в других местах. На самом деле, теперь мы можем узнать о переломных моментах на примере чего-то гораздо меньшего и более контролируемого: магнитов.
В нашем недавнем исследовании мы использовали магнитные материалы, чтобы имитировать поведение экосистемы, испытывающей стресс из-за глобального потепления. Как и климатические системы Земли, магниты могут переходить из одного стабильного состояния в другое — переключаться с положительного на отрицательное — при достаточном внешнем воздействии.
Мы обнаружили, что магниты не все переворачиваются одинаково. Некоторые сдвигаются резко — это характерно для многих твёрдых материалов. Другие сдвигаются плавно и более легко — как это обычно бывает с мягкими магнитами.
Характер коллапса магнита определяется его структурой. Как правило, твёрдые материалы имеют простую структуру, которая поглощает напряжение до определённого предела, а затем внезапно переключается — подобно небольшому, хорошо перемешанному озеру, которое остаётся чистым до тех пор, пока однажды в него не попадёт достаточно удобрений, и оно не станет зелёным и покрытым водорослями почти за одну ночь.
С другой стороны, у мягких магнитов более сложная структура. Разные части реагируют на стресс с разной скоростью. Это похоже на большой лес, где некоторые виды могут справиться с повышением температуры, а другие менее устойчивы.
В результате происходит реорганизация. Некоторые виды вымирают, другие занимают их место, и вся система постепенно переходит в другой тип леса — или даже в новую экосистему, например, в травянистую.
Те же принципы могут применяться и за пределами биологии. Океанические течения и ледяные щиты с их многочисленными и подвижными частями могут вести себя подобно мягким магнитам, постепенно реорганизуясь, а не разрушаясь одним внезапным движением.
Наши эксперименты с магнитами выявили ещё один аспект, имеющий значение для климатических систем Земли и их переломных моментов. Чем мягче система, тем легче обратить изменения вспять — но только если действовать до того, как напряжение возрастёт. Если давление возрастает слишком сильно, даже мягкие системы начинают вести себя как твёрдые, внезапно и резко переключаясь.
Мы также обнаружили, что то, что может показаться сложной системой, на самом деле может состоять из множества небольших твёрдых элементов. Каждый из этих элементов имеет свою чувствительность к определённому уровню стресса. Если увеличить масштаб, то можно увидеть гораздо больше резких переломных моментов на уровне отдельного озера или участка леса.
Это важно, потому что скорость изменений так же важна, как и их объём. В магнитах чем быстрее мы прикладываем напряжение, тем больше вероятность их внезапного переключения. Похоже, что климатические системы ведут себя так же: чем быстрее мы нагреваем мир, тем больше риск внезапного коллапса.
Если мы видим, что большие сложные системы медленно смещаются, и думаем, что у нас ещё есть время для действий — мы можем ошибаться. Как лягушки в кипящей воде, мы можем не заметить, что перешли точку невозврата, пока не станет слишком поздно.
Поэтому мы должны внимательно следить, особенно на местном уровне, за любыми предупреждающими знаками. Например, за высыханием участка водно-болотных угодий или за гибелью небольшого участка леса. Они могут показаться незначительными изменениями, но могут сигнализировать о том, что гораздо более масштабное снижение уже началось.
Материал предоставлен The Conversation под лицензией Creative Commons. Читайте оригинальную статью.