In de jaren vijftig stelde de beroemde natuurkundige Enrico Fermi de vraag die een van de moeilijkste vragen in de Search for Extra-Terrestrial Intelligence (SETI) omvatte: "Waar is iedereen in vredesnaam?" Wat hij bedoelde was, gezien de leeftijd van het heelal (13,8 miljard jaar), het enorme aantal sterrenstelsels (tussen 1 en 2 biljoen) en het totale aantal planeten, waarom heeft de mensheid nog steeds geen bewijs gevonden voor buitenaardse intelligentie?
Deze vraag, die bekend is komen te staan als de "Fermi Paradox", is iets waar wetenschappers voortdurend over nadenken. In een nieuwe studie was een team van de Universiteit van Rochester van mening dat misschien de klimaatverandering de reden is. Met behulp van een wiskundig model gebaseerd op het Antropoceen, hebben ze bekeken hoe beschavingen en planeetstelsels samen evolueren en of intelligente soorten wel of niet in staat zijn om duurzaam te leven met hun omgeving.
De studie, getiteld "The Anthropocene Generalized: Evolution of Exo-Civilizations and Their Planetary Feedback", verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift Astrobiologie. De studie werd geleid door Adam Frank, hoogleraar natuurkunde en astronomie aan de Universiteit van Rochester, met de hulp van Jonathan Carroll-Nellenback (een senior computerwetenschapper in Rochester), Marina Alberti van de Universiteit van Washington, en Axel Kleidon van de Max Planck Instituut voor Biogeochemie.
Tegenwoordig is klimaatverandering een van de meest urgente problemen waarmee de mensheid wordt geconfronteerd. Dankzij veranderingen die de afgelopen eeuwen hebben plaatsgevonden - d.w.z. de industriële revolutie, bevolkingsgroei, de groei van stedelijke centra en afhankelijkheid van fossiele brandstoffen - heeft de mens een aanzienlijke impact op de planeet gehad. Veel geologen noemen het huidige tijdperk zelfs het 'antropoceen' omdat de mensheid de grootste factor is geworden die de planetaire evolutie beïnvloedt.
In de toekomst wordt verwacht dat de bevolking nog verder zal groeien, tot ongeveer 10 miljard tegen het midden van de eeuw en meer dan 11 miljard tegen 2100. In die tijd zal het aantal mensen dat in stedelijke centra woont ook dramatisch toenemen, van 54% tot Halverwege de eeuw 66%. Als zodanig is de vraag hoe miljarden mensen duurzaam kunnen leven steeds belangrijker geworden.
Prof. Frank, die ook de auteur is van het nieuwe boek Light of the Stars: Alien Worlds en het lot van de aarde (die is gebaseerd op deze studie), voerde deze studie uit met zijn collega's om de kwestie klimaatverandering in een astrobiologische context aan te pakken. Zoals hij uitlegde in een persbericht van de University of Rochester:
“Astrobiologie is de studie van het leven en zijn mogelijkheden in een planetaire context. Dat omvat ‘exo-beschavingen’ of wat we gewoonlijk aliens noemen. Als we niet de eerste beschaving van het universum zijn, betekent dit dat er waarschijnlijk regels zullen zijn voor hoe het lot van een jonge beschaving zoals die van ons verloopt. "
Als we het Antropoceen als voorbeeld nemen, kan men zien hoe systemen van beschavings-planeet samen evolueren en hoe een beschaving zichzelf in gevaar kan brengen door groei en expansie - in wat bekend staat als een "voortgangsval". Kortom, naarmate beschavingen groeien, verbruiken ze meer van de hulpbronnen van de planeet, wat veranderingen in de toestand van de planeet veroorzaakt. In die zin komt het lot van een beschaving neer op hoe ze de hulpbronnen van hun planeet gebruiken.
Om dit proces te illustreren, ontwikkelden Frank en zijn medewerkers een wiskundig model dat beschavingen en planeten als geheel beschouwt. Zoals Prof. Frank heeft uitgelegd:
'Het gaat erom te erkennen dat het aansturen van klimaatverandering iets generieks kan zijn. De wetten van de natuurkunde eisen dat elke jonge bevolking, die een energie-intensieve beschaving als de onze opbouwt, feedback op haar planeet krijgt. Het zien van klimaatverandering in deze kosmische context kan ons een beter inzicht geven in wat er nu met ons gebeurt en hoe ermee om te gaan. "
Het model was ook gebaseerd op casestudy's van uitgestorven beschavingen, waaronder het beroemde voorbeeld van wat er van de inwoners van Rapa Nui (ook bekend als Paaseiland) is geworden. Volgens archeologische studies begonnen de mensen in de Stille Zuidzee dit eiland tussen 400 en 700 CE te koloniseren en bereikte het aantal inwoners ergens tussen 1200 en 1500 CE een hoogtepunt op 10.000.
Tegen de 18e eeuw hadden de inwoners echter hun hulpbronnen uitgeput en was de populatie gedaald tot slechts 2000. Dit voorbeeld roept het belangrijke concept op dat bekend staat als "draagkracht", het maximale aantal soorten dat een milieu kan ondersteunen. Zoals Frank uitlegde, is klimaatverandering in wezen hoe de aarde reageert op de uitbreiding van onze beschaving:
“Als je echt een sterke klimaatverandering doormaakt, kan je draagvermogen afnemen, omdat bijvoorbeeld de grootschalige landbouw sterk wordt verstoord. Stel je voor dat de klimaatverandering ervoor zorgde dat de regen in het Midwesten niet meer viel. We zouden geen voedsel kunnen verbouwen en onze bevolking zou afnemen. "
Met behulp van hun wiskundig model identificeerde het team vier mogelijke scenario's die zich op een planeet zouden kunnen voordoen. Deze omvatten het Die-Off-scenario, het Duurzaamheidsscenario, het Collapse Without Resource Change-scenario en het Collapse With Resource Change-scenario. In de Afsterven scenario stijgen de bevolking en de toestand van de planeet (bijvoorbeeld gemiddelde temperaturen) zeer snel.
Dit zou uiteindelijk leiden tot een bevolkingspiek en vervolgens tot een snelle afname, omdat veranderende planetaire omstandigheden het voor de meerderheid van de bevolking moeilijker maken om te overleven. Uiteindelijk zou een stabiel populatieniveau worden bereikt, maar dit zou slechts een fractie zijn van wat de piekpopulatie was. Dit scenario doet zich voor wanneer beschavingen niet willen of kunnen veranderen van bronnen met een grote impact (d.w.z. olie, kolen, kaalslag) naar duurzame (duurzame energie).
In de Duurzaamheid scenario stijgen zowel de bevolking als de planetaire omstandigheden, maar komen uiteindelijk samen met vaste waarden, waardoor catastrofale effecten worden vermeden. Dit scenario doet zich voor wanneer beschavingen erkennen dat veranderingen in het milieu hun bestaan bedreigen en met succes de overgang maken van bronnen met een grote impact naar duurzame.
De laatste twee scenario's - Samenvouwen zonder bronwijziging en Samenvouwen met bronwijziging - verschillen in één belangrijk opzicht. In het eerste geval stijgen zowel de populatie als de temperatuur snel totdat de populatie een piek bereikt en snel begint te dalen - hoewel het niet duidelijk is of de soort zelf overleeft. In het laatste geval nemen de populatie en temperatuur snel toe, maar de bevolking erkent het gevaar en maakt de overgang. Helaas komt de verandering te laat en stort de bevolking toch in.
Op dit moment kunnen wetenschappers niet met vertrouwen zeggen welk van deze lotgevallen de mensheid zal zijn. Misschien maken we de overgang voordat het te laat is, misschien niet. Maar intussen hopen Frank en zijn collega's meer gedetailleerde modellen te gebruiken om te voorspellen hoe planeten zullen reageren op beschavingen en de verschillende manieren waarop ze energie en hulpbronnen gebruiken om te groeien.
Hieruit kunnen wetenschappers mogelijk hun voorspellingen verfijnen van wat ons te wachten staat in deze eeuw en de volgende. Het is in deze tijd dat cruciale veranderingen plaatsvinden, waaronder de bovengenoemde bevolkingsgroei en de gestage stijging van de temperaturen. Bijvoorbeeld, op basis van twee scenario's die de CO2-stijging tegen het jaar 2100 meten, gaf NASA aan dat de wereldwijde temperatuur zou kunnen stijgen met ofwel 2,5 ° C (4,5 ° F) of 4,4 ° C (8 ° F).
In het eerste scenario, waar de CO2-niveaus tegen 2100 550 ppm bereikten, zouden de veranderingen duurzaam zijn. Maar in het laatste scenario, waar de CO2-niveaus 800 ppm bereikten, zouden de veranderingen een wijdverbreide verstoring veroorzaken van systemen waar miljarden mensen van afhankelijk zijn voor hun levensonderhoud en overleving. Erger nog, het leven zou onhoudbaar worden in bepaalde delen van de wereld, wat zou leiden tot massale ontheemding en humanitaire crises.
Naast het aanbieden van een mogelijke oplossing voor de Fermi Paradox, biedt deze studie een aantal nuttige adviezen voor mensen. Door aan beschavingen en planeten als geheel te denken - of het nu aarde of exoplaneten zijn - zullen onderzoekers beter kunnen voorspellen welke veranderingen nodig zijn om de menselijke beschaving te laten overleven. Zoals Frank waarschuwde, is het absoluut essentieel dat de mensheid nu mobiliseert om ervoor te zorgen dat het worstcasescenario zich hier op aarde niet voordoet:
'Als je het klimaat op aarde voldoende verandert, kun je het misschien niet meer veranderen. Zelfs als je je terugtrok en zonne-energie of andere minder impactvolle bronnen ging gebruiken, zou het te laat kunnen zijn, omdat de planeet al aan het veranderen is. Deze modellen laten zien dat we niet alleen kunnen denken aan een populatie die vanzelf evolueert. We moeten nadenken over onze planeten en beschavingen die samen evolueren. '
En geniet zeker van deze video die prof. Frank en het onderzoek van zijn team behandelt, met dank aan de University of Rochester:
