Di fronte al cambiamento climatico, deforestazione e perdita di biodiversità, creare una versione sostenibile della civiltà è uno dei compiti più urgenti dell'umanità. Ma di fronte a questa immensa sfida, raramente ci poniamo quella che potrebbe essere la domanda più urgente di tutte:come facciamo a sapere se la sostenibilità è possibile? Gli astronomi hanno inventariato una parte considerevole delle stelle dell'universo, galassie, comete, e buchi neri. Ma i pianeti con civiltà sostenibili sono anche qualcosa che l'universo contiene? Oppure ogni civiltà che potrebbe essere sorta nel cosmo dura solo pochi secoli prima di cadere sotto il cambiamento climatico che provoca?

L'astrofisico Adam Frank, professore di fisica e astronomia all'Università di Rochester, fa parte di un gruppo di ricercatori che hanno mosso i primi passi per rispondere a queste domande. In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Astrobiologia , il gruppo, tra cui Frank, Jonathan Carroll-Nellenback, uno scienziato computazionale senior a Rochester, Martina Alberti dell'Università di Washington, e Axel Kleidon dell'Istituto Max Planck per la biogeochimica, affronta queste domande da una prospettiva "astrobiologica".

"L'astrobiologia è lo studio della vita e delle sue possibilità in un contesto planetario, "dice Franco, che è anche autore del nuovo libro Light of the Stars:Alien Worlds and the Fate of the Earth, che si basa su questo studio. "Ciò include 'exo-civiltà' o ciò che di solito chiamiamo alieni".

Frank e i suoi colleghi sottolineano che le discussioni sui cambiamenti climatici raramente si svolgono in questo contesto più ampio, che considera la probabilità che questa non sia la prima volta nella storia cosmica che un pianeta e la sua biosfera si sono evoluti in qualcosa di simile a quello che abbiamo creato sulla terra. "Se non siamo la prima civiltà dell'universo, "Franco dice, "Ciò significa che è probabile che ci siano regole su come progredisce il destino di una civiltà giovane come la nostra".

Man mano che la popolazione di una civiltà cresce, utilizza sempre di più le risorse del suo pianeta. Consumando le risorse del pianeta, la civiltà cambia le condizioni del pianeta. In breve, civiltà e pianeti non si evolvono separatamente l'uno dall'altro; si evolvono in modo interdipendente, e il destino della nostra stessa civiltà dipende da come utilizziamo le risorse della Terra.

Per illustrare come coevolvono i sistemi civiltà-pianeta, Frank e i suoi collaboratori hanno sviluppato un modello matematico per mostrare i modi in cui una popolazione tecnologicamente avanzata e il suo pianeta potrebbero svilupparsi insieme. Pensando alle civiltà e ai pianeti, anche alieni, nel loro insieme, i ricercatori possono prevedere meglio ciò che potrebbe essere necessario affinché il progetto umano di civiltà sopravviva.

"Il punto è riconoscere che guidare il cambiamento climatico può essere qualcosa di generico, " Frank dice. "Le leggi della fisica richiedono che qualsiasi giovane popolazione, costruire una civiltà ad alta intensità energetica come la nostra, avrà riscontri sul suo pianeta. Vedere il cambiamento climatico in questo contesto cosmico può darci una visione migliore di ciò che ci sta accadendo ora e di come affrontarlo".

Utilizzando il loro modello matematico, i ricercatori hanno scoperto quattro potenziali scenari che potrebbero verificarsi in un sistema di civiltà-pianeta:

1. Morte:la popolazione e lo stato del pianeta (indicato da qualcosa come la sua temperatura media) aumentano molto rapidamente. Infine, la popolazione raggiunge il picco e poi diminuisce rapidamente poiché l'aumento della temperatura planetaria rende le condizioni più difficili per sopravvivere. Si raggiunge un livello di popolazione stabile, ma è solo una frazione della popolazione di picco. "Immagina se 7 persone su 10 che conoscevi morissero rapidamente, " dice Frank. "Non è chiaro che una civiltà tecnologica complessa possa sopravvivere a quel tipo di cambiamento".
2. Sostenibilità:La popolazione e la temperatura aumentano, ma alla fine entrambe raggiungono valori stabili senza effetti catastrofici. Questo scenario si verifica nei modelli quando la popolazione riconosce che sta avendo un effetto negativo sul pianeta e passa dall'utilizzare risorse ad alto impatto, come l'olio, a risorse a basso impatto, come l'energia solare.
3. Collasso senza cambiamento delle risorse:la popolazione e la temperatura aumentano rapidamente fino a quando la popolazione raggiunge un picco e scende precipitosamente. In questi modelli la civiltà crolla, anche se non è chiaro se la specie stessa si estingue completamente.
4. Collasso con il cambiamento delle risorse:la popolazione e l'aumento della temperatura, ma la popolazione riconosce che sta causando un problema e passa da risorse ad alto impatto a risorse a basso impatto. Le cose sembrano stabilizzarsi per un po', ma si scopre che la risposta è arrivata troppo tardi, e la popolazione crolla comunque.

"L'ultimo scenario è il più spaventoso, " dice Frank. "Anche se hai fatto la cosa giusta, se hai aspettato troppo a lungo, potresti ancora far crollare la tua popolazione."

I ricercatori hanno creato i loro modelli basati in parte su casi di studio di civiltà estinte, come gli abitanti dell'isola di Pasqua. Le persone iniziarono a colonizzare l'isola tra il 400 e il 700 d.C. e raggiunsero un picco di popolazione di 10, 000 tra il 1200 e il 1500 d.C. Entro il XVIII secolo, però, gli abitanti avevano esaurito le proprie risorse e la popolazione scese drasticamente a circa 2, 000 persone.

La moria della popolazione dell'isola di Pasqua si riferisce a un concetto chiamato capacità di carico, o il numero massimo di specie che un ambiente può supportare. La risposta della Terra alla costruzione della civiltà è il vero significato del cambiamento climatico, dice Franco. "Se attraversi un cambiamento climatico davvero forte, allora la tua capacità di carico potrebbe diminuire, perché, Per esempio, l'agricoltura su larga scala potrebbe essere fortemente perturbata. Immagina se il cambiamento climatico facesse smettere di piovere nel Midwest. Non saremmo in grado di coltivare cibo, e la nostra popolazione diminuirebbe".

In questo momento i ricercatori non possono prevedere in modo definitivo il destino della terra. I prossimi passi saranno utilizzare modelli più dettagliati dei modi in cui i pianeti potrebbero comportarsi quando una civiltà consuma energia di qualsiasi forma per crescere. Intanto, Frank lancia un avvertimento sobrio.

"Se cambi abbastanza il clima della terra, potresti non essere in grado di cambiarlo di nuovo, " dice. "Anche se facessi marcia indietro e iniziassi a utilizzare il solare o altre risorse meno impattanti, potrebbe essere troppo tardi, perché il pianeta sta già cambiando. Questi modelli mostrano che non possiamo semplicemente pensare a una popolazione che si evolve da sola. Dobbiamo pensare alla co-evoluzione dei nostri pianeti e delle nostre civiltà".