Deforestation and world population sustainability: a quantitative analysis
[Entwaldung und Tragfähigkeit der Weltbevölkerung: eine quantitative Analyse]
Mauro Bologna 1,5 & Gerardo Aquino 2,3,4,5 ✉
In diesem Papier bieten wir eine quantitative Analyse der Nachhaltigkeit des derzeitigen Weltbevölkerungswachstums in Bezug auf die parallele Entwaldungsprozesse unter einem statistischen Gesichtspunkt. Wir betrachten ein vereinfachtes Modell, das auf einem stochastischen Wachstumsprozess basiert, der von einem zeitlich kontinuierlichen Random Walk Prozess angetrieben wird, der die technologische Entwicklung der Menschheit abbildet, in Verbindung mit einem deterministischen verallgemeinerten logistischen Modell für die Interaktion zwischen Mensch und Wald und bewerten die Wahrscheinlichkeit, die Selbstzerstörung unserer Zivilisation zu vermeiden. Auf der Grundlage des derzeitigen Ressourcenverbrauchs und der bestmöglichen Schätzung der technologischen Wachstumsrate zeigt unsere Studie, dass die Wahrscheinlichkeit, dass wir, ohne einen katastrophalen Kollaps zu erleiden überleben, sehr gering ist, in der optimistischsten Schätzung weniger als 10 %.
In den letzten Jahrzehnten hat die Debatte über den Klimawandel globale Bedeutung erlangt, mit Folgen für die nationale und globale Politik. Viele Faktoren, die auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen sind, werden als mögliche Ursache für die beobachteten Veränderungen verantwortlich gemacht: Wasser- und Luftverschmutzung (vor allem Treibhauseffekt) und Abholzung sind die meistgenannten. Während das Ausmaß des menschlichen Beitrags zum Treibhauseffekt und zu den Temperaturveränderungen immer noch diskutiert wird, ist die Entwaldung eine unbestreitbare Tatsache. In der Tat war unser Planet vor der Entwicklung menschlicher Zivilisationen war unser Planet von 60 Millionen Quadratkilometern Wald bedeckt 1 . Als Folge der Abholzung sind heute weniger weniger als 40 Millionen Quadratkilometer übrig 2 . In diesem Papier konzentrieren wir uns auf die Folgen der wahllosen Entwaldung.
Die Leistungen der Bäume für unseren Planeten reichen von der Kohlenstoffspeicherung über die Sauerstoffproduktion bis hin zur Erhaltung des Bodens und der Regulierung des Wasserkreislaufs. Sie unterstützen die natürlichen und menschlichen Lebensmittelsysteme und bieten unzähligen Arten ein Zuhause, einschließlich uns durch Baumaterialien. Bäume und Wälder sind unsere besten Luftreiniger, und aufgrund ihrer Schlüsselrolle die sie im terrestrischen Ökosystem spielen, ist das Überleben vieler Arten, einschließlich der unseren, auf der Erde ohne sie nur schwer vorstellbar. In diesem Sinne wird die Debatte über den Klimawandel im Falle einer globalen Abholzung des Planeten fast obsolet.
Ausgehend von dieser fast offensichtlichen Beobachtung untersuchen wir das Problem des Überlebens der Überlebens der Menschheit aus statistischer Sicht. Wir modellieren die Interaktion zwischen Wäldern und Menschen auf der Grundlage einer deterministischen, logistischen Entwicklung, während wir ein stochastisches Modell für die technologische Entwicklung der der menschlichen Zivilisation anwenden. Das erstere Modell wurde bereits in ähnlichen Zusammenhängen angewandt 3,4 , während das letztere auf Daten und Modellen des globalen Energieverbrauchs beruht, die als Ersatz für die technologische Entwicklung einer Gesellschaft dienen. Dies gibt unserer Erörterung eine solide Grundlage, und wir zeigen, dass bei Beibehaltung der derzeitigen Entwaldungsrate die statistische Wahrscheinlichkeit, ohne einen katastrophalen Zusammenbruch zu überleben, sehr gering ist. Wir verbinden diese Überlebenswahrscheinlichkeit mit die Fähigkeit der Menschheit, sich auszubreiten und die Ressourcen des gesamten Sonnensystems auszubeuten. Nach der Kardashev Skala 7,8 , die den technologischen Fortschritt einer Zivilisation anhand der Energiemenge misst, müssen wir, um uns im Sonnensystem ausbreiten zu können, in der Lage sein, die von der Sonne abgestrahlte Energie Sonne mit einer Rate von ≈4 × 10 ^26 Watt zu nutzen. Unser derzeitiger Energieverbrauch wird auf ≈10 ^13 Watt 9 geschätzt. Wie in den Unterabschnitten "Statistisches Modell der technologischen Entwicklung" und "Numerische Ergebnisse" des folgenden Abschnitts gezeigt wird, gibt es ein erfolgreiches Ausgehen einen klar definierten Schwellenwert, und wir kommen zu dem Schluss, dass die Wahrscheinlichkeit der Vermeidung eines katastrophalen Zusammenbruchs sehr gering ist, und bei der optimistischten Schätzung weniger als 10% beträgt.
Modell und Ergebnisse
Entwaldung.
Die Abholzung der Wälder auf unserem Planeten ist eine Tatsache 2 . Zwischen 2000 und 2012 wurden weltweit 2,3 Millionen km² an Wäldern weltweit abgeholzt, was 2 × 10 5 km² pro Jahr entspricht. Bei diesem Tempo würden alle Wälder inungefähr 100-200 Jahren verschwinden. Es ist natürlich unrealistisch, sich vorzustellen, dass die menschliche Gesellschaft die menschliche Gesellschaft erst dann von der Abholzung beeinträchtigt wird, wenn der letzte Baum gefällt worden ist. Die fortschreitende Verschlechterung der der Umwelt aufgrund der Entwaldung würde die menschliche Gesellschaft stark beeinträchtigen, und folglich würde der Zusammenbruch der Menschheit viel früher beginnen.
Merkwürdigerweise hat die derzeitige Situation unseres Planeten viel mit der Abholzung der Osterinsel gemeinsam, die in 3 beschrieben wird. Wir verwenden daher das dort vorgestellte Modell zur groben Beschreibung der Mensch-Wald-Interaktion. Zugegeben, wir streben hier kein exaktes, umfassendes Modell an. Es ist wahrscheinlich unmöglich, ein solches Modell zu erstellen.
Was wir anbieten und in den folgenden Abschnitten veranschaulichen, ist ein vereinfachtes Modell,
das es uns dennoch erlaubt, die Zeitskalen der beteiligten Prozesse zu extrapolieren: d.h. der deterministische Prozess, der die menschliche Bevölkerung und den Verbrauch von Ressourcen (Wald) beschreibt, und der stochastische Prozess, der das ökologische und technologische Wachstum der Gesellschaften bestimmt.
Unter Verwendung des Modells in 3 (siehe auch 11) ergibt sich für die Mensch-Wald
Dynamik …. [Ab hier Erleuterung des mathematische Formelismus, wer darin einsteigen will, siehe bitte in das Orginal, welches in freiem Zugriff verfügbar ist…]
(2020) 10:7631 | https://doi.org/10.1038/s41598-020-63657-6