Kriza neoliberalizma

Gerard Dumenil, Dominique Levy: The Crisis of Neoliberalism. Harvard University Press, 2011.

Neoliberalizam je novi stadij kapitalizma koji se pojavio u osvit strukturalne krize iz 1970-ih godina. On je izraz strategije kapitalističkih klasa u savezu s višim menadžerima, osobito financijskim menadžerima, s namjerom da ojačaju svoju hegemoniju i da ju prošire globalno. Suvremena kriza posljedica je proturječja koja su inherentna toj strategiji.
Kriza neoliberalizma, četvrta je strukturalna kriza kapitalizma od kraja 19. stoljeća. Svaki je od ovih potresa doveo do uspostave novog društvenog poretka i do duboke promjene međunarodnih odnosa. Suvremena kriza označava početak sličnog procesa tranzicije.
U svakom slučaju, novi će svjetski poredak biti multipolarniji od sadašnjeg. Osim toga, ako se te promjene ne ostvare uspješno u Sjedinjenim Državama, moglo bi doći do oštrog pada američke međunarodne hegemonije.
Nijedan od poteza koji su hitno potrebni, kako bi se u slijedećim desetljećima usporio komparativni pad američke ekonomije, ne može biti ostvaren pod istim klasnim vodstvom i razularenim globalizirajućim trendovima. Neutaživa žeđ viših klasa za visokim prihodom, mora biti zaustavljena. Mnogo će toga ovisiti o pritisku od strane narodnih klasa i naroda svijeta, ali bi “nacionalni faktor”, to jest nacionalna težnja za očuvanjem američke prevlasti u svijetu, mogla odigrati ključnu ulogu. Nužna prilagodba može se ostvariti u kontekstu novih društvenih sporazuma prema Desno ili Lijevo, no dok ovo pišemo, u zadnjim mjesecima 2009. godine, šanse Lijeve alternative čine se prilično mršavima.
Ukupna dinamika kapitalizma pod neoliberalizmom, kako nacionalna tako i internacionalna, bila je određena novim klasnim ciljevima koji su radili u korist najviših prihodovnih razreda, kapitalističkih vlasnika, i gornjim frakcijama menadžmenta.Veća koncentracija prihoda u korist privilegirane manjine, krucijalno je dostignuće novog društvenog poretka. To je očito i iz podataka o prijavama prihoda (income statement).

Slobodna trgovina povećala je pritisak na radnike, što je učinak konkurencije koja izvire iz zemalja s niskom cijenom rada.
Međunarodni neoliberalni poredak – poznat kao neoliberalna globalizacija, nametnut je diljem svijeta, od glavnih gradova zemalja centra do manje razvijenih zemalja periferije, često po cijenu teških kriza kakve su bile u Aziji i latinskoj Americi tijekom 1990-ih i nakon 2000. Kao u bilo kojem stadiju imperijalizma, glavni su instrumenti ovih međunarodnih odnosa moći, osim izravnog ekonomskog nasilja, bili korupcija, subverzija i rat. Glavno političko oruđe uvijek je uspostavljanje lokalne vlade koja je prijateljski naklonjena prema imperijalizmu. Suradnja elita u potčinjenoj zemlji je ključna, baš kao i, u suvremenom kapitalizmu, djelovanje međunarodnih institucija kao što su NATO, Međunarodni monetarni fond, Svjetska banka, i Svjetska trgovinska organizacija. Ekonomski gledano, cilj ove dominacije je izvlačenje “viška” kroz nametanje niskih cijena prirodnih resursa i inozemnog ivestiranja, bio to “portfolio” ili izravno inozemno ulaganje. To što zemlje periferije žele prodati svoje prirodne resurse i što su voljne prihvatiti strane investicije, ne mijenja prirodu odnosa dominacije, baš kao što unutar određene zemlje radnici žele prodati svoju radnu snagu, koja je krajnji izvor profita.

U neoliberalizmu, gornje frakcije kapitalističkih klasa, podržane od strane financijskih institucija, djeluju kao lideri unutar šire skupine gornjih klasa u izvršavanju njihove zajedničke dominacije. Slično tome, Sjedinjene Države djeluju kao lider unutar šire skupine imperijalističkih zemalja.

Pojam financijske hegemonije, kako ga ovdje upotrebljavamo, odnosi se na činjenicu da kapitalističke klase – točnije, financije, gornje frakcije kapitalističkih klasa, i financijske institucije – imaju korist od prilično neograničene mogućnosti da vode ekonomiju i društvo općenito, u skladu sa svojim vlastitim interesima ili onime što oni vide kao vlastiti interes. To je, na neki način, “normalna” situacija u modernom kapitalizmu, dok se razdoblje kapitalizma prvih poslijeratnih desetljeća, od New deal-a do kasnih 1970-ih, tijekom kojega je ova moć bila smanjena, ističe kao iznimka.

Pogledajmo još jednom kroz koja je razdoblja prolazio kapitalizam u posljednjih stotinjak godina:

1. Prva financijska hegemonija.
Upečatljiv aspekt prvih desetljeća 20. stoljeća bila je kombinacija ekonomije slobodnog tržišta, kako na domaćem tako i na međunarodnom planu (uz zlatni standard), i dramatični napredak organizacije unutar korporacija.
Gornje frakcije kapitalističkih klasa bile su u mogućnosti da dominiraju ekonomijom i društvom i na nacionalnoj i na internacionalnoj razini.
Velika depresija, New deal, i Drugi svjetski rat označili su kraj ove epohe.

2. Poslijeratni kompromis.
Drugo razdoblje proteže se od New deal-a i Drugog svjetskog rata do kraja 1970-ih. Prva skupina karakteristika tipičnih za prva desetljeća nakon Drugog svjetskog rata bila je povećana menadžerska autonomija nasuprot kapitalističkim klasama. Druga karakteristika bilo je postojanje značajnih ograničenja postavljenih prema stranoj trgovini, kako bi se zaštitio nacionalni ekonomski razvoj, i restrikcije na mobilnost kapitala (slobodno kretanje kapitala između zemalja).

Druga skupina karakteristika poslijeratnog kompromisa uključivala je povećanje kupovne moći, politike koje su favorizirale punu zaposlenost, i uspostava takozvane države blagostanja, to jest, postupnog obvezivanja države da narodnim klasama pruži zdravstvo, mirovine i obrazovanje.

Treći aspekt ovog razdoblja bilo je obuzdavanje financijskih (ili kapitalističkih) interesa. To je već implicitno u dva gore spomenuta aspekta. Mogu se razlikovati tri glavne komponente: (1) financijski sektor usmjeren prema rastu realne ekonomije, a ne prema “administraciji” kapitalističkih kolektivnih interesa kao u neoliberalizmu; (2) manja briga naspram dioničara (to jest, menadžment usmjeren na akumulaciju, umjesto na kapitalni prihod), niske kamate, i “ne-pretjerano” trgovanje dionicama; i (3) moguće smanjenje profita koje bi bilo rezultat viših troškova rada.

U terminima klasnih odnosa, konfiguracija moći u poslijeratnom kompromisu mora se tumačiti kao savez između menadžerskih i narodnih klasa pod vodstvom ovih prvih. Kapitalističke klase su bile daleko od toga da budu eliminirane i nisu bile u potpunosti isključene iz kompromisa, ali su privatni menadžment, politike, i jaka intervencija države manifestirali društvene interese koji su bili značajno različiti od interesa kapitalističkih klasa kasnije usko izraženih u neoliberalizmu.

Ponovno je velika kriza destabilizirala ovaj društveni obrazac: strukturalna kriza iz 1970-ih godina. Kriza je bila posljedica silaznog trenda stope profita i kumulativne inflacije u kojima su se izražavale ekonomske napetosti. Kriza je stvorila uvjete za nametanje neoliberalizma, čiji su amblematski likovi bili Margaret Thatcher i Ronald Reagan.

3. Neoliberalizam kao druga financijska hegemonija.
Neoliberalizam je dopustio slobodu djelovanja poduzetništva, navodni povratak “tržišnoj ekonomiji” (eufemizam za neograničenu kapitalističku dinamiku, na domaćem i međunarodnom planu). U skladu s ovom ideologijom tržišta, neoliberalizam je poticao deregulaciju na svakom polju, osobito financijskih mehanizama. Nametnuo je snažne makro politike čiji je cilj bila zaštita posuđivača novca putem nametanja stabilnosti cijena i otvaranja granica za trgovinu i kapital.

Svako je od gornjih postignuća bilo u skladu s interesima viših klasa, a to je maksimizacija visokih prihoda. Kupovna moć radnika je ograničena, svijet se otvorio transnacionalnim korporacijama, rastući dugovi države i kućanstava bili su izvor velikih promjena kamata, a financijalizacija je omogućila divovske prihode (plaće, bonuse, dioničke opcije i dividende) u financijskom sektoru. Hegemonija viših klasa namjerno je restaurirana i došlo je do povratka financijske hegemonije. Pojavila se neoliberalna ideologija, kao izraz klasnih ciljeva neoliberalizma.

Dramatična društvena transformacija ostvarena za vrijeme neoliberalizma, ne bi bila moguća da nije bio stvoren savez između kapitalističkih i menadžerskih klasa, osobito njihovih viših frakcija. Ova smjena savezništva može se nazvati “neoliberalnim kompromisom”. Ovisno o zemlji, prihvaćanje neoliberalnog projekta od strane menadžerskih klasa, bilo je više ili manje lakše ili teže postići.

Tri faze u povijesti modernog kapitalizma bile su označene pojavom dugotrajnih i dubokih kriza, ovdje nazvanih “strukturalnim krizama”. To su kriza iz 1890-ih godina, Velika depresija, kriza iz 1970-ih, i kriza neoliberalizma koja je kulminirala u Velikoj kontrakciji. Strukturalne krize su kombinirani ishodi unutarnjih proturječnosti svakog društvenog poretka i klasne borbe.

Središnje pitanje jest hoće li se povijest ponoviti, hoće li suvremena kriza potaknuti ulazak u novu fazu. S uobičajenom rezervom, koja se tiče nepredvidljivog karaktera budućeg razvoja događaja, odgovor koji ovdje dajemo je “Da”.

Stopa profita važna je varijabla u analizi strukturalnih kriza. Dvije krize, iz 1890-ih i 1970-ih, obje su bile ishod silaznog trenda profitabilnosti. Nasuprot tome, Velika depresija i kriza neoliberalizma nisu vezane uz silazni trend stope profita. U oba slučaja, stopa profita je prolazila kroz spori proces oporavka. Niti uzlazni, niti silazni trend stope profita ne može se smatrati determinantom suvremene krize.

Velikoj depresiji i suvremenoj krizi zajedničko je to što su obje označile kulminaciju razdoblja financijske hegemonije.

Kad jednom prevladaju pozitivne stope rasta, to će označiti ulazak u novu fazu, ali sasvim sigurno ne i razrješavanje napetosti koje su dovele do krize. Trebat će učiniti još mnogo toga. Hoće li pozitivne stope rasta biti pristojne stope rasta? Kad će biti riješene neuravnoteženosti američke ekonomije? Kako će se platiti državni dug? Hoće li dolar izdržati međunarodne pritiske? Ustanovljavanje novog, održivog, tijeka događaja bit će dugotrajan i bolan proces.
Ambicije i proturječnosti američke domaće i međunarodne neoliberalne strategije

Od svog je početka ambiciozna neoliberalna strategija, i u klasnoj i u međunarodnoj komponenti, bila ugrožena važnim unutarnjim proturječnostima. To što se pojavila velika kriza, ne bi trebalo predstavljati iznenađenje. Ovdje ćemo odvojeno razmotriti tri glavne skupine ovih kontradikcija:

1. Vrtoglava dinamika težnje za visokim prihodom.
Neoliberalizam je društveni poredak usmjeren na stvaranje prihoda za gornje prihodovne razrede, a ne na ulaganje u proizvodnju, još manje na društveni napredak. U zemljama centra, akumulacija domaćeg kapitala je žrtvovana zbog distribucije prihoda u korist viših klasa.

2. Smanjena sposobnost upravljanja makroekonomijom.
Slobodna međunarodna pokretljivost kapitala otežava ili zabranjuje makropolitike u danoj zemlji. U nedostatku globalne regulacije i politike, ili s obzirom na njihovu nisku učinkovitost, neobuzdano napredovanje financijalizacije i globalizacije predstavlja prijetnju mogućnostima glavnih kapitalističkih zemalja da kontroliraju financijske mehanizme i svoje makroekonomije.

Drugi je izvor proturječnosti makro-putanja jedinstvena za američku ekonomiju, koja je dopustila Sjedinjenim Državama da se kreću ispred drugih glavnih kapitalističkih zemalja. Izuzete od potrebe uravnotežavanja svoje vanjske trgovine, što je rezultat njihove globalne hegemonije, uključujući i ulogu dolara kao međunarodne valute, Sjedinjene države su gurnule proces internacionalizacije robne proizvodnje na do tada neviđenu razinu.
Kriza je prenesena na svijet iz Sjedinjenih država, kao rezultat kombinacije ekstremne financijalizacije, smanjene mogućnosti kontrole makroekonomije, i kumulativnih neravnoteža.

Od kraja 2009, opasnost od nagle ili postupne krize dolara predstavlja potencijalni razvoj događaja koji bi potpuno transformirao karakteristike sadašnje krize. Pojava takve valutne krize ubrzala bi tijek povijesti, kako u vezi s novim društvenim poretkom koji bi trebalo uvesti, tako i u vezi s američkom hegemonijom. Na taj način, kriza bi bila ne samo duža nego što se očekuje, nego i spektakularnija.
Uspjeh ili neuspjeh?

Unatoč razlikama, neoliberalna klasna strategija prevladala je u svim zemljama, te je djelovala u korist povlaštene manjine. Tako je bilo i u razvijenim kapitalističkim zemljama, i u zemljama periferije čije su više klase uvukle svoje zemlje u neoliberalnu međunarodnu podjelu rada, čak i u Kini. Problem u ovoj posljednjoj zemlji nije bila restauracija moći kapitalističke klase, nego stvaranje te klase.

Ako prosuđujemo neoliberalizam prema njegovim vlastitim klasnim ciljevima, tada je on, prije sadašnje krize, bio neupitno uspješan. Postojali su važni društveni otpori u zemljama centra, na primjer, kako bi se održao određeni stupanj zaštite blagostanja. Postojali su također otpori diljem svijeta, kao u latinskoj Americi, kao reakcija na devastaciju uzrokovanu neoliberalizmom. To, međutim, nije promijenilo činjenicu da su se posvuda prihodi i bogatstvo najbogatijih segmenata populacije povećali u golemoj mjeri.

U oštrom kontrastu s ovom uspješnom pričom, duboki karakter suvremene krize, njena globalna proširenost, njeno vjerojatno trajanje, i mjere poduzete nakon pojave krize, upućuju na konačnu propast neoliberalne klasne strategije. Posljednja poglavlja ove knjige konvergiraju prema takvom zaključku. Konstrukcija novog društvenog poretka koju zahtijeva razrješenje gore navedene skupine proturječnosti (neodrživa, krhka financijska struktura, kao i putanja američke ekonomije), nespojiva je s klasnim ambicijama svojstvenima neoliberalizmu pod američkom hegemonijom. Najvjerojatnije je da američki kapitalizam ulazi u četvrti društveni poredak, o čijoj naravi tek treba raspravljati.

Kriza neće u nekoliko godina smanjiti potencijal Sjedinjenih Država za međunarodnom dominacijom, s obzirom, napose, na njihov divovski vojni stroj. Ali, započela je nova dinamika. Indikatori pokazuju brzi pad američke ekonomije u usporedbi s ostatkom svijeta.

Ako se brzo i učinkovito ne provedu dramatične prilagodbe, vodeći položaj Sjedinjenih Država među glavnim međunarodnim silama smanjit će se čak i brže nego što to ukazuju sadašnji trendovi.

Postoji oštar kontrast između komparativnog pada američke domaće ekonomije i neospornog uspjeha strategije viših klasa. Te su klase povećale i obnovile svoju vlastitu moć i prihode, barem do početka krize. Ovo je razilaženje doseglo tako dramatične proporcije, da je moguće govoriti o “razvodu” između viših klasa i domaće ekonomije njihove vlastite zemlje.
Ono što je doista novo u ovom obrascu događaja, nije samo razilaženje. Mnogim zemljama periferije vladaju ili su vladale više klase ili frakcije klasa koje nisu posvećene napretku svojih vlastitih zemalja. Umjesto toga, ponašanje takvih elita često je određeno željom da surađuju s imperijalističkim zemljama centra i da povećaju svoje osobno bogatstvo (napose u inozemstvu). Posljedice za lokalne ekonomije i društva su razarajuće. Nacionalizam ili patriotizam među višim klasama, ključni su za napredak nacionalnih ekonomija.
Ono što je novo od 1980-ih godina jest to da su neoliberalne strategije značile razvod u središtu neoliberalnog svijeta, sličan onome opaženom u manje naprednim zemljama.
S tim u vezi, odnos između kineskih kapitalističkih klasa i kineske domaće ekonomije u suvremenom kapitalizmu, još uvijek se može opisati kao medeni mjesec.

Devedesete godine 20. stoljeća bit će zapamćene kao vrhunac neoliberalnog nastojanja, a slijedeće godine kao desetljeće u kojem je neoliberalizam zastranio. Tako je uspješna epizoda iz 1990-ih stvorila samo dojam podudarnosti između interesa viših klasa i domaće ekonomije.

Sa stanovišta američkog društva i ekonomije, pomirenje je hitno potrebno. Ono će zahtijevati dramatične i, najvjerojatnije, dugotrajne prilagodbe, tranziciju prema novom društvenom poretku. Ako se klasni ciljevi i metode neoliberalizma održe i dalje, čak i uz određeni stupanj financijske regulacije sposobne da osigura stanovitu financijsku stabilnost, doći će do oštrog pada američke hegemonije, vjerojatno previše oštrog da bi ga američke više klase mogle podnijeti.
Novi društveni i globalni poretci:
Nacionalni faktor i opcija neomenadžerskog kapitalizma

Osnovna hipoteza koja se tiče budućih desetljeća jest da korekcija trendova koji stoje iza komparativnog pada američke ekonomije nije spojiva s neoliberalnim strategijama. Korporativno upravljanje usmjereno prema kapitalnom prihodu i performansama tržišta dionica, u sukobu je sa snažnim stopama domaće akumulacije. Isto vrijedi i za slobodnu trgovinu i za međunarodno slobodno kretanje kapitala. Rast uvoza iz zemalja s niskom cijenom rada, kao i izravno ulaganje u inozemstvu, stvaraju nepodnošljiv pritisak na domaću ekonomiju.
Financijski sektor čiji je cilj stvaranje iznimno visokog prihoda svojim vlasnicima i menadžerima, ne može biti u službi nefinancijske akumulacije. Osim toga, takav financijski sektor sklon je prekomjernom širenju financijskih mehanizama koji ugrožavaju stabilnost ekonomije. Alternativa se može izraziti vrlo jasno: (1) prioritet dan provođenju neoliberalnih ciljeva s nastavkom pada Sjedinjenih Država kao vodeće zemlje svijeta, ili (2) tranzicija u novi društveni poredak, izvan neoliberalizma, koji je u prethodnom odlomku opisan kao vrlo potrebno “pomirenje” između viših klasa i domaće ekonomije.
Neomenadžerski kapitalizam

Sve gore navedene nužnosti ukazuju na ustanovljavanje novog razdoblja menadžerskog vodstva, koje nije posvećeno neoliberalnim ciljevima. Glavni bi aspekti ovog vodstva mogli biti (1) menadžment koji nije usmjeren na tržište dionicama i kapitalni prihod, nego na domaće investiranje; (2) postavljanje ograničenja na slobodnu trgovinu i slobodnu pokretljivost kapitala; i (3) financijski sektor u službi nefinancijske ekonomije koji je primjereno reguliran. To su osnovni uvjeti potrebni za jačanje američke ekonomije na američkom teritoriju, za ispravljanje američkih neravnoteža, i za stabilizaciju financijskih mehanizama.
Odlučnost da se održi komparativni međunarodni položaj zemlje, mogao bi postati ključni čimbenik u promjeni usmjerenoj na novi društveni kompromis u Sjedinjenim Državama.
Nije sigurno da će doista doći do takve prilagodbe. Čak i ako prevlada nad uskim i kratkoročnim interesima viših klasa, također nije sigurno da će ona biti uspješno ustanovljena.
Korekcija putanje američke ekonomije bit će daleko zahtjevnija no što se obično misli. Sukob između održavanja kupovne moći velike mase onih koji žive od plaće (što je uvjet socijalnog mira), očuvanja stopa profita, širenja transnacionalnih korporacija, i re-teritorijalizacije proizvodnje, bit će oštar.
Lijevo ili desno?

Hoće li narodne klase dopustiti višim klasama da definiraju novu neoliberalnu putanju s ograničenim prilagodbama, ili će doći do novog klasnog kompromisa, još uvijek na vrhu – dva alternativna društvena aranžmana iz kojih bi narodne klase bile isključene? Usporedba s Velikom depresijom pokazuje kako je tadašnja kriza financijske hegemonije dovela do uspostave društvenog kompromisa na lijevoj strani političkog spektra.
No, u suvremenom kapitalizmu nema ekvivalenta snažnom radničkom pokretu iz prvih desetljeća 20. stoljeća. Od 2009. godine, u Sjedinjenim državama je izbor Baracka Obame otvorio mogućnost za takvu društvenu prilagodbu, koja stidljivo podsjeća na New deal. No, čini se da inicijativa nije na strani narodnih klasa. Čini se da ni povratak socijalno demokratskom kompromisu, niti radikalnija društvena transformacija, nisu na dnevnom redu.
Izgleda da suvremena kriza među višim klasama otvara put prema društvenom kompromisu, koji bi bio još uvijek usmjeren u desno, ali čija bi konfiguracija bila drugačija od neoliberalizma. Klasni bi temelji ovakvog novog društvenog poretka bili, kao i u neoliberalizmu, kompromis između viših klasa, kapitalista i menadžera, ali pod menadžerskim vodstvom, s određenim stupnjem obuzdavanja kapitalističkih interesa, i bez karakteristika države blagostanja iz poslijeratnih desetljeća. Ovakva konfiguracija moći mogla bi se označiti kao “neomenadžerski kapitalizam”.
Važno je naglasiti kako će čvrsta odlučnost da se podupre američka svjetska premoć zahtijevati značajna ograničenja i menadžerskih i kapitalističkih prihoda. Ipak, novi će kompromis još uvijek biti kompromis među višim klasama, prema desno. Pomaci će se dogoditi unutar komparativnih interesa tih klasa.

Teško je zamisliti da bi se takva dalekosežna transformacija mogla postići bez značajne podrške od strane narodnih klasa. Stanovite koncesije narodnim klasama mogle bi se pokazati nužnima.
Ovakva nova strategija jačanja američke domaće ekonomije imala bi važne posljedice za zemlje periferije, duboko uvučene u neoliberalnu međunarodnu podjelu rada. No, dugoročno bi takvi trendovi otvorili mogućnost za uspostavu nacionalnih modela razvoja, kao što je bio slučaj nakon Velike depresije (npr. industrijalizacija u latinskoj Americi), a to bi bila vrlo poželjna alternativa neoliberalnoj globalizaciji.

Europa ne teži međunarodnoj hegemoniji kao Sjedinjene Države, niti je Europska unija sposobna slijediti tako ambicioznu strategiju. Europa bi zbog toga, paradoksalno, u slijedećim desetljećima mogla postati uporište tradicionalnog neoliberalizma.

Čak i ako novi socijalni aranžmani uspješno zažive u Sjedinjenim Državama, teško je zamisliti da će se održati američka hegemonija. Neće postojati jasna zamjena za oštećenu američku dominaciju, pa će u slijedećim desetljećima postupno prevladati multipolarna konfiguracija. Vjerojatni ishod je bipolarni svijet – Atlantski i Azijski.

Drugačiji svemir

Koja je razlika između emergencije i redukcionizma, i zašto ovo prvo bolje opisuje prirodu? Evo nekoliko naglasaka iz knjige nobelovca Roberta Laughlina.

Robert B. Laughlin: A Different Universe (Reinventing physics from the bottom down)

Basic Books, 2005.

“Ne samo da je svemir čudniji no što ga zamišljamo, on je čudniji nego što ga možemo zamisliti”

Sir Arthur Eddington

“Emergencija je kompleksna organizacijska struktura koja raste iz jednostavnih pravila. Emergencija označava stabilnu neizbježnost, način na koji određene stvari jesu. Emergencija znači nepredvidljivost, u smislu da mali događaji uzrokuju velike i kvalitativne promjene u velikim događajima. Emergencija znači fundamentalnu nemogućnost kontrole.”

Robert Laughlin

UVOD

Pouzdani odnosi tipa uzrok-i-posljedica u prirodnom svijetu, govore nam nešto o nama samima, u smislu da svoju pouzdanost duguju više načelima organizacije, nego mikroskopskim pravilima. Drugim riječima, zakoni prirode do kojih nam je stalo, pojavljuju se kroz kolektivno samoorganiziranje, i zapravo ne zahtijevaju poznavanje njihovih sastavnih dijelova da bi ih se moglo shvatiti i iskoristiti.

Strašno je da se znanost toliko udaljila od ostatka našeg intelektualnog života, jer u početku nije bilo tako. Aristotelovi spisi, na primjer, unatoč zloglasnih netočnosti, prelijepo su jasni, svrhoviti i pristupačni. Isto se može reći i za Darwinovo “Porijeklo vrsta”. Mutnost suvremene znanosti nesretna je nuspojava profesionalizma.

Organizacija može steći svoje vlastito značenje i život, i može početi nadilaziti dijelove od kojih je sastavljena. Ono što nam fizikalna znanost ima za reći, jest kako činjenica da je cjelina više od zbroja svojih dijelova, nije samo zamisao, nego fizikalna pojava. Priroda nije uređena samo skupinom mikroskopskih pravila, nego i moćnim i općim načelima organizacije. Neka od ovih načela su poznata, ali golema većina nije. Nova se neprestano otkrivaju. Na višim razinama složenosti, odnosi uzrok-i-posljedica teže se prikazuju, no nema dokaza da bi hijerarhijski zakon koji se izvodi iz primitivnog svijeta bio zamijenjen bilo čim drugim. Prema tome, ako jednostavna fizikalna pojava može postati efektivno neovisna od osnovnijih zakona iz kojih je izvedena, onda to možemo i mi. Ja sam ugljik, ali ne moram to nužno biti. Imam značenje koje nadilazi atome od kojih sam sačinjen.

Moja su stanovišta značajno radikalnija od stanovišta mojih prethodnika, zato što su izoštrena nedavnim događajima. Sve više sam uvjeren da svi fizikalni zakoni, a ne samo neki, imaju kolektivno porijeklo. Drugim riječima, razlika između fundamentalnih zakona i zakona koji su iz njih izvedeni, iluzorna je, baš kao što je to i ideja o spoznaji svemira samo putem matematike. Fizikalni zakon se, općenito, ne može predvidjeti čistim mišljenjem, nego mora biti otkriven eksperimentalnim putem, zato što je ovladavanje prirodom moguće tek kad priroda to dozvoli kroz načelo organizacije. Ovoj bi se tezi mogao dati podnaslov “kraj redukcionizma” (uvjerenja da će se stvari nužno razjasniti ako se podijele u sve manje i manje sastavne dijelove), no to ne bi bilo posve točno. Svi fizičari su duboko u duši redukcionisti, pa tako i ja. Moja želja nije da ocrnjujem redukcionizam, već da ga postavim na pravo mjesto u velikom poretku stvari.

Stvarni svijet u kojem živimo, nasuprot sretnoj idealizaciji suvremene znanstvene mitologije, prepun je divnih i važnih stvari koje još nismo vidjeli, zato što ih nismo gledali, ili ih nismo mogli gledati zbog tehničkih ograničenja. Velika moć znanosti sastoji se u njenoj sposobnosti da nam kroz brutalnu objektivnost otkrije istinu koju nismo predvidjeli. U tome je ona i dalje neprocjenjiva, i jedna od najvećih ljudskih kreacija.

Zakon granice

Prvo shvatite da vam se želja za konačnom teorijom na razini svakodnevnog ljudskog iskustva – ispunila. Ponosni smo vlasnici skupa matematičkih odnosa koji, koliko nam je poznato, opisuju sve u prirodnom svijetu što je veće od atomske jezgre. Ti su matematički odnosi vrlo jednostavni i lijepi i mogu se napisati u dva-tri retka. No tada shvatite da je ta jednostavnost jako varljiva. Kao oni jeftini digitalni ručni satovi sa samo jednim ili dva gumba. Jednadžbe su vraški teške za manipulaciju i nemoguće ih je riješiti, osim u šačici slučajeva. Dokazivanje njihove točnosti zahtijeva argumente koji su dugi, komplicirani i kvantitativni. Zahtijeva i poznavanje ogromnog korpusa rada koji je učinjen nakon drugog svjetskog rata. I dok su do osnovnih ideja došli Schrödinger, Bohr i Heisenberg u dvadesetim godinama 20. stoljeća, one su mogle biti kvantitativno testirane tek nakon razvoja moćnih elektroničkih računala, uz cijele vojske tehnički kompetentnih ljudi.

I eto, osamdeset godina nakon otkrića konačne teorije, nalazimo se u poteškoćama. Ponavljane, detaljne eksperimetalne potvrde ovih odnosa sada su službeno zatvorile granicu redukcionizma na razini svakodnevnih stvari. Kao i zatvaranje američke granice – divljeg zapada, to je značajan kulturni događaj, koji je posvuda potaknuo misleće ljude da raspravljaju o tome što to znači za budućnost znanja.

Postoji čak i knjiga – bestseler, koja istražuje pretpostavku da je znanost na kraju i da smislena fundamentalna otkrića više nisu moguća. Istodobno, popis čak i vrlo jednostavnih stvari, za koje se našlo da ih je “preteško” opisati tim jednadžbama, alarmantno postaje sve duži.

Značenje termina “emergencija” proširilo se, nažalost, na veći broj različitih stvari, čak i na natprirodne pojave koje nisu regulirane fizikalnim zakonima. No ja ne mislim na to. Ja mislim na fizikalno načelo organizacije. Ljudska društva očito imaju pravila organizacije koja nadilaze pojedinca.

Priroda je puna vrlo pouzdanih stvari koje su primitivne verzije impresionističkih slika. Polje puno cvijeća, koje je naslikao Renoir ili Monet, nalazimo zanimljivim zato što se radi o savršenoj cjelini, dok su mrlje boje od kojih je ta cjelina konstruirana, nasumičnog oblika i nesavršene. Nesavršenost pojedinačnih poteza kistom govori nam da je bit slike u njezinoj organizaciji.

Jedini način na koji znamo da atomi nisu fundamentalni, jest to da se oni raspadaju kad ih natjeramo da se sudaraju velikom brzinom. Ovo načelo ide prema dolje na sve manjim i manjim skalama: jezgre od kojih su građeni atomi raspadaju se kad ih se natjera da se sudaraju još većim brzinama, dijelovi oslobođeni iz jegre raspadaju se na još većim brzinama, i tako dalje. Vidimo da je sklonost prirode da oblikuje hijerarhijsko društvo fizikalnih zakona, nešto mnogo više od teme za akademsku raspravu. Zbog nje je svijet spoznatljiv. Ona čini najosnovnije zakone, kakvi god oni bili, nebitnima i štiti nas od njihove tiranije. To je razlog zbog kojeg možemo živjeti bez razumijevanja konačnih tajni svemira.

Tako, kraj znanja i zatvaranje granice koje ono simbolizira, uopće nije velika kriza, nego samo jedna od mnogih neugodnih epizoda arogancije u dugoj povijesti civilizacije. Ona će, na koncu, proći i biti zaboravljena. Naša generacija nije prva koja se upinjala da shvati organizacijske zakone granice, zavaravala se da je u tome uspjela, i otišla u grob ne uspjevši u tome.

Život s neizvjesnošću

“Brzina je dobra, ali preciznost je sve.”

Wyatt Earp

Većina biologa smatra opsesiju fizičara s izvjesnošću i točnošću iritantno djetinjastom, te dokazom njihovih ograničenih mentalnih kapaciteta. Fizičari, s druge strane, smatraju da je toleriranje neizvjesnosti izgovor za drugorazredno eksperimentiranje, te mogući izvor lažnih tvrdnji. Ove kulturne razlike imaju korijen u povijesnom razvoju dviju znanosti (fizika i kemija razvile su se zajedno s tehnikom i graditeljstvom, a biologija je proizišla iz poljoprivrede i medicine), i odraz su razlika u našem društvu općenito o tome što jest, a što nije stvarno ili važno.

Zagonetka naboja elektrona nije jedinstvena. Sve fundamentalne konstante, da bi imale smisla, trebaju kontekst okoliša. Kao praktična stvar, razlika između redukcionističkih i emergencionističkih količina u fizici ne postoji. Radi se jednostavno o umjetničkoj ljudskoj domišljatosti, otprilike kao rodovi koje ponekad pripisujemo neživim objektima.

Zamisao o izvjesnosti koja se pojavljuje kao emergencija kroz organizaciju, duboko je ukopana u kulturu suvremene biologije, i jedan je od razloga zašto moje kolege u biologiji tako spremno iskazuju svoju toleranciju prema neizvjesnosti. To pokazuje da oni znaju u čemu je kvaka. Ono što zapravo žele reći jest da mikroskopska neizvjesnost nije bitna, jer će organizacija stvoriti izvjesnost kasnije, na višoj razini.

U fizici, nasuprot tome, duboko ideološko neslaganje o tome odakle dolazi izvjesnost, i što ona znači, ostaje neriješeno. Umjesto toga, složili smo se da o tome ne govorimo.

Voda, led i para

Logička veza od osnova do zaključka nije baš čvrsta. Ono što sigurno znamo, jest da su kristalne krute tvari uređene rešetke atoma – činjenica otkrivena njihovom tendencijom da skreću rendgenske zrake pod određenim kutevima – dok tekućine i plinovi to nisu. Znamo također da sustave s malim brojem atoma pokreću jednostavni, deterministički zakoni kretanja i ništa više. Znamo također kako nisu uspjeli pokušaji da se otkrije razina veličine na kojoj ovi zakoni prestaju raditi ili bivaju zamijenjeni drugima. I, konačno, znamo da su elementarni zakoni u načelu sposobni generirati faze i fazne prijelaze kao organizacijske fenomene.

Presedan faza dokazuje da su barem neka svjetska čuda organizacijska – a to sugerira da su sva takva. To je jedan od glavnih razloga naše tendencije da sumnjamo u natprirodne uzroke stvari, dok se eksperimentalno ne isključe organizacijski uzroci.

Jedan nedvojbeni potpis organizacijskog fenomena je oštri fazni prijelaz. Sam prijelaz je, međutim, samo simptom. Važna stvar nije prijelaz, nego emergentna egzaktnost koja ga čini nužnim.

Zakoni hidrodinamike svode se na preciznu matematičku kodifikaciju stvari koje intuitivno povezujemo s tekućim stanjem, kao što su smislenost hidrostatskog tlaka, sklonost glatkom tijeku kao odgovor na razlike u tlaku, i pravila viskoznog otpora. Nitko nikada nije uspio izvesti ove zakone iz prvih principa. Razlog zašto im vjerujemo je, kao i kod većine emergentnih stvari, u tome što ih opažamo.

Daleko najvažniji efekt fazne organizacije jest da on uzrokuje postojanje objekata. Ovo je suptilno i lako se previdi, budući da smo naviknuti misliti o krutim tvarima kao o nakupljanju newtonovskih sfera. Atomi, međutim, nisu newtonovske sfere, nego prozračni kvantno-mehanički entiteti kojima nedostaje najbitnija od svih osobina objekta – odredljivi položaj. Upravo zbog toga pokušaji opisivanja slobodnih atoma u newtonovskim terminima uvijek završavaju s besmislenim izrazima, kao npr. da oni nisu ni ovdje ni tamo, nego svugdje istovremeno. Nakupljanje atoma u velike objekte čini newtonovski opis atoma smislenim, a ne obrnuto.

Ideja slamanja simetrije je jednostavna: materija kolektivno i spontano stječe osobinu preferencije koja nije prisutna u samim temeljnim pravilima. Naprimjer, kad se atomi poredaju u kristal, oni stječu preferirane položaje, iako nije bilo ničeg preferiranog u vezi s tim položajima prije stvaranja kristala. Kad komad željeza postane magnetičan, magnetizam spontano odabire smjer koji će pokazivati. Ovi su efekti važni, jer dokazuju da organizacijska načela mogu primitivnoj materiji dati njen vlastiti um i omogućiti joj da donosi odluke.

Kažemo da materija donosi odluke “nasumično” – što znači na temelju nekog inače nevažnog početnog uvjeta ili vanjskog utjecaja – no to baš ne zahvaća u potpunosti bit stvari. Kad je odluka jednom donesena, ona postaje “stvarna” i s njom u vezi nema više ničeg nasumičnog. Slamanje simetrije pruža jednostavan, uvjerljiv primjer toga kako priroda sama od sebe može postati bogato kompleksna, unatoč temeljnim pravilima koja su jednostavna.

Kvantna mehanika

“Realnost nije ništa drugo nego kolektivna slutnja.”

Lily Tomlin

Učenje kvantne mehanike može podsjećati na izvantjelesno iskustvo. Nemoguće stvari postaju činjenična istina, riječi poprimaju značenja koja su upravo suprotna uobičajenima, a zdravorazumska stvarnost biva okrenuta naglavačke.

Daleko najluđi aspekt kvantne mehanike njena je mješavina newtonovskog mehaničkog determinizma i prilično avetinjskog probabilističkog indeterminizma, koji se priziva po potrebi, ovisno o eksperimentalnim okolnostima.

Dio je kvantno-mehaničke predaje da sam čin mjerenja prekida determinističku evoluciju vremena – vrst antropičke teorije stvarnosti slične glasovitoj Berkeleyevoj tvrdnji da drvo koje pada u šumi ne proizvodi zvuk. To je apsurdno. Stvar ne može biti deterministička samo kad ju ljudi ne gledaju. Probabilističko pravilo ipak prilično točno opisuje stanovite eksperimente, pa je u tom smislu istinito. Kako određeno pravilo može rezultirati s neizvjesnim ekperimentalnim ishodom, važno je i zanimljivo pitanje.

No, kad pobliže pogledamo, vidjet ćemo da je broj atoma nužno prevelik, jer da je malen, aparat ne bi radio. Otkrivanje radioaktivnog raspada atoma, upotrebom drugog atoma, na primjer, nema smisla, jer to bi značilo zamijeniti jednu sitnu i nemjerljivu stvar, drugom isto takvom. No, mjerenje s cijevi ispunjenom plinom, povezanom s visokovoltažnim napajanjem i pojačalom – Geigerov brojač – savršeno je smisleno. Očito je da postoji nešto u vezi s ljudskim pojmom “mjerenja”, što zahtijeva da aparat bude velik.

Kad jednom prepoznamo da je velikost ključni faktor, misterij nije teško riješiti: svi kvantni detektori napravljeni su od krutih tvari, i tako svi oni iskorištavaju karakteristiku slamanja simetrije krutog stanja, efekt koji se pojavljuje samo u velikim stvarima. Da bi se nešto nazvalo opažanjem, prema konvencionalnoj ljudskoj definiciji, stvar ne smije biti promijenjena činom opažanja.

Spomenimo, kao zgodan primjer, poznati kvantno-mehanički problem u kojem se traži da izračunamo koliko dugo olovka može stajati na svom vrhu. Odgovor je oko 5 sekundi. Kod prave olovke to je čak i manje, zbog toplinskih smetnji i vjetra, no pet sekudni je fundamentalna granica. Općenito, osjetljivija pojačala stvaraju više kvantnog šuma (stručni naziv za takve greške), i postoji fundamentalan odnos između osjetljivosti i šuma. To se obično izražava na apstraktan način kao Heisenbergov paradoks neodređenosti, ali može se svesti na olovku koja stoji na svom vrhu.

Kvantno-mehanička materija sastoji se od valova ničega. Radi se o teškom konceptu, pa se on tradicionalno približava studentima tako da im se prvo objasni nešto što je nazvano dvojnost val-čestica, a to je zamisao da su čestice newtonovski objekti koji ponekad interferiraju, difraktiraju, i tako dalje – dakle, ponašaju se kao da su valovi. To nije istina, ali podučava se na taj način, da bi se spriječilo pregaranje studentovih mentalnih sklopova. Zapravo, takva dvojnost ne postoji. Cijela Newtonova ideja da položaj i brzina karakteriziraju objekt je netočna i mora se zamijeniti nečim što zovemo valna funkcija, apstrakcija modelirana prema blagim varijacijama tlaka zraka koje se pojavljuju pri prolasku zvuka. Ovo neizbježno povlači pitanje što je to val – divan primjer nevolje koju možemo stvoriti upotrebljavajući običnu riječ za opis neobične stvari.

U konvencionalnom značenju, val je kolektivno kretanje nečega, kao što je npr. površina mora. Besmisleno je da konvencionalni val postoji izvan konteksta nečega što pokreće valove. No, fizika čuva časnu tradiciju zanemarivanja razlike između neopažljivih i nepostojećih stvari. Tako, čak iako se svjetlost ponaša kao valovi neke supstancije – koja se u ranim danima elektromagnetizma nazivala eter – nema izravnih dokaza za tu supstancu, pa ju zato proglašavamo nepostojećom. Iz sličnih razloga prihvaćamo kao nepostojeći, medij koji se pokreće kad se šire valovi kvantne mehanike. Ovaj je problem, međutim, znatno nezgodniji nego kod svjetlosti, zbog toga što su kvantni valovi materija i, štoviše, imaju mjerljive aspekte koji su fundamentalno nespojivi s vibracijama supstance. Oni su nešto drugo. Stvar potpuno drugačija.

Nažalost, kako kvantna mehanika ima taj okus “drugog svijeta”, to se uzima kao prikladno opravdanje za upuštanje u fantastične “interpretacije” kvantne mehanike u kojima se od drveća ne vidi šuma. Zapetljana narav takvih argumenata opčinjava studente ali iritira nas ostale, jer se na koncu svodi na pokušaje da se kvantna mehanika opiše u terminima ponašanja koje iz nje emergira, umjesto obrnuto. Oni su, drugim riječima, simptomi pogrešnog pogleda na svijet. Čovjek pokušava biti pristojan s tim u vezi, ali ponekad je nemoguće odoljeti iskušenju da se bude zločest.

Nuklearna obitelj

Unatoč svim dokazima da je redukcionistička paradigma u fizici u neprilici, subnuklearni se eksperimenti i dalje općenito opisuju redukcionističkim terminima. To je osobito neobično ako se uzme u obzir da je većina mišljenja ugrađenog u standardni model odraz zamisli da je vakuum faza, i da su zakoni fizike razumno jednostavni i izravni na nuklearnoj razini ali ne i dalje od nje, zato što su oni univerzalne osobine te faze. Pa ipak, umjesto o univerzalnosti niske energije, fizičari govore o efektivnoj teoriji polja. Umjesto o fazama, govorimo o slamanju simetrije. Umjesto o faznim prijelazima, govorimo o ujedinjenju sila. Situacija me podsjeća na bolnicu u kojoj nitko nikada ne umire, nego umjesto toga prolazi kroz iskustvo “negativnog ishoda liječenja” ili “nemogućnosti postizanja potencijalne dobrobiti”. U svakom slučaju, pomutnja je ideološka.

U važnim situacijama, mitologije su nevjerojatno moćne stvari, i mi ljudi ponekad idemo vrlo daleko, kako bismo vidjeli svijet onakvim kakav mislimo da bi trebao biti, čak i onda kad nam dokazi govore da griješimo.

Tkanje prostor-vremena

Einsteinova teorija relativiteta, jedna od naših najtrajnijih kulturnih ikona, nešto je o čemu je svatko čuo, ali ju je malo tko razumio. Slika njenog tvorca doživljava se diljem svijeta kao simbol kozmički transcendentne inteligencije i mudrosti. U narodnoj predodžbi, relativnost je neka vrst dublje stvarnosti koju mogu shvatiti samo oni koji su blagoslovljeni izvanrednom umnom nadarenošću. Ovakvo je natprirodno ozračje i pretjerano i netočno. Izvorna verzija relativiteta, takozvana specijalna teorija, zapravo je zakon, i to razmjerno jednostavan, koji uopće nije jednadžba kretanja, nego osobina te jednadžbe, simetrija. Najzreliji oblik relativiteta, spekulativna je post-Newtonovska teorija gravitacije motivirana tim zakonom. Einstein, koji je rano u svojoj karijeri otkrio da javnost više od fizikalnih, zanimaju mistični aspekti relativiteta, njegovao je sliku sebe kao proroka, iako nije bio prorok, nego profesionalac britka uma.

Negdje u vrijema kad se relativnost počela prihvaćati, proučavanja radioaktivnosti su počela pokazivati da prazni vakuum prostora ima spektroskopsku strukturu sličnu onoj običnih kvantnih krutina i tekućina. Daljnja proučavanja u velikim akceleratorima čestica, sada su nas dovela do shvaćanja da je prostor više kao komad prozorskog stakla, nego idealna newtonovska praznina. On je ispunjen s “tvari” koja je normalno prozirna, ali se može učiniti vidljivom ako se udari dovoljno jako da se iz nje izbije dio.

Suvremeni pojam prostornog vakuuma, koji se svaki dan eksperimentalno potvrđuje, jest relativistički eter. Ali ne zovemo ga tako, jer je to tabu.

Pogled na prostor-vrijeme kao na nesupstancu s osobinama sličnim supstanci, nije niti logičan niti u skladu s činjenicama. Radi se o ideologiji koja je izrasla iz starih bitaka oko relativnosti. U njenoj je srži vjerovanje da je simetrija relativnosti drugačija od svih ostalih simetrija, po tome što je apsolutna. Ona ne može biti prekršena ni zbog kojeg razloga, na bilo kojoj dužinskoj skali, bez obzira kako maloj, čak i u režimima u kojima jednadžbe koje stoje u podlozi nisu nikad bile ustanovljene. Ovo je vjerovanje možda i točno, ali radi se o enormnom spekulativnom skoku. Unatoč tome što je ukopana u disciplinu, zamisao apsolutne simetrije nema smisla. Simetrije su uzrokovane stvarima, nisu uzrok stvari. Ako je relativnost uvijek istinita, tada u podlozi mora postojati neki razlog. Pokušaji da se izbjegne ovaj problem, neizbježno završavaju u proturječnostima.

Ispalo je kako bezazleno opažanje da je prostorni vakuum prazan, uopće nije bezazleno, nego je zapravo uvjerljiv dokaz da su svjetlost i gravitacija povezani, te da vjerojatno obje imaju kolektivnu prirodu. Stvarna svjetlost, kao stvarni kvantno-mehanički zvuk, razlikuje se od svoje idealizirane newtonovske inačice po tome što sadrži energiju čak i kad je potpuno hladna. Prema načelu relativnosti, ova bi energija trebala generirati masu, koja bi pak trebala generirati gravitaciju. Nemamo pojma zašto se to ne događa.

Da je Einstein danas živ, bio bi zgrožen stanjem stvari. Izgrdio bi profesiju što je dozvolila ovakvu zbrku, pobijesnio bi zbog pretvaranja svog djela u ideologiju i posljedičnog bujanja logičkih proturječnosti. Einstein je bio umjetnik i učenjak, ali iznad svega revolucionar. Njegov pristup fizici mogao bi se sažeti ovako: minimalno postavljanje hipoteza, nikad se ne svađati s eksperimentom, zahtjevanje potpune logičke konzistentnosti, i nevjerica prema nedokazanim uvjerenjima. Nedokazano uvjerenje u njegovo vrijeme bio je eter, točnije rečeno naivna verzija etera koja je prethodila relativnosti. Nedokazano uvjerenje u naše je doba sama relativnost. Bilo bi savršeno sukladno nejgovu karakteru da preispita činjenice, rasporedi ih u svom umu, i zaključi da njegovo voljeno načelo relativnosti uopće nije fundamentalno, nego emergentno – kolektivna osobina materije koja konstituira prostor-vrijeme i koja postaje sve egzaktnija na velikim dužinskim skalama, ali ne vrijedi na kratkima. Ova se zamisao razlikuje od njegove izvorne zamisli, ali je s njome potpuno logički kompatibilna, pa čak i uzbudljivija i potencijalno važnija. Ona bi značila da tkanje prostor-vremena nije samo pozornica na kojoj se odigrava život, nego organizacijski fenomen, i da iza nje može postojati još nešto.

Karneval božićnih kugli

“Što je s budućnošću ove avanture? Što će se na kraju dogoditi? Do sada smo napredovali pogađajući zakone; koliko ćemo još zakona morati pogoditi? Ne znam. Neki od mojih kolega kažu da će se ovaj fundamentalni aspekt naše znanosti nastaviti i dalje; ali ja mislim da sigurno neće biti neprestanih novosti, recimo u idućih tisuću godina. Ovo se ne može nastaviti tako da ćemo stalno otkrivati sve više novih zakona. Ako se nastavi, postat će dosadno to što postoji toliko puno razina jedna ispod druge. Meni se čini da bi se u budućnosti moglo dogoditi ili to da će svi zakoni postati poznati – to jest, ako imate dovoljno zakona onda možete izračunati posljedice i one će se uvijek poklapati s eksperimentom, što bi bio kraj puta – ili se može dogoditi da će eksperimenti postajati sve teži i teži, sve skuplji, tako da imate 99,9 posto fenomena, ali uvijek postoji neki fenomen koji je upravo otkriven, kojeg je vrlo teško mjeriti, i koji se ne slaže; i čim dobijete objašnjenje za njega, dođe drugi, i sve postaje sporije i sporije i nezanimljivije. To je drugi način na koji to može završiti. Ali ja mislim da mora završiti na jedan ili drugi način.”

Richard P. Feynman

Jedna je stvar objasniti uređene kristale atoma s jednostavnim mikroskopskim pravilima, ali sasvim druga učiniti to isto s kompleksnim strukturama i oblicima, osobito kad se pojava tih oblika ne može izvesti iz prvih principa. Ali ovo uobičajeno i savršeno razumno stajalište zapravo je potpuno suprotno stvarnosti. U svijetu s ogromnim brojem dijelova nije neobična kompleksnost, nego njena odsutnost. Jednostavnost je u fizici emergentni fenomen, a ne matematički očigledno stanje od kojeg je svako odstupanje zabrinjavajuća anomalija.

Nešto je lakše objasniti i braniti ovu tvrdnju ako riječ kompleksno zamijenite s rječju slučajno. Tako, bacite kocku i slučajno dobijete broj tri. To znači da niste unaprijed znali koji će broj izaći, da je to nešto nepredvidljivo, te da se stupanj nepredvidljivosti mjeri brojem mogućih ishoda, u ovom slučaju šest.

Nema ničeg slučajnog u vezi s brojem tri, jednom kad je odabran. Nema smisla reći za bilo koji određeni broj na kocki da je “slučajan”. Slično tome, nema smisla za bilo koji određeni oblik reći da je “kompleksan”. Samo odabir jednog oblika od mnogih, fizikalni proces, može biti kompleksan. Kad kažemo da je oblik kompleksan, time zapravo mislimo da je fizikalni proces koji ga je oblikovao nestabilan i da je s malom varijacijom mogao generirati jedan od mnogih različitih oblika. Slično tome, kažemo da je oblik jednostavan ako je zajamčeno da je formiran fizikalnim procesom svaki put na isti način, čak i kod dosta velikih početnih varijacija. Kad jednom shvatite da je jednostavnost u prirodi izuzetak, a ne pravilo, postaje lako zamisliti kako se komplicirani obrasci mogu pojaviti, ako su mikroskopske okolnosti prikladne. Nije moguće dokazati da oni emergiraju, ali je moguće dokazati da njihova emergencija nije u suprotnosti sa zdravim razumom.

Zbog fizikalnih okolnosti ovdje na Zemlji – temperatura, vremenski rasponi dana i noći, kemijski okoliš, i tako dalje – najbrojniji primjeri samoorganizacije dolaze iz kemije i uključuju agregaciju atoma, a ne neke druge vrste čestica, u strukture. Znamo i za primjere samo iz nukleona, napose samih atomskih jezgara i pravila za stabilnost izotopa, ili kod elektrona, kao što su mezoskopski magnetizam i Wignerova kristalizacija, no oni su zakučasti i da bi ih se detektiralo potrebna je komplicirana aparatura. Iako se može zamisliti kompleksno ponašanje slično živom, koje emergira u kontekstima različitim od onih obične kemije, eksperimenti koji bi dali podršku tim idejama trenutno su nepraktično skupi. Zanimljiva je posljedica toga da mnogi kemičari smatraju samoorganizaciju za njihovo ekskluzivno područje i praktičnu razdjelnicu između njihove discipline i fizike.

Emergencija je kompleksna organizacijska struktura koja raste iz jednostavnih pravila. Emergencija označava stabilnu neizbježnost, način na koji određene stvari jesu. Emergencija znači nepredvidljivost, u smislu da mali događaji uzrokuju velike i kvalitativne promjene u velikim događajima. Emergencija znači fundamentalnu nemogućnost kontrole.

Emergentno doba

Razmišljanje o svemu ovome ozbiljno navodi čovjeka da se pita koji je od zakona bitniji – detalji od kojih sve teče, ili transcendentni, emergentni zakon kojeg ti detalji generiraju. Ovo je pitanje semantičko, pa se na njega ne može dati apsolutni odgovor, ali je jasno da je ono primitivna verzija moralne zagonetke potaknute navodnom potčinjenošću zakona živog, zakonima kemije i fizike. Ono alegorički pokazuje kako osoba lako može ovladati jednim, a pri tome ne znati apsolutno ništa o drugom. Epistemološka barijera nije mistička, nego fizička.

Sukob između ove dvije koncepcije bitnog ili konačnog – zakoni dijelova ili zakoni kolektivnoga – vrlo je star i ne može se razriješiti nakon nekoliko minuta razmišljanja ili u neobaveznom razgovoru. Može se reći da on predstavlja napetost između dva pola mišljenja. Neki put u povijesti jedan pol može biti jači od drugog, ali njegova je dominacija samo privremena, jer bit priče je u samom sukobu.

Ironično je da je sam uspjeh redukcionizma pomogao popločiti put prema njegovom zalazu. S vremenom su pažljiva kvantitativna proučavanja mikroskopskih dijelova otkrila da, barem na primitivnoj razini, kolektivna načela organizacije nisu samo zabavna sporedna predstava, nego sve – istinski izvor fizikalnog zakona, uključujući, možda, i najfundamentalnije zakone koje poznajemo. Preciznost naših mjerenja omogućava nam da pouzdano objavimo kako je potraga za jednom konačnom istinom završila – ali se istodobno pokazala neuspješnom, jer priroda nam se sada pokazuje kao ogromni toranj istina, od kojih svaka proizlazi iz svog roditelja, i zatim nadilazi tog roditelja, kako se skala mjerenja povećava.

S prijelazom u Doba emergencije, završava i mit o apsolutnoj moći matematike. Taj je mit, nažalost, još uvijek ukopan u našoj kulturi, i ta nam se činjenica rutinski otkriva u medijima i popularnim publikacijama koje promiču potragu za konačnim zakonima kao jedinu vrijednu znanstvenu aktivnost, unatoč masovnim i preplavljujućim eksperimentalnim dokazima da je istina upravo dijametralno suprotna. Možemo odbaciti redukcionistički mit tako da ćemo pokazati da su pravila točna i zatim zatražiti od vrlo pametnih ljudi da uz pomoć njih predvide stvari. Njihova nemogućnost da to učine slična je poteškoćama Čarobnjaka iz Oza da vrati Dorothy u Kansas.

Potpuno je suprotan tome, kao praktična stvar, mit kolektivnog ponašanja koji slijedi iz zakona. Naime, zakon umjesto toga slijedi iz kolektivnog ponašanja, a tako i stvari koje teku iz njega, kao što su logika i matematika. Razlog zbog kojeg naši umovi mogu predviđati i ovladati onime što fizikalni svijet čini, nije u tome što smo geniji, nego u tome što priroda olakšava razumijevanje time što se organizira i generira zakon.

Važna razlika između sadašnjeg doba i onog koje je upravo prošlo, jest svijest o tome da postoje dobri i loši zakoni. Dobri zakoni, kao što su npr. rigidnost i kvantna hidrodinamika, stvaraju matematičku prediktivnu moć kroz zaštitu, neosjetljivost određenih mjerenih veličina na nesavršenost uzorka ili računalne greške. Kad bi svijet bio sretno mjesto koje sadrži samo dobre zakone, tada bi doista bilo točno da je matematika uvijek prediktivna, i da se ovladavanje prirodom može svesti na stjecanje dovoljno velikih i moćnih računala. Zaštita bi izliječila sve pogreške. No, u svijetu koji stvarno nastanjujemo, tamnih zakona ima u izobilju, i oni uništavaju prediktivnu moć tako što pogoršavaju greške i čine mjerene veličine jako osjetljivima na vanjske faktore koje je nemoguće kontrolirati. U Dobu emergencije izuzetno je važno tamne zakone držati na oku i vješto ih izbjegavati, inače ćete završiti u zamci iluzije. Jedna od takvih zamki sastoji se u nenamjernom prelasku Barijere relevantnosti, čime se stvaraju višestruki, tobožnji logički putevi, koji počinju gotovo identičnim premisama, a završavaju s potpuno različitim zaključcima. Kad se ovakav efekt pojavi, to dovodi do politizacije rasprave, stvaranjem alternativnih “objašnjenja” stvari, koja se ne mogu razlikovati eksperimentom. Druga zamka je lov na Lukavog purana, na zakon – fatamorganu, koji uvijek uspijeva biti tek malo izvan žarišta i samo malo izvan dohvata, bez obzira na to koliko se tehnologija mjerenja poboljšavala. Dvosmislenosti koje stvara tamni zakon također olakšavaju prevare, u smislu da dopuštaju da se stvar etiketira kao kvantitativna i znanstvena, kad je ona, zapravo, toliko osjetljiva na ćud onoga koji ju mjeri, da se efektivno radi o uvjerenju.

Grčki mitovi o stvaranju svijeta satiriziraju mnoge stvari u našem suvremenom životu, osobito kozmološke teorije. Eksplodirajuće stvari, kao dinamit ili teorija Velikog praska, su nestabilne. Teorije eksplozija, uključujući prve pikosekunde Velikog praska, tako prelaze Barijeru relevantnosti i inherentno su neopovrgljive, usprkos naširoko citiranim “dokazima” kao što su obilje izotopa na površini zvijezda ili anizotropija kozmičkog pozadinskog mikrovalnog zračenja. Na taj bi način netko mogao tvrditi da je izveo osobine atoma iz štete koju je učinio uragan. Čak i iza Velikog praska imamo doista neopovrgljive koncepte o pupajućim malim “baby” svemirima s različitim karakteristikama, koji su morali biti stvoreni prije inflacijskog razdoblja, no koji su sada fundametalno nedetektabilni jer se nalaze iza horizonta svjetlosti. Čak i iza toga, imamo antropski ili antropički princip – “objašnjenje” da svemir koji možemo vidjeti ima osobine koje ima, zato što smo mi u njemu. Zabavno je zamišljati što bi Voltaire mogao učiniti s tim materijalom.

Politička priroda kozmoloških teorija objašnjava kako su se one mogle tako lako stopiti sa teorijom struna, matematičkim korpusom s kojim zapravo imaju vrlo malo toga zajedničkog. Teorija struna je pročavanje imaginarne vrste materije sačinjene od produženih objekata, struna, a ne od točkastih čestica od kojih su sastavljene sve poznate vrste materije – uključujući vruću nuklearnu materiju – kao što je to ekperimetalno dokazano. Nevjerojatno je zabavno razmišljati o teoriji struna, zato što su mnogi njeni unutarnji odnosi neočekivano jednostavni i lijepi. Ona, međutim, nema nikakvu praktičnu vrijednost, osim da održava na životu mit o konačnoj teoriji. Nema eksperimentalnog dokaza za postojanje struna u prirodi, niti specijalna matematika teorije struna omogućava da se poznato eksperimetalno ponašanje lakše izračuna ili predvidi. Štoviše, o kompleksnim spektroskopskim osobinama svemira koji nam je dostupan današnjim moćnim akceleratorima, u teoriji struna se govori samo kao o “fenomenologiji niskih energija”, što je pežorativni naziv za transcendentne emergentne osobine materije koje je nemoguće izračunati iz prvih principa. Teorija struna je, zapravo, tipičan slučaj Lukavog purana, divne skupine ideja koja će zauvijek ostati nedostižna. Daleko od sjajnih tehnoloških nada u bolje sutra, ona je umjesto toga tragična posljedica zastarjelog sustava vjerovanja – u kojem emergencija ne igra nikakvu ulogu, a tamni zakon ne postoji.

Prijelaz u Doba emergencije karakterizira također i sve veća pošast antiteorija, korpusa mišljenja koja koče istraživanje i otkriće. Antiteorije su danas veća prijetnja jer ih je jeftinije generirati, a skuplje uništiti, nego što je to bilo u prošlosti, dijelom zbog veće potražnje. Svijet nastanjen sve većim brojem zakona, od kojih su neki anđeli, a drugi vragovi, znatno je manje privlačan od svijeta kojim vlada blagonakloni vrhunski zakon, kao što je npr. evolucija, i koji čini nepotrebnim da se razumije bilo što drugo. Vrhunska antiteorija našeg doba jest zamisao da nije ostala niti jedna fundamentalna stvar koju bi trebalo otkriti, tako da je svijet u kojem živimo jednostavno hrpa detalja koji ne pripadaju nikome, pa se dakle njima legitimno može pozabaviti poslovna taktika, upravljanje resursima, kompetitivno oglašavanje, preživljavanje najjačih, i tako dalje. Uglavnom, nema apsolutne istine, nego samo proizvodi, kao što su majice i hamburgeri, koje odbacujemo kad nam više nisu korisni. Antiteorije su opasne ideologije, ne samo zato što koče istraživanje, nego i zato što nas mogu navesti da ignoriramo prijetnje, koje će mogući protivnik upotrijebiti u svoju korist.

U Dobu emergencije, ideologije se izvitoperuju lakše no što je to bilo u prošlosti. Razlog je u tome što su zakoni porijekla suptilni i zato ih je skupo ispravno izvesti, a svi mi imamo jaku ekonomsku naklonost da promatramo te zakone u svjetlu vlastite dobrobiti, pa čak i kas su netočni. Potrebna je silna samokontrola da se potisnu takve želje, osobito kad se radi o svakodnevnom preživljavanju. Obični smrtnici to jednostavno ne mogu činiti cijelo vrijeme. Posljedica toga je da je veći dio prihvaćene baze znanja suvremene znanosti neistinit, nego što je to bilo u Doba redukcionizma, što nas obvezuje da na nju gledamo s više skepticizma nego ranije, a da konsenzus cijenimo manje.

Mjerenje koje se ne može izvesti točno, ili koje se ne može ponoviti, čak i ako je točno, nikada se ne može odvojiti od politike i zbog toga mora generirati mitologije. Što ima više ovakvih zamagljenih značenja, to rasprava postaje manje znanstvena. U ovom smislu, točno mjerenje je znanstveni zakon, a milje u kojem je točno mjerenje nemoguće, jest milje bezakonja.

Potreba za preciznošću podvostručava potrebu za jednom drugom velikom grčkom tradicijom, za otvorenom raspravom o idejama i za nemilosrdnim odvajanjem smislenih od besmislenih stvari. Sama preciznost ne jamči dobar zakon.

Praksa financiranja u Dobu emergencije ima kao nuspojavu razvodnjavanje sadržaja, što podsjeća na poznatu šalu kako je časopis “Physical Review” sada tako opsežan, da bi slaganje broja na broj generiralo površinu koja putuje brže od svjetlosti, ali bez narušavanja teorije relativiteta, jer “Physical Review” ne sadrži informaciju. Problem, koji nije ograničen samo na fiziku, nastaje zato što veliki eksperimentalni laboratoriji ne mogu dobiti stalna sredstva koja su im potrebna, bez da brane svoj rad od kritika, što oni obično rade tako što formiraju samo-prosuđujuće monopole koji proglašavaju određene zasmisli i korpuse mišljenja važnima, bez obzira jesu li to oni doista ili nisu. U ekstremnim slučajevima dobije se zamršena mreža sofisticiranih mjerenja čija je jedina svrha da ispuni časopise i podeblja “frequent-flier” račune. Da bi došlo do pravog napretka, nužno bi bilo umiješati malo kreativne destrukcije s nekom tehnologijom. Možete misliti na yin i yang kao na metaforu za ovu kreativnu sinergiju, ali meni se više sviđa transformiranje tog simbola u lijevu i desnu obalu Seine. Desna obala je država i mjerenje, lijeva obala je anarhija i umjetnost, a sukob između njih je Pariz. Jedan moj francuski kolega rekao je to još bolje: “Da”, rekao je sa sjajem u očima, “bio sam jednom na desnoj obali.”

Ulazeći u Doba emergencije učimo se prihvaćanju zdravog razua, učimo se napuštanju prakse trivijaliziranja organizacijskih čuda prirode, i prihvaćamo da je organizacija važna u sebi i po sebi – u nekim slučajevima čak i najvažnija stvar. Zakoni kvantne mehanike, zakoni kemije, zakoni metabolizma i zakoni zečeva koji bježe od lisica u dvorištu mog sveučilišta, svi proizlaze jedan iz drugog, ali je posljednji skup zakona onaj koji je važan, na koncu, za zeca. Isto vrijedi i za nas.

Ne živimo na kraju otkrića, nego na kraju Redukcionizma, u vremenu u kojem je lažna ideologija ljudskog ovladavanja svim stvarima kroz mikroskopizam, pometena događajima i razumom. To ne znači da je mikroskopski zakon pogrešan ili da nema svrhu, nego da su ga u mnogim okolnostima učinila irelevantnim njegova djeca i djeca njegove djece, viši organizacijski zakoni svijeta.

Poveznice:

• O emergenciji na blogu “Symblogia”
• Samoorganizacija (Wikipedia)
•  Video: razgovor s Robertom Laughlinom na stranici “Closer to truth”

Dugo otapanje

 

Kako ljudi mijenjaju slijedećih 100.000 godina Zemljine klime

 

(David Archer

The Long Thaw: How Humans Are Changing the Next 100,000 Years of Earth’s Climate

Princeton University Press, 2009.)

 

Globalno zatopljenje moglo bi biti jedno od najdugotrajnijih ljudskih nasljeđa. Klimatski utjecaj ugljičnog dioksida (CO2) oslobođenog iz fosilnih goriva trajat će duže od Stonehengea. Duže od vremenskih kapsula, duže od nuklearnog otpada i daleko duže nego što je do sada trajala ljudska civilizacija.

Globalna prosječna temperatura Zemlje mogla bi biti 3 stupnja toplija godine 2100, nego što je bila godine 1950. To se na prvi pogled ne čini tako puno. No, s druge strane, u klimatskim promjenama kojima je svjedočilo civilizirano čovječanstvo, promjene temperature bile su unutar jednog stupnja ili manje. Zemlja se toliko već zagrijala samo zbog ljudske aktivnosti, a to nije ništa u usporedbi s prognozom za 2100. godinu.

 

Otapanje CO2 u oceanima glavni je put njegovog odstranjivanja iz atmosfere. Ali većina vode u oceanima je hladna, dubinska voda, koja vidi atmosferu možda samo svakih tisuću godina. Put CO2 iz fosilnih goriva prema dubokom oceanu, vodi preko površinskog oceana na vrlo hladnim mjestima, kao što su Antarktik ili Grenland, a čija površina čini samo mali dio Zemljine površine. Ovo usko grlo je razlog što će za otapanje CO2 iz fosilnih goriva u oceanima trebati stoljeća.

Konačna sudbina viška CO2 bit će da će on reagirati sa stijenama. Kemijski gledano, vulkanske stijene djeluju kao baze, koje mogu neutralizirati i tako apsorbirati CO2, koji je kiselina. Konačno, CO2 završi kao vapnenac (kojeg su stvorili živi organizmi) na dnu oceana. Ugljik izlazi iz dubina Zemlje za vrijeme izgaranja fosilnih goriva i vraća se Zemlji kao vapnenac.

Problem je u tome što će trebati proći tisuće godina, pa čak i stotine tisuća godina, da ove kemijske reakcije sa stijenama potpuno očiste planet od viška CO2. Većina suvišnog CO2 iz atmosfere, odlazi za nekoliko stoljeća, otapajući se u oceanima, no ostatak će morati čekati.

 

Do godine 2100. tradicionalna nafta i plin će nestati. Možda će, ipak, trebati nekoliko stoljeća da se spali sav ugljen, a upravo u ugljenu se nalazi većina ugljika.

Najveće klimatske promjene izazvane globalnim zatopljenjem, sastojat će se od klimatske oluje duge nekoliko stoljeća, značajno gore od prognoza za godinu 2100. Naposlijetku, oluja će se vrlo postupno smiriti.

 

Zemaljska klima je tako dramatično osjetljiva na deset tisuća godina dug ciklus orbitalnih oscilacija, da bi nam mogla prirediti prilično dobru predstavu kao odgovor na dugi rep CO2 iz fosilnih goriva.

Uvjeravam vas da ljudski utjecaj na klimu ima potencijal da nadvlada orbitalni utjecaj na klimu i da preuzme kontrolu nad ledenim dobima.

 

Zemlja je danas hladnija nego što je u prosjeku bila kroz geološko vrijeme. Većinu vremena Zemlja je bila bez leda. Tijekom milijuna godina, zemaljska klima oscilira između ledene klime, kakvu imamo danas, i vruće klime. Prije 40 milijuna godina Zemlja je bila u vrućoj klimi, nazvanoj eocenski optimum. Klima je bila tropska sve do polova, zahvaljujući atmosferskim koncentracijama CO2 koje su bile možda 10 ili 20 puta više od današnjih.

 

Na vremenskoj skali od više milijuna godina, klimu određuje sama Zemlja, koja udiše i izdiše CO2. Razliku između eocenske vrućine i ledene klime, kakva je naša, određuju čimbenici koji utječu na otpuštanje, odnosno preuzimanje CO2 – raspored kontinenata, uzdizanje planina, evolucija biljaka, i, nema sumnje, brojni drugi čimbenici.

 

Prognoza podizanja razine mora u slijedećih stotinu godina iznosi između 0,2 i 0,6 metara. To uključuje učinke širenja vode zbog zagrijavanja, kao i vodu iz otopljenih planinskih glečera na mjestima kao što je Aljaska. Prognoza ne uključuje izričito ono što će na kraju biti najvažniji procesi – topljenje golemih ledenih pokrova na Grenlandu i Antarktici.

Sadašnji računalni modeli ledenih pokrova predviđaju da se oni neće u značajnoj mjeri otopiti u slijedećih stotinu godina. No, postoje primjeri iz prošlosti, kada su ledeni pokrovi kolabirali u ocean u razdoblju od samo nekoliko stoljeća.

Prije 14.000 godina, za vrijeme otapanja ledenih pokrova, postojao je interval, nazvan Meltwater Pulse 1 A, tijekom kojega se ekvivalent tri grenlandska ledena pokrova otopio u ocean za samo nekoliko stoljeća. Sediment iz sjevernog Atlantika priča nam o vremenima koja su nazvana Heinrichovi događaji, prije 30 do 70 tisuća godina, kad je sjevernoamerički ledeni pokrov kolabirao u roku od nekoliko stoljeća, otpuštajući u Atlantik “armadu ledenjaka”, koji su otplutali sve do Španjolske, Ako grenlandski ledeni pokrov počne kolabirati u ocean na sličan način, to će biti nezaustavljiva, jedno stoljeće duga katastrofa.

No, na vremenskoj skali od tisuću godina, ili duže, kad se radi o alarmantnim promjenama razine mora, nisu ni potrebni ovakvi posebni trikovi sa otapanjem. Modeli ledenih pokrova ne predviđaju “Meltwater Pulse 1 A”, niti Heinrichove događaje, ali predviđaju konačno otapanje Grenlanda ako lokalne ljetne temperature porastu za 3 stupnja Celzija. A ako se Grenland otopi, samo će to povisiti razinu mora za 7 metara.

 

Dugovječnost CO2 iz fosilnih goriva, izaziva određeni osjećaj ludosti u vezi s uporabom fosilnih goriva kao izvora energije. Naše zalihe fosilnih goriva, stare 100 milijuna godina, mogle bi nestati za nekoliko stoljeća, ostavljajući iza sebe utjecaj na klimu koji će trajati stotinama tisuća godina. Trajnost CO2 iz fosilnih goriva u atmosferi je nekoliko stoljeća, plus 25% koji traje praktički zauvijek. Razmislite o tome kad slijedeći put budete punili spremnik za gorivo.

 

Arktik se zagrijava brže od tropa, jer kako se led topi na Arktiku, tako golo tlo apsorbira više sunčevog svjetla od leda.

Druga pozitivna povratna sprega koja pojačava globalno zatopljenje ima veze s vodenom parom. Vodena para je staklenički plin, koji zadržava više reflektiranog infracrvenog zračenja nego CO2.

Kao i povratna sprega ledenog albeda, povratna sprega vodene pare pojačava globalno zatopljenje. Za razliku od ledenog albeda koji je ograničen na visoke geografske širine, povratna sprega vodene pare ima prilično ujednačen učinak diljem zemaljske kugle, i ona otprilike podvostručuje promjenu temperature koju bismo očekivali samo od porasta CO2.

 

Prognoza vremena za sutra je prilično precizna, a moj dojam je da s godinama postaje sve bolja. No, prognoza vremena za 10 dana od danas, uvijek je bila, a i dalje je, uglavnom beskorisna. Pojedinačne fluktuacije vremena su kaotične, ali prosječno vrijeme, koje zovemo klima – nije.

 

Energija ima tendenciju da se kreće od tropa, gdje je sunčevo zračenje najjače, prema višim geografskim širinama. Više širine djeluju kao planetarni klima-uređaj, koji hladi tropska područja tako što odnosi toplinu i pomaže ju izbaciti u svemir. Dramatično je zamisliti trope izolirane od viših geografskih širina, u nemogućnosti da koriste polove kao uređaje za hlađenje. U tom slučaju, tropski oceani bi zakipjeli zbog pojave nazvane “runaway” efekt staklenika.

 

Površina oceana zagrijava se sporije od tla. To je zbog toga što u oceanu postoji neograničena zaliha vode koja može isparavati, dok se, nasuprot tome, zemlja može posve osušiti. Isti je proces odgovoran za učinak urbanog toplinskog otoka, jer se tlo u gradovima osuši brže od tla prekrivenog vegetacijom. Površinu oceana također održava hladnom golema vodena masa u dubini, apsorbirajući toplinu koja bi inače zagrijavala atmosferu.

 

Prosječna temperatura Zemljine površine povisila se u posljednjih stotinu godina. Postojalo je razdoblje zahlađenja od 1940-ih do 1970-ih godina, te vrlo snažno zagrijavanje od onda. Od dvadeset i jedne najtoplije zabilježene godine, 20 ih je bilo u zadnjih 25 godina. Ovaj posljednji porast postao je poznat kao – globalno zatopljenje.

 

Glečeri se otapaju od kraja Malog ledenog doba, prije tri stoljeća, ali se brzina otapanja povećala u zadnjim desetljećima. Morski led se otapa, osobito na Arktiku. Smanjivanje područja prekrivenog ledom bilo je brže no što je to bilo koji model prije toga predviđao. Predviđa se da će se ljetni morski led u potpunosti otopiti do godine 2050.

Otapanje arktičkog morskog leda predstavljalo bi temeljnu promjenu zemaljskog klimatskog sustava, a ja ne vjerujem da klimatski modeli mogu vrlo pouzdano predvidjeti posljedice te promjene. Otapanje arktičkog morskog leda najjasniji je primjer, koliko se mogu sjetiti, prijelomne točke u globalnom zatopljenju.

 

Danas je dvije trećine porasta razine mora uzrokovano toplinskim širenjem oceana koji se zagrijava. Otapanje ledenjaka pridonosi većinu ostatka. Veliki ledeni pokrovi na Grenlandu i Antarktiku dat će oceanima masivne količine vode, ali je njihov doprinos današnjem porastu razine mora malen. Svi procesi koji doprinose porastu razine mora su spori procesi, zbog čega će razina mora nastaviti rasti nekoliko stoljeća, čak i kad bi koncentracija CO2 u zraku trenutačno prestala rasti.

 

Četiri su vanjska čimbenika klimatske promjene, koji klimu mogu zagrijati ili ohladiti: (1) staklenički plinovi; (2) sumpor koji nastaje izgaranjem ugljena, stvara izmaglicu u atmosferi, koja reflektira sunčevo svjetlo natrag u svemir i tako hladi Zemlju; dva prirodna čimbenika su (3) vulkanske erupcije, i (4) promjene jačine sunčevog zračenja. Promjene ovih čimbenika u prošlosti, poznate su iz ispitivanja ledenih bušotina.

Na intenzitet sunčevog zračenja ukazuju sunčeve pjege – što ih je više, sunce je aktivnije. Sunčevo zračenje trenutno ne utječe na promjenu klime. Ali poznato je da su sunčeve pjege nestale sa površine sunca u razdoblju od 1645. i 1715. godine – razdoblje danas poznato kao Maunderov minimum. Ovo se vremensko razdoblje poklapa s razdobljem hladnije klime, barem u Europi, koje je nazvano Malo ledeno doba.

Uklonite ljudske čimbenike i preostali prirodni čimbenici ne mogu uzrokovati sadašnjeglobalno zatopljenje. Varijabilnost sunca, oblaci, aerosoli, ozon – niti jedna od ovih stvari ne može objasniti zagrijavanje u posljednjih deset ili dvadeset godina. Sunce nije postalo svjetlije. Nebo nije postalo manje oblačno. Ozon i promjene ultraljubičastog zračenja nisu svijet učinili toplijim. Te se stvari mjere i to se ne događa. Jedini čimbenik koji pokreće veliko zatopljenje su staklenički plinovi.

U posljednjih 30 godina cijeli se svijet zagrijao – i kopno i oceani. Višak toplinske energije morao je proisteći iz neravnoteže u Zemljinom energetskom budžetu. Nema baš puno načina na koje energija može doći na planet, odnosno otići s planeta. Tu je vidljivo svjetlo, koje može promijeniti klimu ako se promijeni Zemljin albedo, na primjer promjenom oblačnosti ili promjenom ledenog ili vegetacijskog pokrova. A tu je i infracrveno zračenje koje utječe na klimu preko efekta staklenika. Ne bi bilo lako prošvercati energiju između Zemlje i svemira na neki drugi način, a da to nakon tolikih godina promatranja nitko ne primjeti i ne otkrije.

 

Era fosilnih goriva potencijalno bi mogla potrajati do godine 2300. kad će početi nedostajati ugljena. Nakon što se sav CO2 iz fosilnih goriva ispusti u atmosferu, potrebno je nekoliko stotina godina, možda tisuću, da se maksimalna količina CO2 otopi u oceanima. Atmosferska koncentracija CO2 poletjet će prema gore, a onda se polako vratiti prema dolje, na vremenskoj skali od nekoliko stoljeća. Kad se taj stoljećima dugi klimatski poremećaj smiri, nakon njega će nastati novo, toplije klimatsko stanje, koje će trajati tisućljećima. To je najosnovnija slika buduće klime.

 

Ako se emisije CO2 nastave, a klima reagira kao što se očekuje, tada će do godine 2100. površina Zemlje biti toplija za oko 3 do 5 °C.

Očekuje se da će se povećati količina kiše, jer topliji zrak sadrži veću količinu vodene pare od hladnijeg zraka. Predviđa se globalno povećanje kišnih padalina za 3-5%.

Međutim, s povećanjem količine kiše povećava se i vjerojatnost ekstremnih kišnih događaja, jakih oluja koje u kratko vrijeme izbacuju goleme količine vode. Jake kiše izazivaju poplave. Također, unatoč općem povećanju padalina, postoji povećani rizik regionalnih suša, te promjene diljem svijeta u obrascu padalina, na vremenskoj skali od desetljeća ili stoljeća.

 

Prva “zamjenska” (proxy) metoda koja se rabila za rasvjetljavanje prošlih klima, razvijena je iz proučavanja zrnaca polena sačuvanih u sedimentima jezera. Polenski zapisi otkrili su događaj naglog zatopljenja na kraju posljednjeg ledenog doba, prije oko 11.000 godina, nakon kojega je slijedilo tisućugodišnje zahlađenje nazvano Mlađi Drijas. Repriza surove ledene klime, Mlađi Drijas je završio jednako naglo kao što je i započeo, te se za samo nekoliko godina pretvorio u umjerenu klimu.

Druga rana tehnika za procjenu prošlih promjena temperature, osniva se na analizi atoma kisika u molekuli CaCO3 (kalcijevog karbonata) iz oceanskih sedimenata.

Temperatura i koncentracija CO2 u atmosferi, u očitoj su međusobnoj korelaciji tijekom ciklusa ledenih doba, kao što se lijepo vidi u ledenim bušotinama s Antarktika.

Godovi drveća pružaju vrlo precizni i visoko detaljni zapis prošlih temperatura. Kad je temperatura viša, drveće bolje raste i stvara deblje godišnje slojeve. Na širinu godova utječu također količina vode, uvjeti tla, jeleni koji pasu lišće, infestacija kukcima – parazitima drveća, i sjena koju baca drugo drveće. Ove pojedinačne utjecaje valja filtrirati iz sirovih podataka, što se radi statističkim metodama.

Temperature su u Europi, a vjerojatno i globalno, bile hladnije prije nekoliko stoljeća nego danas. Malo ledeno doba trajalo je od oko 1300. do 1800. godine. U Europi, gdje je zahlađenje bilo osobito jako, bilo je najviše 1 °C (u prosjeku) hladnije u usporedbi s našom sadašnjom “prirodnom” klimom, definiranom kao klima od prije 50 godina. Klima u vrijeme Malog ledenog doba bila je ćudljivija, opakija, i mnogo varijabilnija od klime prije i poslije tog razdoblja. Desetljeća hladnoće slijedila su desetljeća suše ili desetljeća vrućine ili desetljeća ekstremne kiše. Hladna klima Malog ledenog doba objašnjava se kao posljedica hladnijeg sunca.

Prije toga, postojalo je razdoblje općenito toplije klime, nazvano Srednjovjekovni optimum, koje je trajalo od 800. do 1300. godine. Temperature su, barem u Europi, bile toplije nego za Malog ledenog doba, možda jednako tople kao danas, manje – više. Bilo je to razdoblje stabilne klime i obilnih žetvi u feudalnoj Europi, doba gotičkih katedrala, izgrađenih u znak zahvalnosti blagonaklonom Bogu. Vikinzi su bili proizvod Srednjovjekovnog optimuma; plovili su istim tim zemljama od 800. do 1300. Kraj nordijske okupacije Grenlanda ominozno se poklapa s početkom Malog ledenog doba. Istodobno, Srednjovjekovni optimum bio je vrijeme stalne suše u većem dijelu Sjeverne Amerike.

 

Fluktuacije klime tijekom ledenog doba, nazvane Dansgaard-Oeschgerovi događaji, bile su strogo periodične, vraćajući se preciznim ritmom od oko 1470 godina. Iz našeg sadašnjeg interglacijalnog razdoblja, nekoliko klimatskih zapisa pokazuju nešto što liči na 1500-godišnji ciklus, ali i to samo u određenom području sjevernog Atlantika. Ne možete ga naći nigdje drugdje. Srednjovjekovni je optimum bio prava klimatska promjena u Europi, ali ona nije imala globalni karakter.

 

Najveća klimatska promjena u zadnjih 10 milenija, dogodila se prije 8.200 godina i nazvana je 8,2k događaj.

Svi oceani nose toplinu od nižih prema višim geografskim širinama, i to vjetrom pogonjenom cirkulacijom površinskih voda. Atlantski je ocean poseban zbog svoje preokrećuće cirkulacije, u kojoj površinske vode nose toplinu na sjever, hlade se, i zatim tonu u dubinu. Drugi oceani ne nose toplinu preko ekvatora, ali Atlantik ju nosi, zahvaljujući ovoj dubokoj, preokrećućoj cirkulaciji.

 

8,2k klimatski događaj bio je rezultat prekida cirkulacije u Atlantskom oceanu. Topljenje sjevernoameričkog ledenog pokrivača ispunilo je vodom golemo jezero, nazvano jezero Agassiz, koje je bilo veće od današnjih američkih Velikih jezera zajedno. Jedna je strana tog jezera bila zabranjena samim ledenim pokrovom. Kad je brana probijena, velika je količina vode istekla u sjeverni Atlantik.

 

Prije 21 tisuću godina Zemlja je bila u najdubljoj, najhladnijoj glacijalnoj klimi, u posljednjem glacijalnom maksimumu (Last Glacial Maximum – LGM). Razina mora je bila 120 metara niža od današnje, a prosječna temperatura Zemlje 5 do 6 stupnjeva C niža od današnje. Zatopljenje je počelo prije 18.000 godina na južnoj hemisferi, što je ostalo zapisano u antarktičkom ledu. Na Grenlandu je i dalje ostalo hladno, sve dok prije 14.000 godina nije došlo do naglog porasta temperature. Više od polovice razlike temperature između ledenog i međuledenog doba dogodilo se u samo nekoliko godina. Ova klimatska tranzicija poklapa se s promjenom atlantske preokrećuće cirkulacije.

 

U posljednjem ledenom dobu bilo je 25 Dansgaard-Oeschgerovih (D-O) događaja. Oni su tipično veći od 8,2k događaja, ali manji od Mlađeg Drijasa. Osnovni ciklus traje oko 1500 godina, točnije 1470 godina, plus ili minus samo nekoliko postotaka. Nitko nema pojma od kuda dolazi takva mehanička preciznost. D-O ciklus sastoji se od postupnog zahlađenja koje završava naglim zatopljenjem.

D-O ciklusi su bili u interakciji s povremenim otapanjima sjevernoameričkog ledenog pokrova, koja su nazvana Heinrichovim događajima. Heinrichove događaje definiraju slojevi stijena i šljunka nađeni u sedimentu sjevernog Atlantika. Šljunak potječe iz područja gdje je ledeni pokrov tekao u ocean – iz Hudsonovog tjesnaca. Jedini način da dospiju usred Atlantika, bio je da do tamo doplutaju u ledu. Heinrichov događaj traje nekoliko stoljeća.

D-O ciklusi dolaze grupirani u Bondovim ciklusima, u kojima se intenzitet hladnoće povećava od jednog ciklusa do slijedećeg. Kraj Bondovog ciklusa označava Heinrichov događaj. Heinrichovi događaji nalaze se usred najhladnijih D-O unutar Bondovog ciklusa, a slijede ih najtopliji od toplih intervala. Jedan cijeli Bondov ciklus traje 8-10 milenija, od jednog do drugog Heinrichovog događaja.

Heinrichov događaj mora predstavljati katastrofalni kolaps sjevernoameričkog ledenog pokrova u ocean. Razina mora je rasla za 5 metara u jednom ili nekoliko stoljeća. Međutim, mehanizam Heinrichovih događaja još uvijek je nerazjašnjen, tako da je nemoguće predvidjeti hoće li u budućnosti Grenlandski ledeni pokrov izvesti Heinrichov manevar.

 

Klimatski zapisi na vremenskoj skali od tisućljeća ili kraćoj, izgledaju kao nagli klikovi od jednog klimatskog stanja u drugo, a ne kao postupni prijelaz kroz kontinuirani raspon klimatskih stanja. Većina prirodnih utjecaja na klimu – varijacije Zemljine orbite i koncentracija CO2 u atmosferi – mijenjaju se sporo. No, mnoge od posljedičnih klimatskih promjena su brze, kao što je prijelaz iz glacijalnih u interglacijalne temperature na sjevernoj hemisferi u samo nekoliko godina.

Nagli klimatski ciklusi glacijalne klime, koji se sastoje od D-O oscilacija koje plešu s Heinrichovim događajima, čini se da dolaze bez ikakvog vidljivog faktora koji bi djelovao na klimu.

Prognoza za klimatsku promjenu u nadolazećem stoljeću stoji u prilično neugodnom kontrastu prema klimatskim zapisima iz prošlosti. Prognoza govori o postupnom odgovoru klime na promjenu klimatskih čimbenika zbog porasta koncentracije CO2 – lagani porast temperature od 0,5 stupnjeva viška topline danas do oko 3,0 stupnja C viška topline godine 2100. Prognoza IPCC-a tako predstavlja neku vrst “najboljeg” ili best-case scenarija utoliko što ne sadrži nikakva nezgodna iznenađenja.

 

Zemljina orbita je poput zvona koje zvoni različitim frekvencijama, trodijelna harmonija. Niži dio je kao dvije glazbene note, 100-milenijski ciklus postavljen na drugi ciklus od oko 400 milenija. Ovaj dio proizlazi iz promjena ekscentričnosti Zemljine orbite, koja je ponekad više, a ponekad manje kružnog oblika. Danas se orbita približava svom najokruglijem obliku, a to se posljednji put dogodilo prije oko 400 tisuća godina.

 

Visoka nota je pojava koja se zove precesija ekvinocija. Osovina Zemljine rotacije, linija koja povezuje sjeverni i južni pol, nagnuta je u odnosu na ravninu Zemljine orbite oko sunca. Smjer ove linije nije nije uvijek isti, i opisuje krug. Da bi opisala puni krug, potrebno je oko 20.000 godina. Učinak precesije na klimu sastoji se u tome da se ponekad ljeto na sjevernoj hemisferi – mjesto u orbiti gdje je sjeverni pol nagnut prema suncu – pojavljuje kad je Zemlja blizu suncu, dakle na bližem dijelu elipse orbite. Na drugom kraju ciklusa, 10 milenija kasnije, ljeto na sjevernoj hemisferi događa se na udaljenom dijelu orbite. Upravo tako je danas.

Srednju notu uzrokuje kut Zemljine osi ili nakošenost. Polovi su nekad nagnuti više, nekad manje, u odnosu na ravninu Zemljine orbite. Razlike su malene: taj kut iznosi između 22 i 25 stupnjeva. Kad je Zemljina os više nagnuta, godišnja su doba intenzivnija. Nakošenost varira s periodom od 40 milenija. Zemljini su polovi danas gotovo minimalno nagnuti, oko 22,5 stupnjeva.

 

 

Najduži zapis iz ledenih bušotina objavljen je nedavno i pruža se 800 tisuća godina u prošlost. Mjehurići zraka u ledu otkrivaju kako atmosferski CO2 ide gore i dolje kroz glacijalne cikluse. Poklapanje između razine CO2 i temperature na Antarktiku, je zapanjujuća.

Nije poznato zašto ni kako koncentracija CO2 ide gore ili dolje tijekom glacijalnog ciklusa.

 

Orbitalne varijacije utječu na klimu tako što dopuštaju ledenim pokrovima da rastu ili tako što uzrokuju njihovo otapanje, a CO2 utječe na klimu preko efekta staklenika. Ova dva klimatska faktora približno su podjednako važni u objašnjavanju hladnijih temperatura klime ledenog doba. No koji je važniji?

 

CO2 raste prije nego što se ledeni pokrovi počnu topiti. Kako CO2 može biti neka vrsta “i-ja-isto” pojačivača, ako se prvi počinje mijenjati? Zamišljam ledene pokrove i CO2 isprepletene u petlji uzroka i posljedica kao dva klizača na ledu.

 

Klima u posljednjih 35 milijuna godina obuhvaća i ledene pokrove: velike i neprestano smrznute, koji sadrže značajne količine vode. Prije tog vremena, milijunima godina, uopće nije bilo nikakvih ledenih pokrivača.

Vremensko razdoblje kao što je ovo današnje, sa stalnim lednim pokrovima negdje na Zemlji, bit će poznato kao “veliko ledeno doba”. U našem sadašnjem velikom ledenom dobu, ledeni pokrovi periodično rastu i onda se opet otapaju, a globalna temperatura raste i pada u onome što zovemo “glacijalni ciklusi”. Zemlja je trenutno u interglacijalnom intervalu velikog ledenog doba.

Prema jednoj rekonstrukciji (Zachos et al., Science, 2001) ledeni pokrovi na sjevernoj hemisferi stari su manje od 10 milijuna godina, ali na južnoj hemisferi postoje puno duže.

Antarktički led formirao se prije oko 38 milijuna godina. Prije toga, Zemlja je bila posve bez leda, a klima je posvuda bila tropska, sve do visokih geografskih širina: palme i krokodili od pola do pola. Dinosauri su živjeli u tropskom svijetu.

Čini se da “velika” ledena doba dolaze periodično u razmjerno nedavnoj prošlosti. U prošlih 500 milijuna godina, Zemlja se ledila tri puta, otprilike svakih 150 milijuna godina. Nije jasno je li tu na djelu nekakav predvidljivi ciklus ili se radi samo o slučajnoj pravilnosti.

 

Prijelaz između tropske Zemlje i klime ledenog doba vjerojatno je u osnovi bio pokrenut procesima koji su se odvijali duboko ispod Zemljine površine. Tijekom 4,6 milijardi godina povijesti Zemlje, stjenoviti materijal u Zemljinom plaštu (sloju iznad metalne jezgre) preokretao se i miješao, poput mjehurića u vodi koja vrije. Vruće stijenje uzdiže se iz dubina, možda s granice plašta i jezgre, a hladnije stijenje tone sa Zemljine površine. Kako se Zemlja hladila, tanka se kožica stvorila na njenoj površini. U prvoj polovici Zemljinog života, nazvanoj arhej, Zemlja je bila tako vruća, da Zemljine ploče možda nisu bile tako rigidne kao danas. Tektonika ploča, kakva se danas uči u školama, možda je počela tek u drugoj polovici Zemljinog života, prije oko 2,5 milijardi godina.

Geolozi mogu pouzdano rekonstruirati raspored kontinenata u posljednjih 0,5 milijardi godina, to jest samo u posljednjih 10% Zemljine povijesti. To je vremensko razdoblje u kojem stijene sadrže fosile, uz čiju se pomoć može odrediti vrijeme kad su nastali.

Iz tog je razloga i naše znanje o klimi u prošlosti mnogo pouzdanije za posljednjih 500 milijuna godina.

 

Razina CO2 u atmosferi u posljednjem radoblju tople klime bila je viša, mnogo viša nego što je danas. Broj puči (stoma) na listovima biljaka jedan je od načina da se neizravno izmjeri atmosferski CO2 u prošlosti, jer je taj broj manji kad su koncentracije CO2 u zraku više. Ova korelacija vrijedi kako u laboratoriju, tako i u terenskim istraživanjima prošlosti. Ginko je dobar nosilac ovakvih CO2 zapisa iz puči, jer postoji posljednjih 200 milijuna godina.

 

Ispuštanje CO2 iz Zemljine kore ovisi o neprekidnoj dinamici tektonike ploča. Od CO2 koji danas izlazi iz Zemlje, polovica izlazi na oceanskom dnu, na mjestima gdje se ploče razdvajaju i gdje se stvara nova kora. Na mjestima gdje se ploče sudaraju, i gdje se jedna ploča podvlači pod drugu (subdukcija), CaCO3 s morskog dna ulazi u vruću unutrašnjost Zemlje i oslobađa CO2, koji se zatim vraća u atmosferu kroz neki obližnji vulkan. Stupanj subdukcije CaCO3 vjerojatno prilično varira kroz vrijeme. Danas se većina akumulacije CaCO3 na morskom dnu, događa u Atlantiku, zbog načina cirkulacije dubinske vode u svjetskim oceanima. No, većina mjesta gdje dolazi do subdukcije oceanske kore, nalazi se u Pacifiku. Zbog toga je stupanj subdukcije CaCO3 i emisije CO2 iz vulkana, niži no što bi mogao biti.

Posljednji put je do subdukcije zaista velikog komada oceanske kore (a time i velike količine CaCO3), došlo kad se plitki, tropski morski prolaz, more Tetis, našao ukliješten u sudaru između indijskog potkontinenta i Azije. Kako je CaCO3 tonuo i zagrijavao se, mogao je ispustiti CO2 u atmosferu, podižući koncentraciju CO2 u atmosferi i stvarajući tako vruću klimu Eocena.

 

Tla otežavaju kemijsko raspadanje, zbog toga što izoliraju eruptivne temeljne stijene od izlaganja kišnici. Nasuprot tome, izdizanje planina izlaže temeljne stijene atmosferi, što ubrzava kemijsko trošenje. Visoke planine erodiraju, stijene se melju u kamenčiće i pijesak, a u ekstremnim slučajevima u “glacijalno brašno” koje se troši ekstremno brzo. Uzdizanje Himalaje, pokretano sudarom Indijskog potkontinenta s Azijom, okrivljeno je za trend hlađenja u posljednjim desecima milijuna godina – razlog zbog kojega se Zemlja danas nalazi usred velikog ledenog doba.

 

Evolucija kopnenih biljaka, prije 450 milijuna godina, imala je dubok učinak na atmosferski CO2, jer je ubrzala kemijsko trošenje. Biljke preko listova preuzimaju CO2 iz atmosfere. Velik dio ovog CO2 se na koncu ponovno ispusti dolje kao plin iz tla. Koncentracija CO2 u zraku koji se nalazi u tlu, je 10 puta veća nego u atmosferi, čime se ubrzava reakcija kemijskog trošenja. Invazija biljaka na kopnene površine vjerojatno je potaknula globalno kemijsko trošenje, snižavajući atmosferski CO2 dok na koncu stupanj planetarnog zahlađenja nije bio dovoljno velik da se suprotstavi poticanju kemijskog trošenja od strane biljaka.

 

Kontinentalna kora je slična šljaki, nečistoćama koje se skupljaju na površini otopljenog metala u ljevaonici željeza. Većina kontinentalne kore na Zemlji oblikovala se prije više milijardi godina. Od onda se ta kora miješa unaokolo, rascijepljuje se i ponovno sljepljuje. Ponekad se kontinentalna kora nađe potopljena u oceanima, stvarajući tanki sloj sedimentnih stijena.

Oceanska kora je sličnija plaštu, i ona slobodno tone natrag u Zemlju na mjestima gdje se ploče spajaju i sudaraju. Prosječni je životni vijek oceanske kore samo oko 150 milijuna godina. Nasuprot tome, za kontinentalnu je koru vjerojatnije da će erodirati, to jest da će biti potrošena ili samljevena, nego da će potonuti nazad u Zemlju.

Oceanska je kora tanja i gušća od kontinentalne, tako da pluta na nižoj razini od kontinentalne. Vode oceana jednostavno ispune dublje dijelove, tako da većinom prekrivaju oceanski tip kore.

 

 

Najviša razina mora u posljednjih 500 milijuna godina, bila je u razdoblju krede, prije 100 milijuna godina. Rekonstrukcije učinjene diljem svijeta slažu se da je razina mora bila oko 250-300 metara viša od današnje, dovoljno da potopi oko trećine današnje kopnene površine. U vrijeme Krede, na kopnu je bilo vrlo malo ili nimalo stalnog leda, ali kad bi otopili sav današnji led, razina mora bi se povisila za 70 metara, a ne za 250 ili 300 m. Geolozi se ne slažu oko ostatka ove nedostajuće morske razine; ona je mogla nastati zbog promjena u obliku oceanskih bazena, npr. zbog velikih srednjooceanskih grebena, ili zbog oslobađanja vode koja je danas otopljena u plaštu.

 

Postoji analogija za budućnost globalnog zatopljenja, događaj poznat kao paleocensko – eocenski termalni maksimum (PETM).

Izotopi ugljika govore o masivnom ispuštanju lakšeg izotopa ugljika, vjerojatno biološkog porijekla, baš kao i naše današnje ispuštanje fosilnog biološkog ugljika.

Ispuštanje CO2 pokrenulo je otapanje CaCO3 iz sedimenata u oceanima. CO2 je kiselina kad se otopi u vodi, a CaCO3 je kruti oblik baze. Oni zajedno reagiraju, kao što to kiseline i baze inače čine, a u tom procesu CaCO3 se otapa. Ista reakcija neutralizacije dogodit će se i u nadolazećim milenijima.

U konačnici, izotopi ugljika, kao i kisika, vraćaju se na razinu koja je prethodila događaju, i to na vremenskoj skali od možda 140 tisuća godina. Toliko je vremena potrebno termostatu, kojeg čini kemijsko trošenje eruptivnih stijena, opisanom ranije, da stabilizira koncentraciju CO2 u atmosferi. Zbog istog razloga, konačni oporavak od oslobađanja CO2 iz fosilnih goriva također će trajati stotinama milenija.

Nije jasno koliko je dugo trajalo oslobađanje CO2 u PETM. Ono je moglo biti brže ili sporije nego što će trajati era fosilnih goriva. Brzina ispuštanja CO2 je važna, jer ako je ona veća nego što se CO2 može otopiti u oceanima, koncentracija u atmosferi će biti povišena nekoliko stoljeća. To je naša današnja situacija.

 

Pogledajmo sada zatopljenje koje se očekuje u slijedećih sto godina, za koje se prognozira da će iznositi 2-4 stupnja C do godine 2100. Razvoj poljoprivrede i civilizacije odvijao se u potpunosti u “dugom ljetu” Holocena, bez ovako velikih klimatskih promjena. Predviđeno zatopljenje do 2100. možda je usporedivo s promjenama temperature na kraju posljednjeg ledenog doba, kad je zatopljenje iznosilo oko 5-6 stupnjeva C. To je bilo vrlo veliko zatopljenje; glacijalni je svijet bio drugačiji od ovog našeg.

Topli svijet će isto tako biti nešto posve drugačije, klima kakvu Zemlja nije vidjela milijunima godina. Zapisi CO2 iz ledenih bušotina pokazuju da su razine CO2 već sada više nego što su bile u preko pola milijuna godina. Temperature zapisane u dubokim sedimentima pokazuju da je današnja hladna klima stara desecima milijuna godina. Klima globalnog zatopljenja mogla bi početi ličiti na vruću klimu iz prošlosti, onakvu kakva je bila za vrijeme eocenskog optimuma prije 40 milijuna godina.

Problem s novom klimom sastoji se u tome što je ona nepredvidljiva.

Klimatska promjena veličine prošle deglacijacije, 5-6 stupnjeva C, bila bi katastrofalna za ljudsku civilizaciju. Prognoza budućeg zatopljenja, 3-5 stupnjeva, nešto je manja od deglacijacije, ali će zatopljenje odvesti planet u klimu kakve nije bilo milijunima godina. Klimatska promjena ove veličine promijenit će i krajolik i ljudska društva. Kad se kompleksno, uređeno društvo iznenada nađe s više ljudi no što ih krajolik može izdržavati, zbog duge suše na primjer, tada društvo ima tendenciju da se katastrofalno raspadne (o tome vidi u knjizi Jareda Diamonda, Collapse).

Prognoza IPCC-a govori općenito o postupnom povišenju temperature, promjenama padavina, razine mora, i tako dalje. Pa ipak, stvarne promjene klime u prošlosti obično su bile nagle. Prognoza je nalik jednostavnom klimatskom odgovoru na naše postupno povećanje CO2, dok prošlost izgleda kao niz klik-klakova iz jednog klimatskog stanja u drugo u razdoblju od nekoliko godina. Prognoza se osniva na klimatskim modelima, koji uglavnom nisu sposobni dobro simulirati “klik-klakove” niti u klimatskim zapisima iz prošlosti. U tom svjetlu, IPCC-ova prognoza je “best-case” scenarij, jer izbjegava neočekivana iznenađenja.

 

 

Vidljivi ugljik – drveće, slonovi, ljudi, i tako dalje – sačinjen je od 500 gigatona ugljika, što je više od količine fosilnog ugljika koji je do sada oslobođen (300 Gtona C), ali je vrlo malo u usporedbi s ukupnom potencijalnom količinom dostupnog fosilnog ugljika (5000 Gtona C). Rezervoar ugljika u tlu je veći, oko 2000 Gtona C, što je oko tri puta više od mase živog ugljika na kopnu, ali još uvijek manje od ugljika u fosilnim gorivima.

Čimbenici koji kontroliraju količinu ugljika na kopnu, toliko su složeni da bi kopno moglo poslužiti kao izvor ali i kao spremnik CO2 iz fosilnih goriva u nadolazećem stoljeću – nemoguće je predvidjeti što od to dvoje.

 

Količina ugljika oslobođenog razšumljavanjem (deforestacijom) iznosi oko 2 Gtona C godišnje, malo manje od trećine količine koja se oslobodi iz fosilnih goriva.

 

Hladne vode u dubinama oceana, izložene su atmosferi samo na visokim geografskim širinama, u sjevernom Atlantiku i oko Antarktika. Ova područja ne pokrivaju 70% Zemljine površine, nego samo oko 2 ili 3%. CO2 iz fosilnih goriva koji ulazi u duboku oceansku vodu, mora proći kroz ovo vrlo malo područje. CO2 iz fosilnih goriva otapa se u površini morske vode koja je dovoljno hladna ili dovoljno slana – drugim riječima, dovoljno gusta – kako bi potonula u dubinu. Tako gusta voda stvara se samo povremeno, za najhladnijeg vremena. Često se stvara ispod morskog leda, izvan dosega atmosfere. Posljedica svega toga jest da je potrebno puno vremena, koje se mjeri stoljećima, da CO2 pronađe svoj put u dubine oceana.

 

Moguće je da bi, s promjenama površinske klime, oceanska cirkulacija mogla zastati na nekoliko stoljeća, što bi još više usporilo ulazak CO2 u oceane. Za kontinuirani tijek površinske vode u dubinu mora potrebno je da površinska voda ostane jednako gusta kao što je bila u prošlosti. Ako bi se Grenland otopio unutar jednog stoljeća, to bi vjerojatno zaustavilo formiranje duboke vode u sjevernom Atlantiku. Ako se površinska voda ugrije, njena gustoća će se smanjiti.

 

Prošlih su desetljeća oceani preuzimali ugljik iz fosilnih goriva brzinom od oko 2 Gtona C godišnje, što je oko jedne trećine brzine ispuštanja CO2 iz fosilnih goriva. Današnja atmosfera sadrži oko 200 Gtona C više nego što je prirodna atmosfera sadržavala godine 1750. Oceani, dakle, apsorbiraju 2 od 200 ili 1% viška CO2 u atmosferi svake godine. Kad bi se preuzimanje CO2 nastavilo tom brzinom, i kad bismo prestali ispuštati CO2, tada bi trebalo oko sto godina da se atmosferski CO2 vrati na svoju prirodnu razinu.

 

CO2 se skriva u morskoj vodi kao bikarbonat, atmosferi nevidljiv, koji omogućuje da morska voda drži puno više CO2 nego što bi mogla kad ne bi bilo iona karbonata da reagira s CO2. Ovaj kemijski sustav naziva se puferski sustav.

Kako se koncentracija CO2 u zraku povećava, u vodi koja je u dodiru sa zrakom počinje nedostajati CO3. Pufer gubi svoju snagu i morska voda gubi dodatni kapacitet za apsorpciju CO2. Preuzimanje CO2 od strane oceana usporava se na vremensku skalu od nekoliko stoljeća, umjesto gore navedene naivne procjene od sto godina.

Još je važnije da, dugoročno gledano, smanjenje kapaciteta pufera smanjuje ukupnu količinu CO2 iz fosilnih goriva, koju će ocean u konačnici uopće biti voljan prihvatiti. Kad bi oceani bili beskonačno veliki, ili kad bi pufer bio beskonačno jak, tada bi oceani mogli na koncu apsorbirati sav ispušteni CO2, no budući da su stvari takve kakve jesu, oceani će preuzeti većinu CO2, ali ne cjelokupnu količinu.

Važno je i koliko će se CO2 na kraju ispustiti. Više CO2 će zakiseliti ocean u većoj mjeri i smanjiti

njegov kapacitet zadržavanja CO2.

CO2 je kiselina kojom čovječanstvo zakiseljuje oceane. Kao odgovor na to, CaCO3 (koji je baza), otapa se na kopnu i u oceanu, obnavljajući tako pH ravnotežu oceana. Ovaj proces će trajati tisućama godina. Kako se pH oceana oporavlja, promjene u kemiji oceana izvući će nešto od CO2 (oslobođenog iz fosilnih goriva) iz atmosfere, ali čak i nakon potpunog oporavka pH, modeli ciklusa ugljika predviđaju da će oko 10% CO2 iz fosilnih goriva ostati u atmosferi, sve dok ga ne konzumira ranije spomenuti termostat kemijskog trošenja, koji stabilizira klimu Zemlje na vremenskoj skali koja se mjeri stotinama milenija.

 

Organizmi zvani kokolitofori (coccolithophores) igraju više uloga u okolišu i u ciklusu ugljika. Njihove ploče sačinjene od CaCO3, jedne su od glavnih putova taloženja CaCO3 na dnu dubokih mora. U plićoj vodi, ploče raspršuju svjetlost u oceanu u tolikoj mjeri da se veliko “cvjetanje” kokolita može vidjeti iz svemira, mijenjajući reflektivnost oceana, a tako i energetsku ravnotežu planeta. Kokolitofori proizvode otopljeni plin dimetil sulfid, koji na koncu isparava u atmosferu i utječe na veličinu kapljica u oblacima u udaljenim oceanskim područjima.

Brzina stvaranja CaCO3 u oceanu i njegovo nakupljanje na morskom dnu, gotovo su 100 puta sporiji od brzine oslobađanja CO2 iz fosilnih goriva. Trebat će dakle vremena da neutralizacija uhvati korak s acidifikacijom. Modeli ciklusa ugljika procjenjuju da će za to trebati od 2 do 10 milenija. U svakom slučaju, sve studije predviđaju da će količina ugljika koja odgovara oko 10 do 12% CO2 iz fosilnih goriva, još uvijek ostati u atmosferi nakon 10.000 godina. Ovaj preostali CO2 morat će čekati reakciju s eruptivnim stijenama, tj. s “termostatom kemijskog trošenja”.

 

Zaključno, niz događaja je slijedeći: CO2 se ispušta u atmosferu. Na vremenskoj skali koja se mjeri stoljećima, većina CO2 ulazi u ocean, a 15 do 55% ostaje u atmosferi. CO2 koji je ušao u ocean, zakiseljuje ocean, izazivajući neravnotežu u ciklusu CaCO3, koji djeluje tako da neutralizira kiselinu. pH kemija oceana oporavlja se za 2 do 10 milenija. Nakon tog vremena, modeli predviđaju da oko 10% CO2 iz fosilnih goriva ostaje u atmosferi još stotinama tisuća godina u budućnosti.

 

Međutim, međusobne utjecaje između temperature i CO2 teško je raspetljati. Naime, povećanje CO2 tjera Zemlju na zagrijavanje, ali prirodna promjena temperature može također uzrokovati i promjene u CO2. Povežite sve djeliće zajedno u uzročno – posljedični niz, i rezultat je pozitivna povratna sprega koja čini klimu nestabilnijom.

 

 

Trajno zamrznuto tlo – permafrost – često sadrži visoku koncentraciju organskog ugljika, a zaštićeno je od degradacije svojim smrznutim stanjem. Postoje depoziti gotovo čiste organske tvari, a to su tresetišta. Ugljen je nastao iz drevnog fosilnog treseta koji je bio zakopan i skuhan u Zemljinoj unutrašnjosti.

Oceani danas CO2, koji je nastao iz fosilnih goriva, uzimaju iz atmosfere. Na dužoj vremenskoj skali, kao odgovor na klimatsko zatopljenje, oceani bi mogli početi ispuštati ugljik u atmosferu. Količina CO2 koja se otapa u morskoj vodi, ovisi o temperaturi. Kao i drugi plinovi, CO2 će prijeći u plinovito stanje, kako se voda zagrijava. U čaši hladne vode, natočene iz slavine, ostavljenoj da se zagrije na suncu, stvorit će se mjehurići na stijenkama čaše, kako se otopljeni plin izbacuje iz otopine.

Povećani atmosferski CO2 na kraju ledenog doba, vjerojatno je izišao iz oceana, iako nitko nije potpuno siguran kako je ocean izveo taj trik. Promjena CO2 bila je daleko veća nego što bi se mogla objasniti samo učinkom temperature na topljivost CO2. Dio ovog povećanja CO2 mogao je biti uzrokovan promjenama u oceanskoj cirkulaciji.

Najveći potencijalni pojačivač CO2 istodobno je vjerojatno (nadajmo se) i najsporiji. Radi se o golemoj količini ugljika u kemijskom obliku metana, zamrznutog u neku vrst leda, nazvanog klatrat ili depoziti hidrata. Hidrat se može formirati iz vode i gotovo bilo kojeg plina. CO2 hidrati postoje na Marsu, dok je na Zemlji većina hidrata napunjena metanom. Većina se nalazi u oceanskim sedimentima, no neki se nalaze i u permafrostu. A ima ga u ogromnim količinama, tisuće gigatona ugljika u obliku metana, količina jednaka svim ostalim zalihama tradicionalnih fosilnih goriva.

Kad bi samo 10% metana iz hidrata dospjelo u atmosferu u roku od nekoliko godina, to bio bio ekvivalent povećanja koncentracije CO2 za faktor 10 – nezamislivi klimatski šok. Rezervoar metan hidrata ima mogućnost da za samo nekoliko godina zagrije Zemljinu klimu do uvjeta kakvi su vladali u eocenu.

Većina metana nastala je fermentacijom organskog ugljika iz planktona zakopanog prije više milijuna godina, koji se danas nalazi stotinama metara ispod morskog dna.

Novostvoreni mjehurići plina mogli bi razmekšati sediment i izazvati klizanje sedimenta. Najveće poznato podmorsko klizište zvano Storegga, nalazi se kraj obale Norveške. Nastalo je oko 2 do 3 tisuće godina nakon zagrijavanje vode na kraju posljednjeg ledenog doba. Klizište je otkopalo u prosjeku 250 metara gornjeg sloja sedimenta na području širokom nekoliko stotina kilometara, na pola puta između Norveške i Grenlanda. Slična su se klizišta pojavljivala u blizini Norveške otprilike svakih 100 tisuća godina, što podsjeća na glacijalne cikluse, iako datiranja nisu vrlo precizna. Nije sigurno ni da je uzrok bilo otapanje hidrata; moglo je to biti nakupljanje debrisa na morskom dnu nakon otapanja europskog ledenog pokrivača.

Ukupna količina klatrat metana u permafrostu, vrlo je slabo poznata, a procjene se kreću od 10 do 400 gigatona ugljika.

Možemo se nadati da nedostatak odgovora metana na kraju posljednjeg ledenog doba znači da buduće zatopljenje također neće imati utjecaja na metan. No, postoji važna razlika između prošlosti i budućnosti. Budući bi ocean mogao biti topliji nego što je bio milijunima godina.

 

Klimatski zapisi iz prošlosti opravdavaju strahovanja da bi ciklus ugljika možda mogao djelovati kao pojačivač klimatske promjene uzrokovane ljudskim aktivnostima. Glacijalni ciklusi, na primjer, bili su uzrokovani kolebanjima Zemljine orbite, pri čemu je ciklus ugljika na naki način igrao ulogu pojačavanja efekta. Biosfera je na zagrijavanje odgovorila izdisanjem CO2, a na zahlađenje udisanjem.

Globalno zatopljenje razlikuje se od klimatskih promjena tijekom glacijalnih ciklusa po tome što danas početni uzrok klimatske promjene nastaje iz CO2, a ne iz izravnog toplinskog pokretača kao što je kolebanje orbite. Ciklus ugljika odgovara na sav višak CO2 – udisanjem, u ocean i u kopnenu površinu visokih geografskih širina. Ali, lekcija iz prošlosti je da bi se to moglo i promijeniti.

 

Razina mora tijekom posljednjeg ledenog doba, prije 20 tisuća godina, bila je oko 120 metara niža nego što je danas. Većina te nedostajuće vode bila je vezana u sjevernoameričkim i europskim ledenim pokrovima. Globalna prosječna temperatura bila je tada oko 5 do 6 stupnjeva C niža od današnje.

Tijekom posljednje interglacijalne klime, prije oko 120 tisuća godina, razina mora bila je 4-6 metara više od današnje. Atmosferske koncentracije CO2 bile su usporedive s pre-antropogenom vrijednošću od oko 280 ppm. Led se otopio u prvom redu zbog toga što su promjene Zemljine orbite donijele toplije ljetne temperature na sjevernoj hemisferi. Općenito, temperatura je bila najviše 1 stupanj C viša od razmjerno nedavne pre-antropogene klime, a temperature na visokim sjevernim geografskim širinama bile su možda 3 stupnja C toplije od pre-antropogenih. Globalna je temperatura u to vrijema bila usporediva s onom globalnog zatopljenja do sada, ali i daleko niža od prognoziranih klimatskih promjena u nadolazećim stoljećima.

Prije početka glacijalnih/interglacijalnih ciklusa, prije oko 3 milijuna godina, bilo je vremensko razdoblje nazvano pliocen. Na Antarktiku je tada postojao ledeni pokrov, ali je bio manji nego danas, a sjeverna hemisfera je bila bez leda, tako da je razina mora bila 20 do 25 metara viša od današnje.

Antarktički ledeni pokrov star je oko 15 milijuna godina. Tijekom dugog vremena prije njegovog stvaranja, zemlja je bila u stanju bez leda, u vrućoj (“hothouse”) klimi. Vrhunac te tople klime bio je u razdoblju eocena, prije oko 40 milijuna godina. Pojam razine mora počinje gubiti smisao na ovako dugim vremenskim skalama, zato što sami kontinenti plutaju na viskoznoj tekućini Zemljinog plašta. Kad bismo kontinente mogli gledati na ubrzanom filmu koji bi prikazivao milijune godina, vidjeli bismo kako poskakuju kao čamci na divljim vodama.

 

 

 

Temperature na Antarktici su utješno ispod nule, i sada i u doglednoj budućnosti. Grenland je, međutim, blizu točke otapanja.

 

Prema modelima, bilo bi potrebno nekoliko milenija da se otopi grenlandski ledeni pokrov. No, postoje razlozi za zabrinutost kako bi se pravi ledeni pokrovi mogli otopiti na načine koji bi izbjegli prognoze na osnovu sadašnjih “state-of-the-art” modela. Kao što smo ranije istakli, led zna nekoliko trikova za brzo otapanje, koje glaciolozi ne predviđaju unaprijed, nego ih otkrivaju tek kad se dogode.

Heinrichovi događaji pratili su kolaps sjevernoameričkog ledenog pokrova i njegovo pretvaranje u armadu ledenih brijegova, što je podiglo razinu mora za nekoliko metara u vremenu od nekoliko stoljeća. Ledeni brijegovi su krajnje učinkovit način topljenja ledenog pokrova, jer oni transportiraju led iz visokih geografskih širina, gdje je sunčeva svjetlost slaba, dolje prema niskim širinama gdje je sunčeva svjetlost intenzivnija.

Zapadnoantarktički ledeni pokrov jedini je svjetski potpuno morski ledeni pokrov – on nigdje iznad razine mora ne dodiruje kopno. Znatiželjni bi se čitatelj mogao zapitati kako je takva stvar mogla nastati? Je li se led mogao formirati na dnu oceana, ili je pak rastao s površine oceana, dok nije dosegao morsko dno? Odgovor je da su, kad se ledeni pokrov počeo formirati, stijene bile iznad morske površine. Težina nakupljajućeg leda uzrkovala je da kopnena površina potone u procesu nazvanom izostatska depresija.

 

Zašto nas zanima kako se brzo Zemljin led može otopiti? Prvo, ako je ledeni pokrov u prošlosti mogao kolabirati unutar jednog stoljeća (kao što se dogodilo za vrijeme Heinrichovih događaja ili za vrijeme Meltwater Pulse 1A), onda bi mogao opet u našem stoljeću.

Neke su se klimatske promjene u prošlosti dogodile vrlo brzo, ali atmosferska koncentracija CO2 nije nikada rasla tako brzo kao danas. Prognoza za nadolazeće stoljeće osniva se na modelima. Ako su modeli prespori, onda je prognoza preniska.

Ako kombiniramo dostupnu količinu ugljika iz fosilnih goriva, dug život oslobođenog CO2 u atmosferi, i osjetljivost ledenih pokrova na globalnu klimu na dugim vremenskim skalama, možemo zaključiti da čovječanstvo potencijalno može povećati razinu mora za desetke metara. Čak i ako pretpostavimo najbolje, čini se da bi konačni porast razine mora od najmanje 10 metara bilo teško izbjeći, osim ako se CO2 ne bude aktivno uklanjao iz atmosfere.

 

Orbitalna teorija klime objasnila je da je topli interval određen orbitalnim ciklusom nazvanim precesija ekvinocija, čije poluvrijeme ciklusa iznosi oko 10 milenija. I pogodite što – sadašnje interglacijalno razdoblje trajalo je oko 10 milenija. Jesmo li pri kraju puta?

Za vrijeme prelaska prošlog interglacijalnog u glacijalno razdoblje, prije 120 tisuća godina, CO2 je ostao visok, na tipičnoj interglacijalnoj razini od 280 ppm, sve do nakon početka rasta ledenih pokrova. Ako pad CO2 nije ono što je uzrokovalo formiranje lednih pokrova, drugi uobičajeni sumnjivac morala bi biti promjena u Zemljinoj orbiti. Intenzitet sunčevog svjetla varira u različitim ritmovima na različitim geografskim širinama i po godišnim dobima, ali čini se da količina leda na Zemlji osobito dobro “sluša” intenzitet sunčevog svjetla ljeti, na sjevernoj hemisferi, na geografskoj širini od oko 65 stupnjeva N. Uvijek kad ljetna sunčeva svjetlost na sjevernoj hemisferi postane slabija od određenog praga, količina leda na Zemlji raste, a razina mora pada, bez iznimke u posljednjih 800 tisuća godina. Zapravo, ljetno sunčevo svjetlo na 65 stupneva N, u zadnje vrijeme postaje ponešto slabašno. Ono se sada približava spomenutom pragu, i prijeći ga za oko tri tisuće godina.

 

Velik dio promjena u intenzitetu sunčevog svjetla koje pokreću klimu, nastaju iz međusobne igre između nagiba Zemlje i eliptične orbite. Ljeto na sjevernoj hemisferi dolazi kad se sjeverni pol nagne prema suncu. Ako uzmemo u obzir eliptičnu orbitu, sjeverno ljeto može nastupiti kad je Zemlja blizu ili daleko od Sunca. Ako je Zemlja daleko, ljeto će biti hladno. U vrijeme kao što je današnje, kad je orbita gotovo kružna, smanjuje se solarna varijabilnost, jer nije važno gdje na orbiti dolazi ljeto na sjevernoj hemisferi, budući da je svaka točka orbite otprilike jednako udaljena od Sunca. Zemlja je posljednji put bila u ovakvoj konfiguraciji prije oko 400.000 godina. Tada je interglacijalno razdoblje trajalo oko 50.000 godina, isto koliko model praga predviđa za naše sadašnje interglacijalno razdoblje.

 

U sjajnoj knjizi “Plows, Plagues, and Petroleum: How Humans Took Control of Climate”, Bill Ruddiman tvrdi da je ljudska aktivnost počela mijenjati koncentracije atmosferskogCO2 i metana prije više tisuća godina zbog krčenja šuma zbog agrikulture. Da je CO2 slijedio svoju prirodnu putanju, kaže on, slijedeće ledeno doba bi već bilo počelo. Njegovi se zaključci temelje na promjenama koncentracije CO2 prije 120 tisuća godina, tijeom posljednjeg interglacijalnog razdoblja. Najveće su koncentracije CO2 bile na početku interglacijalnog razdoblja, sa smanjivanjem CO2 tijekom interglacijalnog razdoblja, dok nije ponovno došlo vrijeme glacijacije. CO2 je u našem sadašnjem interglacijalnom razdoblju počeo na visokoj razini, zatim je pao, pa ponovno krenuo prema gore prije oko 8 tisuća godina. Za ovaj zadnji porast Ruddiman okrivljuje početke ljudske agrikulture.

Nakon objavljivanja Ruddimanove knjige, klimatski zapisi iz ledenih bušotina prošireni su dalje u prošlost, dosežući danas vremenski interval od prije 400 tisuća godina, kad je Zemljina orbita oko sunca bila gotovo kružna, kakva je i danas. Interglacijalno je razdoblje u to vrijeme trajalo 50 tisuća godina, a atmosferski je CO2 ostao visok tijekom cijelog tog vremena. To bi moglo značiti da nije nužan vremenski limit od 10 tisuća godina za interglacijalna razdoblja, tako da naše sadašnje interglacijalno razdoblje nije nužno pri kraju, kako je to Ruddiman zamislio. Osim toga, omjer između ugljika-13 i ugljika-12 u atmosferskom CO2 u posljednjih nekoliko tisuća godina, čini se da ukazuje na to da CO2 nije došao iz oborenog drveća, nego iz oceana.

 

Orbita ne mijenja puno godišnji prosjek ukupne količine sunčevog svjetla kojeg Zemlja prima. Varijacije orbite uglavnom mijenjaju raspodjelu sunčeve svjetlosti između različitih geografskih širina i godišnjih doba. Na primjer, slabija svjetlost ljeti na sjevernoj hemisferi, znači jaču svjetlost zimi na sjevernoj hemisferi. Ocean sprema dovoljno topline da donekle izjednači ove ekstreme.

 

Od 1750. godine, u atmosferu smo ispustili oko 300 gigatona ugljika. Ako čovječanstvo ukupno spali 2000 Gtona C (to je otprilike “business-as-usual” prognoza za nadolazeće stoljeće), tada se čini da će klima izbjeći glacijaciju u slijedećih 50 milenija, i da će čekati slijedeće razdoblje hladnih ljeta – oko 130 tisuća godina u budućnosti. Ako se potroše sve rezerve ugljena (to jest, 5000 Gtona C), tada bi glacijacija mogla biti odložena za nekih 500 milenija – pola milijuna godina. Zemlja bi mogla ostati u interglacijalnom stanju ne do kraja našeg sadašnjeg perioda kružne orbite, nego do slijedećeg perioda kružne orbite – 400 tisuća godina u budućnosti.

 

Kemija atmosfere je klasični primjer situacije nazvane “tragedija zajedničkog dobra”. Pojedinci profitiraju od ispuštanja CO2, no svi zajedno kolektivno plaćaju cijenu. U takvoj situaciji, svaki pojedinac nastoji iskoristiti zajedničke resurse do maksimuma.

 

Primarna klimatska zaštitna ograda jest maksimalna podnošljiva promjena globalne prosječne temperature. Ako globalno zatopljenje prijeđe 2 stupnja C, Zemlja će biti toplija no što je bila u zadnjih nekoliko milijuna godina. Pomicanje klime u novu ravnotežu, izvan raspona recentne prirodne varijabilnosti, otvara vrata iznenađenjima, kao što su novi obrasci atmosferske i oceanske cirkulacije, ili kišnih padavina ili suše, koje će biti teško unaprijed prognozirati.

Porast razine mora druga je opipljiva opasna granica. Prognoza IPCC-a za nadolazeće stoljeće jest 0,5 metara porasta razine mora, što je značajno, ali se općenito ne smatra katastrofom. Međutim, ako razina mora naraste za metar ili dva, tada će golem broj ljudi morati naći novo mjesto boravka.

Porast razine mora od 10 metara izmjestio bi 10% čovječanstva. Objasnio sam ranije zašto mnogi znanstvenici smatraju da je prognoza IPCC-a previše optimistična. Prognoza ne uzima u obzir mogućnost da zbog zatopljenja ledeni pokrovi počnu brže otjecati u more. Grenlandski ledeni pokrov se zbog zatopljenja već počeo pomicati brže. Ledeni šelfovi su se povukli i na Grenlandu i na Antarktiku, omogućujući tako ledenim pokrovima, koji se nalaze iza njih, da se brže kreću prema moru. Na osnovu korelacije između globalne temperature i razine mora u prošlosti, može se reći da bi globalno zatopljenje od 3 stupnja C zbog “business-as-usual” ispuštanja CO2, lako moglo podići razinu mora za desetke metara.

Možda će porast razine mora biti dovoljno spor u nadolazećem stoljeću, da nas previše ne zabrinjava. No, s druge strane, bilo je slučajeva u prošlosti kad je razina mora narasla za nekoliko metara u stotinjak godina. Modeli ledenih pokrova koji se koriste za prognozu razine mora u budućnosti, općenito nisu sposobni objasniti periode brzog porasta razine mora u prošlosti. Ova neizvjesnost u vezi odgovora ledenih pokrova na klimatske promjene, otežava određivanje definitivne koncentracije CO2 koja bi bila “sigurna” glede prevelikog porasta razine mora.

 

Izračunato je da bi atmosferska koncentracija CO2 od oko 420 ppm dala dobre izglede da se izbjegne zatopljenje od 2 stupnja C. Koliuko je ugljika 420 ppm? Ne daju svi modeli isti odgovor, ali se svi otprilike slažu da bi ograničavanje atmosferskog CO2 na 420 ppm zahtijevalo da se ukupna emisija, emisija tijekom cijele ere fosilnih goriva, ograniči na oko 600 Gtona C. Čovječanstvo je već ispustilo oko 300 Gtona C u obliku CO2 u atmosferu. Preostalih 300 Gtona C odgovaralo bi preostalim rezervama nafte i plina. Tako da bi jedan konceptualno jednostavan način izbjegavanja globalnog zatopljenja bio taj, da se nastavi spaljivanje nafte i plina, i da se samo prestane spaljivati ugljen. Izgaranje ugljena danas je izvor samo oko trećine emisija ugljika, dok nafta i plin čine drugu trećinu. Dugoročno gledano, međutim, količine dostupnog ugljena premašuju naftu i plin oko deset puta i više. U konačnici, budućnost Zemljine klime svodi se na odluke u vezi ugljena.

 

Jedan od jednostavnih načina gledanja na situaciju u narednim desetljećima je ovaj: prirodni svijet preuzima CO2 otprilike polovicom brzine kojom ga ispuštamo. CO2 iz fosilnih goriva otapa se u oceanima i preuzimaju ga dijelovi kopnene biosfere. Kad bi se emisije srezale na pola, tada bi se prirodni svijet mogao nositi s emisijama, i koncentracija CO2 u atmosferi bi prestala rasti, barem za neko vrijeme.

Zadržavanje sadašnje koncentracije CO2 zahtjevalo bi da se emisije odmah srežu za polovicu. Stabiliziranje CO2 na 450 ppm, dozvolilo bi da prođe nekoliko desetljeća dok se traže alternativni izvori energije. U allternativnom scenariju, “business-as-usual”, emisije se udvostručavaju u slijedećih 50 godina s današnje brojke od 7 Gtona godišnje, na oko 15 Gtona godišnje. Izbjegavanje opasne klimatske promjene traži smanjenje emisija od oko 80% do godine 2050.