Na ameriškem Inštitutu za tehnologijo v Massachusettsu (MIT) so z matematičnimi in statističnimi orodji analizirali 31 zgodovinskih dogodkov, ki so se zgodili v razponu 542 milijonov let in katerih sledi so izotopi ogljika. V množici podatkov so našli "mejo katastrofe", količino ogljikovega dioksida v tekočinah sveta, ki je časovno sovpadala z množičnim izumiranjem življa, piše v MIT-ovem sporočilu za javnost. Raziskava je objavljena v znanstveni publikaciji Science Advances in je nastala v sodelovanju z Naso.

Planet je trenutno sredi še enega ogljičnega cikla. Izpusti ogljikovega dioksida se višajo od 18. stoletja naprej. Pereče vprašanje je, ali lahko aktualni cikel pripelje do naslednjega množičnega izumrtja. Znanstveniki o tem že dolgo tuhtajo, odgovori pa so vse prej kot enoznačni. Težko je namreč sklepati s prastarih ogljičnih anomalij, ki so trajale tisoče in milijone let, na današnje, ki šteje le dobrih sto let.

Profesor geofizike na MIT-u, Daniel Rothman, je ponudil svojo različico. S pomočjo analize prej omenjenih podatkov je postavil tezo, da je za množično izumrtje dovolj izpolnitev enega od dveh pogojev, ki destabilizirata okolje in naposled pripeljeta do katastrofe za živelj. Prvi: če se spremembe v ogljičnem ciklu dogajajo na dolgi rok, bo do izumiranja prišlo le, če je stopnja sprememb hitrejša in intenzivnejša od sposobnosti globalnega podnebja za prilagajanje. Če pa se ogljični pretresi zgodijo časovno bolj zgoščeno, potem podnebna sposobnost prilagajanja nima vloge. Le od intenzivnosti ogljičnih perturbacij bo odvisno, ali se bo množično izumrtje zgodilo ali ne.

To logiko je Rothman uporabil za aktualne napovedi: glede na to, da se zdajšnji cikel dogaja na relativno kratki časovnici, je verjetnost šestega množičnega izumrtja odvisna od tega, koliko dodatnega ogljikovega dioksida bodo absorbirali oceani. Kritično količino dodatnega CO₂ je naračunal na 310 gigaton, kar naj bi bilo tudi približno toliko, kolikor jih bodo nanesle človeške dejavnosti vse do leta 2100. Ali to pomeni, da se bo z naslednjim stoletjem začela katastrofa za življenje na Zemlji? Takrat bo biologija prestopila mejo in zatavala na "neznano ozemlje", obdobje, ki bo trajalo okoli 10.000 let in v katerem se bodo nagrmadile številne ekološke katastrofe.

"To ne pomeni, da se bo že prvi dan leta 2100 zgodilo najstrašnejše. To pomeni, da se bo ogljični cikel - če glede tega ne storimo nič v nasprotno smer - pomaknil na področje nestabilnosti; in se bo začel obnašati sila nepredvidljivo. Iz zgodovine pa vemo, da je takšno obnašanje povezano z množičnimi izumrtji."

Zgodovina in teorija
Rothman se je v preteklosti raziskovalno ukvarjal predvsem z množičnim izumrtjem na koncu perma, najhujšim v zgodovini, ko je ogromnemu dodatku ogljikovega dioksida v Zemljine sisteme sledil pogin več kot 95 odstotkov vseh vodnih živali. Za to delo je leta 2015 prejel nagrado ameriške skupnosti matematikov (AMS). Razprave s kolegi so ga že takrat pripeljale do uganke o verjetnosti naslednjega tovrstnega dogodka, začenši s tem vprašanjem: "Kako lahko sploh primerjamo te obsežne pojave v daljni geološki preteklosti, ki so se za nameček razlezli čez ogromne časovne skale; s tem, kar se dogaja danes in šteje največ stoletja? Tako sem nekega poletnega dne začel sistematično raziskavo." Naposled je sestavil relativno enostavno matematično formulo na podlagi fizikalnih principov, ki povezuje kritično hitrost in velikost sprememb v ogljičnem ciklu na eni strani ter časovnico, ki razlikuje med hitrimi in počasnimi spremembami na drugi strani. Postavil je hipotezo, da lahko formula napove množična izumrtja.

Formulo je preizkusil na preteklih dogodkih. Zbral je stotine znanstvenih člankov s področja geokemije in v njih našel 31 relevantnih dogodkov v zadnjih 542 milijonih let, ko so se v Zemljinem ogljičnem ciklu zgodile večje spremembe. Za vsakega, vključujoč pet množičnih izumrtij, je Rothman zaznal spremembo v ogljiku. Kako? Kot spremembo v relativni obilici izotopa ogljika-12 in ogljika-13. Pomemben podatek je bila tudi hitrost te spremembe.

Nato je zasnoval matematično transformacijo, s katero je zbrane količine pretvoril v skupno maso ogljika, ki je med vsakim dogodkom končala v oceanih. Za konec je še povezal maso s časovnico hitrih in počasnih sprememb. "Postalo mi je jasno, da se je ob neko značilno stopnjo sprememb sistem zelo rad spotaknil," je dejal Rothman, sodeč po MIT-ovem sporočilu za javnost.

Povedano malo drugače, izoliral je mejo, pod katero je dejansko ostala velika večina od 31 dogodkov. Skoraj vsi so bili dokaj neškodljivi, čeprav so prav vsi vključevali obsežne spremembe v ogljiku. Do destabilizacije je nekaj manjkalo.

Na drugi strani so bili štirje dogodki, ki so mejo presegli, med njimi že omenjena katastrofa v permu, ki jo je presegla najdlje. "Na tej točki se je zastavilo vprašanje, kaj to pomeni."
(Peti je seveda povezan s kataklizmičnim trkom nebesnega telesa z Zemljo 65 milijonov let nazaj, ko so bili pogubljeni dinozavri.)

Skrito uhajanje
Z nadaljnjo analizo je ugotovil, da je kritična meja za katastrofo povezana s skritim procesom znotraj Zemljinega naravnega ogljičnega cikla. Ta je v bistvu zanka med fotosintezo, kjer rastline trošijo CO2 in oddajajo kisik; in dihanjem, kjer živali kurijo kisik in oddajajo ogljikov dvokis. V običajnih okolnostih cikel vsebuje nekaj "uhajanja", ko manjša količina organskega vodika konča na dnu oceana v sedimentih in se izloči iz širšega sistema.

Rothman je ugotovil, da je kritična meja enakovredna čezmerni proizvodnji ogljikovega dioksida, ki bi nastala, če bi to "uhajanje" v vode ustavili. Dodatnega CO2 ni bilo mogoče pojasniti z naravnim ciklom, pri čemer so ga drugi procesi pripeljali v negotovost.

Na koncu je znanstvenik prišel do naslednjega spoznanja: kritična meja leži izključno zunaj časovnice, znotraj katere lahko ogljični cikel znova vzpostavi ravnovesje po tem, ko ga je nekaj zmotilo. Danes ta časovnica znaša okoli 10.000 let. Pri precej krajših dogodkih pa kritična meja ni več povezana s hitrostjo, po kateri se ogljik nalaga na morsko dno, temveč s skupno maso ogljika. Pri obeh scenarijih presežni ogljik kroži po tekočinah sveta in s seboj zelo verjetno povleče še globalno segrevanje ter kisanje oceanov.

Do konca stoletja
S kritične meje in časovnice ravnotežja je Rothman izračunal, da kritična masa ogljika za današnji čas znaša 310 gigaton. Nato je napoved primerjal s skupno maso ogljika, ki jo bo človeštvo dodalo v oceane do leta 2010 - to pa je pridobil iz poročila mednarodnega odbora za podnebne spremembe. Odbor je obravnaval štiri scenarije emisij ogljikovega dioksida, od najkonservativnejšega, po katerem bi emisije omejevali z ostrimi ukrepi; pa do najbolj neomejenega s tovrstnimi politikami.

Še po najbolj optimističnem bo človeštvo do konca stoletja v oceane dodalo 300 gigaton ogljika, po najslabšem pa več kot 500 gigaton.

Tako bo čez slabih 80 let svet ali zelo blizu - ali pa že daleč čez kritično mejo za katastrofo. "Morali bomo najti način, kako zmanjšati emisije ogljikovega dioksida." "Raziskava nas opominja, da moramo biti previdni in iz preteklosti povleči lekcije za prihodnost."

Dolgo je bilo treba
Za ponazoritev še širša časovnica. Zemlja je nastala pred 4,45 milijarde let. Prvo življenje sploh naj bi se pojavilo med 4,3 in 3,7 milijarde let nazaj. Na kopno naj bi se razširilo precej pozneje, šele dobrih 400 milijonov let nazaj, torej 200 milijonov let zatem, ko je bila vzpostavljena zaščitna ozonska plast. Čeprav raziskava nakazuje, da bi prve življenjske oblike v lužah na kopnem uspevale pred 3,5 milijarde let.
V tem trenutku pa je ključno vprašanje, ali ne bo človeštvo sledilo prej omenjenim vrstam.