Na meji Zemlje

Zamislite si, da ste v vesolju, nedaleč stran od planeta Zemlja. Pred vami se razprostira neverjeten pogled na kroglast modri planet. Počasi poletite proti zemljini površini skozi ionosfero, stratosfero in troposfero do zemljinega površja. Počasi krožite okoli in opazujete modrino oceanov in morij, belino oblakov, zelene odtenke gozdov in travnikov, rjavkaste odtenke puščav. Zamislite si preplet kamnin, vode, ostalih elementov in živih organizmov, ki so v stalnem gibanju in procesu izmenjave snovi. In tako kot kroži modri planet po vesolju, krožijo znotraj Zemlje tudi njeni elementi. Dobrodošli v sistemu Zemlje.

Zamislite si svet brez političnih meja, zamislite si svet biomov. Znotraj teh manjših zemljinih podsistemov se nahaja množica raznolikih organizmov, med katerimi najdemo približno 7,6 milijarde pripadnikov človeške vrste. Gre za vrsto, ki ji pripadate tudi vi, drage poslušalke in poslušalci, ki s svojim delovanjem predstavljate na planetu najdejavnejšo vrsto, ki aktivno preoblikuje Zemljino površje in vpliva na procese planeta Zemlje. Dobrodošli v antropocenu.   

Pozdravljeni v nocojšnji oddaji Frequenza della scienza, katere namen danes ni, da bi govorili o koncu sveta. V prihodnji uri se bomo namreč sprehodili po Zemlji in njenem sistemu ter odkrili, do kam sežejo njene planetarne meje. Spoznali bomo, kako se je razvil koncept planetarnih meja, predstavili glavne elemente planetarnih omejitev, na katere vplivamo ljudje, ter predvsem skušali zaobjeti Zemljo kot celoto, kot sistem. Skozi oddajo nas bodo spremljali tudi posnetki s predavanja Izidorja Ostana Ožbolta iz okoljskega odseka študentskega društva Iskra.

Človeštvo se je v svoji zgodovini vseskozi srečevalo z okoljskimi omejitvami, tako na lokalnih kot tudi regionalnih področjih. Industrializacija je imela velik vpliv na zdravje človeka ter degradacijo ekosistemov, kar je sprva pripeljalo do lokalnih in regionalnih omejitev oziroma meja. Pojavilo se je vprašanje, v kolikšni meri je lahko neko okolje degradirano in izkoriščeno s strani človeka.

V današnjem času pa se srečujemo z globalnimi omejitvami. Vpliv človeka na okolje je v začetku dvajsetega stoletja močno narasel in spremenil razmeroma stabilno dobo holocena, ki se je začela pred približno 12 tisoč leti. Na pohodu je nova geološka doba, imenovana antropocen. In nahajamo se v obdobju, kjer ima na proces prehoda med geološkimi dobami največji vpliv prav človek. Hkrati ta doba postaja vedno bolj človeku neprijazna, kar posledično vodi do zaviranja razvoja človeških družb. Tako se predpostavlja, da  obstajajo varne operacijske meje, znotraj katerih je razvoj še mogoč in je delovanje človeka še vzdržno. Če se teh meja ne upošteva, lahko Zemlja postane neprimeren prostor za bivanje človeka in ostalih organizmov.

Vsi organizmi s svojo prisotnostjo oblikujemo in spreminjamo zemljino površje. Zato je potrebno Zemljo gledati kot celoto in pri tem upoštevati meje rasti in nosilne kapacitete planeta. V prejšnjem stoletju se je tako pojavila miselnost, ki planetu Zemlja pripisuje lastnost omejenosti. 

Izjava

Na pomlad leta 1972 tako izide knjiga z naslovom The limits to growth, Meje rasti, v kateri avtorji na podlagi znanstvenih dejstev in računalniškega modeliranja prvič opozorijo, da na planetu Zemlja ne obstaja neomejena rast. Predpostavijo namreč, da se bo moderna civilizacija v primeru, da se bodo ekonomska rast, uporaba naravnih virov in onesnaževanje nadaljevali, v bližnji prihodnosti soočila z okoljskim in ekonomskim propadom. 

Izjava

Profesor Graham Turnem z univerze v Melburnu je pregledal študijo iz leta 1972, primerjal njihove scenarije z današnjim stanjem in ugotovil, da pretekla predvidevanja, ki naj bi v roku stotih let pripeljala do katastrofe, sovpadajo s stanjem leta 2014. A vendar v sedemdesetih letih prejšnjega stoletja niso pravilno predvidevali prav vsega.

Izjava

Koncept planetarnih meja je tako živ že skoraj polovico stoletja. In kljub nekaterim ukrepom meje našega planeta še vedno obstajajo. Ob neprimernem delovanju človeka obstaja možnost, da so te meje presežene in lahko vodijo do velikega preobrata. V nadaljevanju bomo podrobneje predstavili planetarne meje in kje se znotraj njih nahajamo. Preden se soočimo z neprijetno resnico, pa prisluhnimo glasbenemu premoru.

Vmesni komad

Tema današnje oddaje Frequenza della scienza so planetarne meje. V nadaljevanju bomo predstavili koncept planetarnih meja, ki je nastal leta 2009 z izidom članka Planetary boundaries: exploring the safe operating space for humanity.

Izjava

Študija iz leta 2009 je temeljila na primerjavi podatkov iz obdobja pred industrijsko revolucijo - torej iz časa, ko še lahko govorimo o stabilni dobi holocena. Za ohranjanje stabilnega stanja pa je potrebno ostati znotraj meja. 

Izjava

Prisluhnimo primeru kvalitativnega preskoka.

Izjava

In ravno zaradi možnosti hitrih sprememb predstavljajo planetarne meje okvir, znotraj katerega je delovanje človeka omejeno. A vendar posamezne postavljene planetarne meje, ki se jim bomo posvetili v nadaljevanju, ne delujejo samostojno.

Izjava

Znanstvenice in znanstveniki so tako opredelili devet planetarnih meja, ki jih ne smemo preseči, če želimo živeti v holocenu podobnemu stanju, torej obdobju relativno stabilnega podnebja in stabilnih ekosistemov. In kot smo slišali, so vsi procesi znotraj mej prepleteni. Pristop na podlagi planetarnih meja oblikuje prostor za razvoj in uspeh človeka na podlagi našega nadgrajujočega razumevanja delovanja in odpornosti zemljinega sistema. Koncept je kot pristop, usmerjen v globalno trajnostno delovanje, že močno vplival na razvoj znanosti, politike in gospodarstva.

Planetarne meje, ki predstavljajo konec varnega operativnega prostora, namreč omogočajo čas za odziv človeka. Znanost na podlagi planetarnih meja tako lahko dovolj zgodaj opozarja na bližajoče se nevzdržne razmere in možnost ohranjanja sposobnosti, da sistem obstane pod spreminjajočimi se pogoji. Tako so znanstveni podatki o planetarnih mejah uporabni za primerne politične ukrepe, saj mora družbi dopustiti dovolj časa za odziv. 

Nimajo pa vsi zemljini procesi enakega pomena na globalni, kontinentalni in oceanski ravni. Kapaciteta zemljinega sistema, da ostane v holocenskem stanju, tako ostaja z regulacijo biogeokemičnega pretoka. Ta proces predstavlja kroženje ogljika na kopnem in v oceanih ter ohranjanje kapacitete, da ekosistemi vzdržujejo motnje oziroma preturbacije. Pri tem je pomembno tudi, da ekosistemi delujejo pod vsemi spreminjajočimi se abiotskimi pogoji. Zemljin sistem je tako potrebno zaobjeti kot celoto, čeprav lahko nekatere meje izvirajo iz povsem lokalnih območij.

Planetarne meje kot koncept so postavljene na različnih stopnjah. Od posameznih biomov, kot so oceani, gozdovi in rečni sistemi, do samih ponorov in shranjevanja energije; vedno pa gre za umestitev posameznih podenot v območje Zemlje kot celotnega sistema. Zato je za razumevanje koncepta potrebno identificirati tudi subglobalne meje na stopnji biomov, ki so lahko nadalje implicirane na definicijo globalnih meja. V konceptu je izpostavljenih pet od devetih planetarnih meja, ki izvirajo lokalno, vendar imajo velik vpliv na globalni ravni. To so biosferna integriteta, biogeokemični pretok, raba tal, raba vode in atmosferni aerosoli. In čeprav meje izvirajo lokalno oziroma subglobalno, imajo velik globalen učinek na delovanje zemljinega sistema.

Če zdaj približno razumemo, kaj planetarne meje so, odpotujmo za kratek čas v svet glasbe, ki mu bodo sledili podrobnejši opisi posameznih planetarnih meja.

Vmesni komad

V današnji oddaji Frequenza della scienza na frekvenci 89,3 Mhz z distance opazujemo Zemljo in njene procese ter raziskujemo njene meje. Spoznali smo že, od kod izvira izraz planetarnih meja in kaj te so. V nadaljevanju pa se bomo podrobneje spustili med devet glavnih planetarnih meja, na katere imamo ljudje s svojim delovanjem največji vpliv.

V članku Planetary boundaries: Guiding human development on a changing planet, objavljenem leta 2014 v reviji Science, raziskovalke in raziskovalci podajo točne vrednosti devetih posameznih planetarnih meja ter vrednosti, v katerih smo se takrat nahajali. Začnimo z eno izmed dveh krovnih meja; to so podnebne spremembe.

Podnebne spremembe lahko zazna tudi za okolje ne preveč pozorno oko in doletijo lahko prav vsakega. Tako tudi v Sloveniji v zadnjem času lahko opazujemo nepredvidljive nastanke ujm oziroma neviht ali ekstremno vroča poletja. Znanstveno se podnebne spremembe opisuje z dvema enotama oziroma kontrolnima spremenljivkama. To sta koncentracija CO2-ja in pa energijska abundanca oziroma sevalni prispevek.

V primeru sevalnega prispevka gre pravzaprav za učinek tople grede, ko toplogredni plini, kot so CO2 in aerosoli, zadržujejo izstopajoče zemeljsko sevanje. Kot posledica prihaja do segrevanja površine Zemlje. Delež aerosolov prispevajo tudi izbruhi vulkanov, vendar glavni proizvod toplogrednih plinov predstavlja človek s kurjenjem fosilnih goriv, kot sta nafta in premog.  

Po postavljeni planetarni meji koncentracija CO2 v ozračju ne bi smela presegati meje 350 delcev na milijon. A je že leta 2014 koncentracija dosegla skoraj 400 delcev na milijon, danes pa je številka verjetno še višja. Meja je postavljena na podlagi podatkov o koncentraciji CO2-ja iz leta 1750, torej časa, ko še lahko govorimo o holocenu. Prav tako je presežen tudi sevalni prispevek. Povišanje se kaže predvsem na spremembah vremenskih razmer, kot so množične padavine in segrevanje ozračja, kar posledično vpliva na taljenje ledenih plaščev Grenlandije in Antarktike.

Drugo planetarno mejo predstavlja biosferna integriteta. Raziskovalke in raziskovalci opišejo dve ključni spremenljivki, ki jih predstavljata genetska in funkcionalna diverziteta. Genetska diverziteta je opredeljena kot gensko unikaten material, ki deluje kot banka informacij. Ta material predstavlja potencial za nadaljevanje koevolucije živih organizmov z abiotskimi dejavniki zemljinega sistema na najbolj odporen način.

Genetska diverziteta tako omogoča ohranjanje kapacitete biosfere s tem, da ohranja potencial prilagoditi se nenadnim in pa tudi postopnim abiotičnim spremembam. Genetska diverziteta se meri v enoti število izumrtij letno na milijon vrst. Meja genetske diverzitete kot spremenljivke je že močno presežena, saj naj bi bila mejna vrednost do deset izumrtij letno, teh pa je od 100 do 1000 na milijon vrst.

Drugo spremenljivko predstavlja funkcionalna diverziteta. Ta namreč govori o številčnosti neke populacije glede na biom, ki je potrebna za delovanje zemljinega sistema, in se meri z izgubo biodiverzitete (biotske raznovrstnosti) tako na globalni ravni kot tudi na stopnji biomov oziroma večjih ekosistemov. Čeprav je bilo možnih poskusov vrednotenja te spremenljivke že več, je po mnenju avtorjev težko najti primerno spremenljivko za merjenje tega parametra. Zato raziskovalci in raziskovalke kot najprimernejšega predlagajo indeks nedotakljivosti biodiverzitete.

Indeks temelji na spremembah velikosti populacij kot posledica delovanja človeka, rabe zemlje in virov, kar povzroča spremembe na taksonih in funkcionalnih skupinah v biomih ali ekosistemih, hkrati pa za referenčno točko uporablja vrednost stanja podatkov pred industrijsko dobo. Enoto funkcionalne diverzitete se podaja v odstotkih. Vrednost stotih odstotkov lahko preseže, če se upad številčnosti organizmov v ekosistemu preseže.

Znanstveniki tako predlagajo omejitev na 90 odstotkov. Trenutno stanje vrednotenja, ki je bilo opravljeno na področju južne Afrike, odraža delež 84 odstotkov. Preseganju meje številčnosti populacije smo zelo blizu. Opazovanja so potrdila, da upad indeksa kot posledica naraščanja degradacije ekosistema vodi v neizogiben upad ekosistemske produktivnosti. Metoda z indeksi tako predstavlja primerno orodje za znanstveno vrednotenje biosferne integritete.

Tretjo planetrano mejo predstavlja tanjšanje stratosferskega ozona. Kontrolna vrednost je predstavljena v koncentraciji O3 v Dobsonovih enotah. Mejno vrednost predstavlja 275 Dobsonovih enot. Ta meja je sezonsko prekoračena na Antarktiki in v Avstraliji, pa še to zgolj spomladi. Večinoma pa se koncentracija ozona giblje na vrednosti 200 Dobsonovih enot. Koncentracija stratosferskega ozona je tako v zadnjih petnajstih letih prenehala upadati predvsem zaradi uspešnega umika uporabe potisnih plinov.

Maja letos je bil sicer v reviji Nature objavljen članek, ki je opozoril na vnovično večanje ozonske luknje. Vendar predstavlja ta meja še vedno uspešen primer, v katerem je prepoznava lokalnega preseganja meje omogočila aktivno in učinkovito spremebo regeneracijskega procesa.

Podajmo se v oceane. Četrto planetarno mejo predstavlja zakisovanje morja. Ta spremenljivka je najbolj povezana s kontrolnim parametrom koncentracije CO2 in s podnebnimi spremembami. Koncentracija H+ ionov je kot posledica porasta atmosferskega CO2 na površini morja v zadnjih 200 letih narasla za kar 30 odstotkov. Slednje posledično vpliva na spremembo karbonatne kemije na površju oceanov. Spremenljivko predstavlja povprečna globalna točka nasičenja aragonita v oceanih, ki predstavlja obliko kalcijevega karbonata, ki ga tvorijo mnogi morski organizmi, kot so nekatere spužve. Postavljena meja, ki temelji na primerjavi s podatki pred industrijsko revolucijo, bo ob večanju izpusta CO2 in trenutnim stanjem imela še večji vpliv. Zato mora biti upoštevana mejna vrednost 350 delcev na milijon CO2, saj se bo drugače stanje še poslabšalo.

Preselimo se nazaj na kopno. Naslednjo mejo namreč predstavlja biogeokemični pretok. Meja je bila sprva postavljena na podlagi fosforja in dušika, vendar avtorji članka predlagajo njeno razširitev na celotno kroženje biogeokemičnih snovi. Kroženje ogljika je namreč upoštevano že pri podnebnih spremembah, kjer pa ni upoštevan silicij, ki pa je prav tako pomemben element za delovanje zemljinega sistema. Poleg tega imajo razmerja med elementi ključno vlogo v delovanju ekosistemov in posledično vplivajo na stanje biodiverzitete tako na kopnem kot tudi v morju. Zato je nujno potrebna razširitev planetarnih meja še na področje ostalih elementov, ne zgolj fosforja in dušika.

Spremenljivka za prikaz fosforja kot planetarne meje je prikazana kot prinos fosforja iz celinskih voda v oceane. Predlagana je nova meja, kjer bi se upoštevalo vsesplošno evtrofikacijsko stanje celinskih vodnih sistemov. Evtrofikacija je namreč proces, pri katerem se ob povišanju koncentracije anorganskih hranil, kot je fosfor, v vodnih telesih poveča količina biomase. Glavni vir fosforja namreč prihaja iz gnojil, ki so po celem svetu uporabljena za kmetijske površine. Ker je na nekaterih področjih fosforja v presežku, raziskovalke in raziskovalci predlagajo enakomerno razporeditev kmetijskih površin in tako razbremenitev s fosforjem obremenjenih lokalnih območij.

Planetarna meja za kroženje dušika je postavljena na podlagi najstrožjega kriterija kvalitete vode.  Tako kot za fosfor, je tudi za dušik predlagana enakomernejša razporeditev elementa iz agronomsko najintenzivnejših območij na ostale predele. To dejanje bi posledično povzročilo porast globalne produkcije in znižalo preseženo lokalno mejo. Dušik in fosfor predstavljata predvsem antropogeno preturbacijo kot posledico gnojenja, zato je obe meji najlažje postaviti na podlagi razmerja med dušikom in fosforjem. Meji obeh elementov pa sta globalno močno preseženi.

Prišli smo skozi prvih pet planetarnih meja. Po glasbenem premoru ostanemo na kopnem.  

Vmesni komad

Pozdravljeni v današnji oddaji Frequenza della scienza, v kateri se danes sprehajamo po Zemlji in spoznavamo njene meje. Spoznali smo že, kaj te so, in se podrobneje srečali s petimi. V nadaljevanju pa sledi predstavitev še štirih.

Eno izmed kopenskih planetarnih meja predstavlja raba tal. Na tem področju človek množično posega in spreminja biome, kot so gozdovi, savane, travniki oziroma travišča, tundre in ostalo. Raba tal kot planetarna meja je tako fokusirana na eno specifično konstanto - biogeokemične procese zemljinega sistema. Ti procesi imajo velik vpliv na klimo, saj gre za procese izmenjave energije in vode med površino Zemlje in atmosfero.

Kontrolno spremenljivko predstavlja razmerje med izsekanimi gozdovi in ostankom negospodarjenih gozdnih biomov - tropskih, zmernih in borealnih gozdov. Tropski gozdovi imajo namreč zaradi evapotranspiracije bistven vpliv na klimo, medtem ko imajo borealni gozdovi vpliv na odbojnost zemljinega površja in posledično na kroženje energije. Oba gozdova sta lokalno in globalno zelo pomembna. Za globalno mejo tako izguba tropskih in borealnih gozdov ne sme presegati vrednosti 85 odstotkov, medtem ko je meja pri zmernih gozdovih ocenjena na 50 odstotkov. Spremembe slednjih imajo namreč manjši vpliv na klimatski sistem na globalni ravni. Planetarna meja rabe tal je presežena.

Sedmo planetarno mejo predstavlja raba vode iz rek, jezer in podzemnih zalog. Kontrolno spremenljivko predstavlja raba 4000 kubičnih kilometrov na leto. Ta vrednost se spreminja oziroma je prilagojena glede na pretok rek. Avtorji in avtorice članka predlagajo naslednjo spremembo spremenljivke: koliko vode potrebuje nek rečni sistem, da se izogne spremembi režima, ki posledično vpliva na ekosisteme, odvisne od vodnih virov. Predlagajo novo enoto, imenovano okoljski vodni pretok. Planetarna meja rabe vode tako še ni presežena, saj dosega vrednost 2600 kubičnih kilometrov na leto.

Še malo poletimo s tal. Predzadnjo planetarno mejo namreč predstavlja nalaganje aerosolov v ozračju. Aerosoli so namreč delci, ki lebdijo v zraku. Gre za mejo, ki povzroča smrt 7,2 milijona ljudi letno, prav tako pa pomembno vpliva na sistem Zemlje.

Izjava

Za konec pojdimo še v neznano. Zadnjo planetarno mejo v omenjenem članku namreč predstavljajo nove entitete. Gre za snovi in oblike življenja, ki imajo potencial za povzročitev nepredvidljivih geofizičnih in bioloških učinkov. Antropogeni vnosi novih entitet v okolje postajajo zaskrbljujoči predvsem zato, ker ne poznamo njihove prisotnosti, mobilnosti in potencialnega učinka na delovanje zemljinega sistema in njenih podsistemov. To področje vključuje tako kemikalije kot tudi nove materiale in organizme, ki jih zemljin sistem ne pozna, in tudi naravno prisotne elemente, kot so težke kovine v drugih antropogeno predelanih oblikah.

Enega najbolj znanih primerov sintetične kemikalije predstavljajo kloroflorooglikovodiki, krajše CFC, ki so povzročili nepričakovano tanjšanje stratosfernega ozona. Človeštvo vsakič znova izvaja podobne globalne eksperimente, vendar pogosto ne upošteva preteklih izkušenj. In danes je v globalni rabi več kot 100.000 snovi, katerih vpliva na okolje ne poznamo. Če bi pri tem upoštevali še nanomateriale in mikroplastiko, bi bil seznam še daljši. V preteklih letih je tako prišlo do pobude o definiranju novih kemijskih substanc, ki so globalno problematične. Pri teh snoveh je pomembno predvsem, da jih poznamo dovolj, preden so spuščene v okolje in postanejo globalni problem.

Tako smo prišli skozi vse zaenkrat postavljene planetarne meje, od katerih štiri že presegamo. Rešitev predstavlja pogled na Zemljo kot sistem, kar pa pogosto ni upoštevano. Avtorji in avtorice članka predlagajo nekatere previdnostni in preventivne ukrepe. To so usmeritev k zeleni kemiji, iskanje sinergij z intervencijami za zmanjševanje tveganja na različnih področjih delovanja človeka, učenje iz preteklih napak ter vlaganje v znanost za boljše razumevanje in spremljanje glavnih procesov vitalnega zemljinega sistema, da se potencialne škodljive učinke odkrije, preden je prepozno.

Vse planetarne meje pa niso enako pomembne in vplivne, zato obstaja znotraj njih določena hierarhija. Ključni meji namreč predstavljajo podnebne spremembe in biosferna integriteta. Ti dve meji imata vlogo pri nadzoru celotnega zemljinega sistema, saj sta skupaj evolvirali skoraj štiri bilijone let. In prav spremembe teh dveh meja lahko povzročijo izpad zemljinega sistema iz holocenskega stanja, saj so bili preskoki med časovnimi obdobji vedno povzročeni zaradi sprememb klime in biosfere.

Kot smo danes že omenili, smo v dobi prehoda iz stanja holocena v dobo antropocena, v kateri človek lahko še naprej deluje, ne zavedajoč se planetarnih meja in trajnostnega delovanja. Zato je stabilno delovanje zemljinega sistema predpogoj za uspešno delovanje družb. Ta pristop na podlagi planetarnih meja mora biti implementiran skupaj z zagotavljanjem osnovnih človekovih potreb, kot so čista, dostopna energija in zaloge hrane. Razvoj Zemlje v skladu z biofizičnimi omejitvami stabilnega zemljinega sistema je in bo vedno nujno potreben.

Tako smo preleteli skozi današnjo oddajo. Vrnimo se v vesolje s pogledom na planet Zemlja. Upamo, da ste tekom oddaje doživeli planet z vsemi njegovimi komponentami. Upoštevanje koncepta planetarnih meja je v tem času nujno potreben ukrep, ki je aktualen bolj kot kdajkoli prej in mora biti upoštevan na vseh korakih delovanja človeka. Jasno je, da so tveganja antropocena lahko pogubna za dobrobit človeka in ostalih organizmov. In prav pogled na svet v okviru planetarnih meja raziskuje in definira varen operativni prostor na Zemlji za nadaljnji razvoj človeške družbe. Zato pozabimo na državne meje in skušajmo misliti na planetarne.