Зміна клімату та його роль у виникненні та розвитку людської цивілізації
Уявімо, що машина часу зможе перенести нас на 12 000 років у передісторію людського суспільства. Тоді планета знаходилася у завершальній фазі (Молодший Дріас) останнього зледеніння, яке розпочалося приблизно. 115 000 років тому. Було набагато холодніше, ніж сьогодні, величезні крижані шапки покривали значні частини Євразії, Північної Америки та багатьох південних гірських районів. Було багато посухи, оскільки випаровування води з охолоджених океанів було низьким, тому дощів було мало і недостатньо за кількістю. Велика кількість води була захоплена у вигляді льоду, що призвело до зниження рівня океану приблизно на 120 м - на практиці багато сучасних островів були з'єднані з континентами.
В Африці тривалі посухи призвели до повного висихання озера Вікторія та підняття пустелі Калахарі. У Південній Америці екваторіальний ліс Амазонки зменшився до кількох ізольованих купчиків трав'янистих дерев. Небо було вкрите хмарами пилу, збудженими квазіпостійними льодовиковими вітрами. В Антарктиді пил, що осідає на крижаних шапках і знаходиться сьогодні у видобутих там ядрах, є чітким свідченням льодовикових погодних умов. Близько 10% поверхні суші було вкрите лесом - скелею з дрібного піску та пилу, яку несли крижані вітри. (Моє перше дослідження в якості інженера-геотехніка в конструкторській майстерні повіту Васлуй полягало в картографуванні відкладень лесоїдів в окрузі, оскільки фундаменти, вириті в цій скелі, мають особливі проблеми зі стабільністю, ситуація, що виникає на всій східній частині Румунії).
Низькі температури океану посилювали розчинення вуглекислого газу, так що до кінця плейстоцену (так званий льодовиковий період, 2580 000 - 11700 до н. Е.) Концентрація СО2 в атмосфері становила лише 190 ppm (0,019%), на відміну від з початку голоцену (сучасна геологічна епоха (i)), коли CO2 досяг концентрації 250 ppm (0,025%) (ii). Така ситуація знижує продуктивність рослин, оскільки фотосинтез обмежений низьким вмістом CO2 в атмосфері. Експерименти показують, що при концентрації 190 ppm такі рослини, як пшениця та рис, виробляють лише близько третини кількості зерна, яке вони виробляють сьогодні, навіть якщо вони мають багато води та поживних речовин.
Нестача опадів, наявність сильних льодовикових вітрів та відносно низька концентрація СО2 призвели до значного скорочення рослинних покривів та збільшення пустельних районів. Виживання груп людей в останній частині плейстоцену було постійним викликом. Оскільки переважно вегетаріанський раціон, у льодовиковому світі з невеликою кількістю рослин, не був оптимальним рішенням для первісних людей - енергетичних ссавців, з розвиненим мозком і тонкою кишкою, - ми почали полювати на рослиноїдних тварин (бізонів, антилоп, оленів, коней). ) для додаткового споживання калорій. Подекуди з’явилася спеціалізація людини - видобування та споживання деяких коренів.
Приручення рослин і тварин, яке могло б забезпечити певну продовольчу безпеку, виявилося складним з іншої причини: надзвичайної мінливості клімату. Дані, отримані в результаті ізотопних, палінологічних, седиментологічних, мікропалеонтологічних вимірювань тощо. проводиться на крижаних ядрах, видобутих з Антарктиди та Гренландії, або на осадових ядрах з океанічного дна дозволяють припустити, що під час останнього зледеніння температура була значно мінливішою, ніж сьогодні, як в полярних, так і в тропічних регіонах. Зокрема, зміни глобальних температур від одного десятиліття до іншого оцінюються в чотири рази швидше, ніж в даний час (iv). Коливання температури також мали місце у тисячолітньому та субтисячолітньому масштабах. Наприклад, останній тисячолітній епізод морозів - Молодший Дріас, 12 600 - 11600 до н - був розрізнений десятьма гарячо-холодними, різкими та короткими циклами, які, мабуть, були різними змінами у всьому світі.
Порівняно з останньою частиною льодовикового періоду, період, який планета знала за останні 10-11000 років, - це період кліматичної стабільності, з дуже невеликими варіаціями та відносно невеликою величиною. Рис. 1 ілюструє це порівняння на основі великих даних за останні 50 000 років з двох місцевостей (басейн Санта-Барбара, Каліфорнія) та Гренландії.
Рис. 1. Тисячолітні коливання температури в басейні Санта-Барбари, Каліфорнія (ліворуч) та льодовики Гренландії (посередині). Дані отримані в результаті аналізу ізотопів кисню в планктонних відкладах і льодовикових ядрах. Схема двох графіків схожа. Неважко помітити, що останні
10000 міжльодовикових років (голоцен) означають існування теплого та стабільного клімату порівняно з попереднім льодовиковим періодом (плейстоцен). Джерело: W. F. Ruddiman, 2014, Earth's Climate Past and Future, 3rd ed., W. H. Freeman & Co., pp. 302.
Швидке і періодичне погіршення клімату через просування і відступ льодовиків, спричиняючи тривалі періоди посухи чи морозів, змусило первісних людей безперервно мігрувати у пошуках більш сприятливих районів для повсякденного харчування.
Оскільки системи існування на основі сільського господарства вразливі до масштабних коливань клімату та екстремальних погодних умов, а також тому, що культурна еволюція (вона ж змінюється з часом у відношенні, навичках, звичках, переконаннях та емоціях, які люди отримують завдяки навчанню) або імітація) цих систем відбувається відносно повільно, землеробство було неможливим у плейстоцені (Річерсон та ін., 2001).
Починаючи з приблизно 11600 років тому це почалося Голоцен (міжльодовиковий вік). Клімат став набагато стабільнішим, а температури почали підвищуватися, швидше за все, завдяки спільному впливу циклів Міланковича (прецесія рівнодення, зміна ексцентриситету орбіти обертання та зміна кута нахилу земної осі обертання). Через кілька сотень років (800–200) (v), коли океани потеплішали, зростали і концентрації атмосферних викидів СО2, раніше розчинених у воді, а також опадів через більш інтенсивне випаровування.
Льодовиково-міжльодовиковий перехід (плейстоцен-голоценський кордон) спричинив серйозні і швидкі зміни в навколишньому середовищі та спричинив активізацію систем існування, явище, яке можна назвати сільськогосподарською революцією. Практично, зменшення мінливості клімату, збільшення концентрації СО2 в атмосфері та посилення опадів змінили наземну екосистему з такої, де сільське господарство було неможливим, на іншу, де сільське господарство можна практикувати в багатьох різних місцях (наприклад, на Близькому Сході, в Китаї, Африці)., Південна Америка, Північна Америка, Центральна Америка та Нова Гвінея). Голоцен означає епоху, коли зароджувалось і розмножувалось сільське господарство, свідоцтво про народження людської цивілізації. Кочівники стали осілими, почали одомашнювати рослини і тварин, стали протофермерами, а щільність населення почала збільшуватися, з деякими зривами, спричиненими новими хворобами або голодом. Винайдення сільського господарства незабаром призвело до нових культурних винаходів - племен, королів, богів, воєн - які також були фундаментальною цеглою в будівництві та розвитку доісторичних та новіших людських суспільств. Сільське господарство - це новація, яка закріпила зародження людської цивілізації.
Як і промислова революція, сільськогосподарська революція була енергетичною: виробляти більше їжі як концентровану форму енергії, спрямовувати її на зменшення (зворотну) ентропію, створюючи більше людських тіл за рахунок інших видів (vi) . Коли клімат змінювався, ставав теплішим, вологішим, стабільнішим, із більшою кількістю СО2, люди зверталися до дієт, що містять продуктивніші (одомашнені) рослини та тварин, що робить екосистеми більш ефективними для харчування людей. Річерсон та ін. (2001) стверджують, що майже всі траєкторії посилення існування голоцену є прогресивними, і сільське господарство з часом стало домінуючою стратегією у всіх, крім маргінальних екосистем. У цьому сенсі сільське господарство було обов’язковим, неминучим, а тому постає одночасною інновацією у багатьох різних місцях.
Доісторичні популяції, які виявляють або приймають кращі стратегії існування, засновані на сільському господарстві, мають тенденцію до швидкого чисельного зростання та чинять конкурентний тиск на менші популяції та використовують менш ефективні стратегії. Таким чином, під час голоцену такий вид міжгрупової конкуренції сприяв впровадженню та розповсюдженню сільського господарства на ширші території.
Одного разу спровокована, нова сільськогосподарська революція не була звільнена від кліматичних змін, що спостерігаються в голоцені. Наприклад, вплив Малого зледеніння (приблизно 1300 - 1850 рр.) На європейське сільське господарство був значним: існувала тривала сільськогосподарська криза з континентальною експансією. Для неміцних суспільств на початку сучасної ери два роки поспіль без урожаю, особливо зернових, означали голод. Замерзлі річки більше не дозволяли працювати млинам або транспортувати до міст, відключаючи джерела продовольства. Посіви зернових культур повернулись до своїх старих значень лише через 180 років. Багато десятків, можливо сотень мільйонів людських життів було втрачено через руйнівний голод, неймовірно тривалі (30 років, 100 років) та часті війни, руйнівні пандемії (лише Чорна смерть, 1347 - 1351, утворена між 70 і 200 мільйони загиблих), тривалі посухи, сильні застуди, катастрофічні повені та інші причини. Не випадково саме в середині XVII століття Томас Гоббс у своєму шедеврі Левіафана нарікав на життя живого чоловіка в період Малого льодовикового періоду як на бідне, потворне, жорстоке і коротке. (Vii)
Маленьке зледеніння було тисячолітньою кліматичною різновидом голоцену, але, за словами експертів, незрівнянно набагато "м'якше", ніж події подібної тривалості під час останнього зледеніння.
Низька середня продуктивність рослин та високі, спричинені кліматом зміни продуктивності рослин були зовнішніми обмеженнями, які значно знизили ефективність та надійність існування рослин в останньому льодовиковому циклі, що в кінцевому підсумку заважає розвитку сільського господарства. (Viii)
Винайдення та поширення сільського господарства з початком глобального потепління в голоцені вирішально ознаменувало появу та розвиток сучасної людської цивілізації. Той факт, що протягом останніх приблизно 10-11 000 років клімат був відносно стабільним, концентрація СО2, сприятлива для розвитку рослин, і достатня кількість опадів призвела до зміни земель із екосистеми, в якій сільське господарство було неможливим скрізь, на таку, в якій може займатись у багатьох різних місцях. Звичайно, простої присутності сприятливих природних умов було б недостатньо для вражаючих успіхів і величезних досягнень, які людство досягло на шляху до цивілізації, шляху, позначеному незліченними винаходами та інноваціями, напруженою працею, пристрастю, амбіціями тощо. Коли сільськогосподарська революція була підтримана промисловою та інформаційною революцією останніх століть, результати стали справді вражаючими.
Як я писав у нещодавній статті, на планеті Земля існує лише два кліматичні кліматичні умови: льодовиковий та міжльодовиковий. Зараз ми живемо в голоцені, тобто в міжльодовиковий вік. Повернення кліматичних змін у режимі, характерному для плейстоцену, тобто останнього зледеніння, є дуже ймовірним, якщо механізми, що беруть участь у трьох циклах Міланковіча, продовжуватимуть функціонувати, як у плейстоцені. Підтримка сільського господарства, здатного нагодувати 7-15 мільярдів ротів протягом наступних 80 років (ix), буде колосальним викликом для фермерів, які не звикли працювати в умовах широкомасштабних та високочастотних кліматичних змін. Зниження концентрації CO2 та зменшення кількості опадів свідчать, у кращому випадку, про значний крах світового сільськогосподарського виробництва.
Нинішнє антропогенне глобальне потепління, спричинене викидами парникових газів, може стати щонайменше тимчасовим рішенням для затримки нового льодовикового періоду. Однак ця надія є лише припущенням, оскільки в даний час ми не знаємо з достатньою впевненістю, які реакції зворотного зв'язку контролюють функціонування кліматичних механізмів. Існуючі дані свідчать про те, що нинішнє підвищення рівня СО2 загрожує підвищенням температури до значень, які в попередні міжледникові епохи викликали значний ефект зворотного зв’язку, що в подальшому спричинило відносно швидке повернення до льодовикових умов.
Ризики такого повернення до льодовикового періоду неможливо оцінити. Сценарій продовження поточного сільськогосподарського виробництва в умовах більш холодного та сухого клімату з меншими концентраціями СО2 може бути лише апокаліптичним. Тому порівняння між кліматичною нестабільністю плейстоцену та залежністю сільського господарства від стійкості голоцену є уроком, який повинен змусити нас замислитися.
ii- Richerson, P. J. et al., 2001, Чи було землеробство неможливим під час плейстоцену, але обов’язковим під час голоцену? Гіпотеза про зміну клімату, Американська античність, том 66, вип. 3, с. 387-411.
iii- Рідлі, М., 2020, Як працюють інновації та чому вони процвітають на свободі, видавництво HarperCollins, 406 с.
iv- Rehfeld, K. et al., 2018, Глобальні закономірності зменшення температурної мінливості від останнього льодовикового максимуму до голоцену, Nature, vol. 554, pp. 356–359.
v- Caillon, N., et al., 2003, Час зміни атмосферного СО2 та антарктичних температурних змін протягом терміну дії III, Наука, том 299, вип. 5613, с. 1728-1731.
vi- Другий закон термодинаміки НЕ повністю виключає ентропію із зменшення. Він лише передбачає, що зменшення є малоймовірним. Навіть якщо нова істота або нова тарілка їжі або нова планета можуть представляти місцеві зменшення ентропії (більше організованості, менше безладу), зрештою відбувається перенесення ентропії в навколишнє середовище, що забезпечує функціонування другого закону термодинаміки.
viii- Bettinger, R., et al., 2009, Обмеження розвитку сільського господарства, Сучасна антропологія, том 50, вип. 5, с.627 - 631.