In un libro bianco, Christoph Rosol, Benjamin Steininger, Jürgen Renn e Robert Schlögl delineano il significato della digitalizzazione nell'Antropocene e delineano lo sfondo e gli obiettivi del nuovo campo di ricerca della geoantropologia. I ricercatori mirano ad analizzare il cambiamento globale in un approccio interdisciplinare completo delle scienze naturali, discipline umanistiche e tecnologiche, sviluppare prospettive per la conservazione dell'habitat terrestre.

Viviamo in un momento di profonde transizioni, un momento in cui le dinamiche in accelerazione del cambiamento planetario stanno diventando sempre più percepibili. Le azioni umane hanno raggiunto dimensioni paragonabili ai processi naturali nel sistema Terra e avranno effetti biofisici di lunga durata di significato geostorico. Questi cambiamenti sono sempre più interpretati come segni che siamo entrati in una nuova era geologica:l'Antropocene.

I tassi di cambiamento accelerati nelle nostre società altamente tecnologiche e basate sulla conoscenza sono direttamente collegati agli sviluppi guidati dall'uomo. I rapidi progressi della scienza e dell'ingegneria, nel sistema energetico e nei mercati del lavoro, i drammatici cambiamenti nell'economia globale e anche nell'economia politica – ma anche l'impatto diretto di nuove forme di regolamentazione e diritto internazionale – stanno influenzando sempre più le funzioni metaboliche degli habitat naturali a livello globale.

Una componente molto potente ma spesso trascurata in questa incursione a livello di sistema è la trasformazione digitale. Le tecnologie digitali segnano non solo un profondo cambiamento nel regno socioeconomico e culturale, ma occupano anche un ruolo cruciale nel primo entrare e ora nell'abitare l'Antropocene. Come sia un fattore scatenante che un indicatore di rapidi cambiamenti nell'economia globale, flussi di risorse ed energia, e la gestione di complesse richieste e forze sociali, la digitalizzazione è fondamentale per comprendere la gravità del nostro momento storico attuale e un perno attraverso il quale si può perdere o guadagnare il controllo sui percorsi più pericolosi da percorrere.

Una nuova, forma integrativa della scienza di base dovrebbe fornire una guida nei fenomeni multiscala sopra menzionati e dovrebbe inoltre fornire gli strumenti per sviluppare un'azione adeguata che intenda controllare gli effetti di questi sviluppi. L'approccio integrativo sembra fattibile, anche perché la svolta digitale ha già avuto molteplici effetti sul modo di fare scienza (la scienza ne è soggetta, cerca di capirlo e contribuisce a plasmarlo). Per quanto riguarda l'attuale comprensione dell'impatto della trasformazione digitale, siamo più o meno allo stesso livello di conoscenza che la ricerca sul clima aveva 30 anni fa, all'inizio della ricerca sul sistema Terra e della comparsa del clima come soggetto della politica globale.

Per studiare il crescente lock-in tra le sfere naturali e una "tecnosfera" densamente popolata di dispositivi digitali, abbiamo bisogno di nuove forme di ricerca congiunta sul sistema umano-Terra che si concentri sulla coevoluzione e sulle dinamiche interne delle interazioni tra i due domini. Inoltre, tale ricerca è completa solo quando è incluso un dialogo aperto con la società, in cui si può riflettere, discutere e modellare il potere degli strumenti digitali in modo collettivo.

Come introduzione a tale sforzo, questo articolo delinea aspetti che evidenziano come le tecnologie digitali operano come mediatori efficaci nella transizione in corso verso l'Antropocene e forniscono approfondimenti storici su come hanno raggiunto il ruolo di megastruttura accidentale ma altamente consequenziale.

La profondità storica del cambiamento

L'informazione ha effetti asimmetrici. Lettere e numeri sono un mezzo quasi senza peso, ma forniscono un mezzo per organizzare gli stati, muovere legioni e gestire economie. Fin dai primi esempi di alfabetizzazione e calcolo, l'informazione ha dato forma ai processi di uso del suolo e di urbanizzazione, cicli produttivi e trasporti a lunga distanza. Da tavolette cuneiformi in Mesopotamia (Fig. 1), papiro nell'impero romano e codici medievali alla moderna composizione, segnali telegrafici nei cavi sottomarini o l'infrastruttura di dati time-critical creata sulla scia della finanza automatizzata, i mezzi di informazione offrono modi sempre più discreti di segnalare e mobilitare sistemi sociali e materiali sempre più grandi.

L'impatto delle tecnologie dell'informazione sulle società e sugli ambienti fisici non è quindi limitato ai tempi moderni. Ancora, lo stato odierno dell'asimmetria tra le informazioni codificate e i suoi effetti fisici è esemplificato dagli elettroni che passano attraverso i microprocessori digitali che guidano efficacemente i flussi di materiale ed energetici all'interno di una tecnosfera che abbraccia il globo dalle orbite dei satelliti 40, 000 km sopra la superficie terrestre a 10 km nella litosfera.

Tale proliferazione ha effetti. In concomitanza con l'ascesa e la diffusione delle tecnologie digitali c'è la "Grande Accelerazione", l'aumento esponenziale degli indicatori chiave delle tendenze socio-economiche e del sistema Terra a partire dal 1950 circa (Fig. 2). Nella seconda metà degli anni '40 ebbe luogo una rivoluzione in quattro parti nella teoria dell'informazione (Claude Shannon), progettazione logica del computer (John von Neumann), fisica dei semiconduttori (William B. Shockley e Walter H. Brattain), e la costituzione di un nuovo, scienza integrativa chiamata cibernetica (Norbert Wiener). Questa rivoluzione non solo ha creato le basi tecniche del mondo digitale di oggi, ma ha anche unito le forze con la trasformazione parallela delle economie di guerra in società civili dei consumi, una transizione a guida anglo-americana dalla fornitura di carbone a quella di petrolio, e un forte aumento dei principali indicatori socioeconomici come il consumo di energia primaria, prodotto interno lordo, consumo di fertilizzanti e crescita della popolazione.

La rivoluzione dei computer coincise con il punto di svolta della Grande Accelerazione intorno al 1950, quale, come succede, è anche considerato come l'inizio dell'Antropocene in quanto tale. Il Gruppo di Lavoro Antropocene del Comitato Internazionale di Stratigrafia, che ha il compito di individuare un marker globalmente sincrono per definire la base stratigrafica dell'"età dell'umanità", sta considerando il "picco di plutonio" come candidato principale. Il picco di plutonio è un marcato strato di radionuclidi che si trova nei sedimenti e nelle carote di ghiaccio in tutto il mondo, risultato della frenetica attività dei test nucleari iniziata nel 1945 e che ha raggiunto il picco nel 1962.

I primi computer furono fondamentali per lo sviluppo della bomba nucleare. La sfida presentata agli scienziati di Los Alamos – il sito segreto della seconda guerra mondiale in cui è stata progettata la bomba atomica sotto la supervisione di Robert Oppenheimer – è stata quella di simulare accuratamente le reazioni di fissione, un compito impossibile senza ausili informatici (Fig. 3). Mentre analogico, computer in stile schede perforate erano ancora usati per calcolare il vasto numero di equazioni differenziali per la costruzione della bomba atomica, il lavoro a Los Alamos è stato determinante per stimolare lo sviluppo di computer elettronici digitali, con molto dovuto agli sforzi teorici di John von Neumann. Alla fine del 1945, il primo problema mai eseguito sul calcolatore e integratore numerico elettronico di nuova concezione (ENIAC) è stato un calcolo critico per lo sviluppo della bomba all'idrogeno. I massicci test in tutto il mondo di questa arma termonucleare dal 1952 sono la causa principale del segnale di picco di plutonio che può essere rilevato negli strati distribuiti a livello globale. La pianificazione dello scenario per la guerra fredda che seguì era ancora molto basata sulle simulazioni di Montecarlo, con grandi serie di numeri casuali eseguiti su computer elettronici per guidare il processo decisionale basato sulla probabilità di fronte a una situazione di stallo nucleare tra l'est e l'ovest.

In breve, l'era nucleare - probabilmente il segno distintivo più importante della cultura tecnologica del XX secolo e ora considerata il punto di partenza stratigrafico dell'Antropocene - era direttamente legata all'inizio e all'ascesa dell'era digitale. Il segnale nucleare di primo piano nei nuovi strati appare anche come un effetto materiale della potenza di calcolo.

Nella ricerca storica attuale, tali correlazioni cronologiche e materiali sono ancora in gran parte oscurate. Un libro recente che delinea la Grande Accelerazione non menziona nemmeno la trasformazione digitale. La ricerca futura deve, perciò, guardare alla penetrazione e al rafforzamento reciproci delle tecnologie dell'informazione in espansione e dei tassi di produzione e consumo ugualmente in espansione. L'aumento esponenziale della connettività delle telecomunicazioni dagli anni '50, come raffigurato in uno dei grafici della Grande Accelerazione, è solo uno dei tanti indicatori di questo tipo. I primi computer digitali iniziarono ad aumentare significativamente le capacità umane aiutando nella gestione della conoscenza in contesti militari e ingegneristici, così come la pubblica amministrazione, economia, esplorazione delle risorse, industria, e, di grande conseguenza, le scienze naturali e sociali. L'intelligenza artificiale non è un concetto nuovo, ma è stata introdotta a metà degli anni '50 per ampliare le possibilità di rappresentazione ed elaborazione della conoscenza con le macchine. Molti dei primi sogni tecnocratici della cibernetica, i processi di autogoverno all'interno della società non sono stati realizzati. Ma con l'avvento delle reti di computer – in particolare la progettazione dell'Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET) e le tecnologie Internet di base come la commutazione di pacchetto e il protocollo TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) – una nuova forma di dati -Un'intensa intelligenza in rete si è materializzata oggi.

Capitalismo digitale

Le informazioni condivise quasi istantaneamente a livello globale attraverso le reti digitali hanno contribuito a una drammatica accelerazione in tutti i processi all'interno dell'economia di mercato. I mercati sono sempre stati fondati sul possesso e sullo scambio di informazioni sui beni e sulle condizioni della loro disponibilità. Ma con l'introduzione delle tecnologie digitali e lo status onnipresente che hanno raggiunto, l'informazione è diventata l'unità di base dell'economia globale.

Inoltre, questa economia è ormai sempre più sinonimo di sblocco, trasformando, immagazzinare, diffusione ed elaborazione dei dati, come può essere testimoniato dall'ascesa del capitalismo dei dati. La natura e le strutture di questi meccanismi di trasformazione e accelerazione e il loro impatto diretto sulla capacità del sistema Terra richiedono sforzi di ricerca altamente integrativi.

La trasformazione digitale dell'economia mondiale va oltre i casi ovvi di finanziarizzazione, la negoziazione ad alta frequenza di azioni e derivati, e transazioni in valuta digitale. Gli strumenti e i mezzi di comunicazione digitali incidono profondamente anche nel mondo reale della produzione agricola e industriale, la circolazione globale delle merci, persone e biomasse, aiutando anche a informare la pianificazione macroeconomica e il processo decisionale politico.

L'unico fattore che unisce queste attività oltre alla loro sete di informazioni aggregate è l'energia e le risorse. L'effetto risultante di questo accoppiamento è che un'economia digitalizzata accelera anche l'economia fossile. Mezzi per automatizzare la produzione e la distribuzione, o per sincronizzare i flussi industriali e per soddisfare la produzione on-demand/on-time, esternalizzare la manodopera, o per formare un mercato del lavoro planetario per i micro compiti digitali5, non limitarsi semplicemente ad aumentare l'efficienza con cui viene soddisfatta la domanda. Spesso viene trascurato l'effetto che qualsiasi efficienza acquisita in un processo può portare alla produzione di un numero ancora maggiore di beni e servizi. Questo, ancora, si traduce direttamente in consumo di materie prime, prodotti ed energia. Di più, Più veloce, superiore:questa è la promessa e anche la fornitura di tecnologie di rete digitali.

Una buona parte di questa accelerazione è autocatalitica. La digitalizzazione dell'economia reale ("industria 4.0") crea un tasso esponenziale di nuove interfacce tra agenti digitali e reali. La complessità che ne deriva può essere affrontata solo utilizzando nuovi strumenti digitali che tendono a contribuire a nuove interfacce. Un esempio di questa autocatalisi è la crescita dell'infrastruttura dell'amministrazione aziendale. Il termine "efficacia" viene messo in relazione con l'unità di analisi; quanto più si interpreta l'efficacia sistemica tanto più discutibile è il guadagno di effetti a vantaggio del sistema.

Oggi è chiaro che l'efficacia sempre crescente di questa accelerazione ha creato un cambiamento significativo nella creazione di valore economico e nell'accumulazione di capitale. Le più grandi società per valore azionario oggi sono società tecnologiche come Apple, Amazon o alfabeto. Quei pochi capitani d'industria hanno creato monopoli intelligenti che dominano sempre più la distribuzione della ricchezza. La loro innovazione consiste nel guidare le variazioni delle piattaforme per lo scambio e la proprietà di tutti i tipi di dati, innescando una nuova catena del valore che mette in pericolo il vocabolario a lungo stabile dell'economia politica e la sua attenzione sul lavoro umano, sistemi di valori basati su merci o utilità.

Mentre l'ascesa del capitalismo delle piattaforme ha forgiato una simbiosi tra online e offline come modello di business, l'implementazione di tecnologie di rete come l'identificazione a radiofrequenza (RFID) e l'Internet of Things indirizza l'infrastruttura informativa dal suo lato fisico. L'Internet delle cose prevede un'infrastruttura globale in cui gli oggetti fisici sono accoppiati con strutture informatiche onnipresenti incorporate e rappresentazioni virtuali all'interno di una rete elettronica, consentendo nuove forme di interazione intelligente tra questi oggetti. Dieci anni fa avevamo già raggiunto un punto in cui la connettività delle macchine a Internet superava quella umana. Oggi, stiamo esaminando circa 25 miliardi di dispositivi connessi e il numero è in crescita esponenziale.

Il mondo fisico, sempre più popolato e penetrato da oggetti intelligenti, si trasforma in uno spazio di indirizzi in espansione esponenziale per le reti informatiche, tanto che si sostiene che abbiamo raggiunto una scala di calcolo planetaria. Secondo il teorico dei media e del design Benjamin H. Bratton, la Terra è solo lo strato più esterno all'interno di 'The Stack', un sistema totalizzante di architettura di elaborazione delle informazioni che si estende da un bit all'altro.

Nessuna informazione senza materia ed energia

Le tecnologie digitali non forniscono solo l'infrastruttura di base per controllare il metabolismo industriale, sono anche consumatori di risorse di prim'ordine. Attraverso l'intreccio della sfera digitale con il mondo fisico e gli attuali cicli energetici e materiali, la comunicazione digitale è diventata strettamente connessa alle attuali dinamiche di usura delle risorse terrene. Nessuna infrastruttura computazionale può esistere senza la previa trasformazione della materia e nessuna informazione senza la trasformazione dell'energia.

L'asimmetria dei segnali e degli effetti non dovrebbe quindi essere fraintesa. La tecnologia dell'informazione è l'opposto di una tecnologia immateriale. Anche il dispositivo più intelligente ha bisogno di metalli stupidi. In ogni smartphone vengono utilizzati almeno 40 elementi chimici, il che significa che portiamo in tasca circa un terzo della tavola periodica. Quello che sembra essere un affare quasi immateriale di zeri e uno fa uso di più elementi chimici di ogni tecnologia precedente nella storia. Tali elementi vengono con rispettive "storie di cose", che collegano il mondo digitale apparentemente pulito al business sporco dell'estrazione di terre rare, pieno di sfruttamento umano e ambientale. Data la loro criticità, alcuni di questi metalli sono prodotti in quantità apparentemente ridicolmente piccole:vengono prodotte circa 120 tonnellate di germanio all'anno, e circa 500 tonnellate di indio, sebbene questo non sia un indicatore della quantità di sforzo e di minerale richiesto per produrre tali quantità.

Sebbene abbiamo raggiunto un punto in cui i materiali funzionali come l'indio potrebbero imporre un collo di bottiglia a un'ulteriore crescita se i tassi di consumo continuano, there is also a staggering amount of physical electronic waste that results from the creation, maintenance and discarding of the micro-electronic components of macro infrastructures. The material residue of technological obsolescence, often toxic, marks the final stage of the life cycle of digital devices that contributes to the growing waste layer of the technosphere.

Before they die, però, digital devices consume. The expanding digital economy requires a seemingly ever-growing expenditure of primary energy. Cloud computing, the Internet of Things, the operation of platforms and neural nets, all devices always switched on. The digital golem's hunger for electric power is insatiable. A telling case is the current trend to transfer economical transactions to exchanges for cryptocurrencies and smart contracts. These transactions take place through blockchain software architectures that provide a highly decentralized, autonomous arbitration space between buyers and sellers. This requires immensely energy-intensive computation to ensure the validity of each transaction.

To bring the above metaphor of appetite for energy into an interesting comparison it is worth noting that the current energy consumption of the Internet is comparable to the energy we invest in producing ammonia for fertilizers. Without their existence only half of the global population could be fed on our planet. Human life and its foundation in the global environment is not primarily related to information and software but to the material world of biological, chemical and physical hardware and their interactions with the global material spheres in which we live. But both are increasingly tied to each other, co-dependent on massive energy infrastructures and market operations.

Data spheres in natural sciences and politics

Smart data technologies appear to many to offer ways out of the energy and resource dilemma. New accounting practices might improve attempts at sustainable resource allocation by reducing the resource intensity of production (Fig. 4), enabling self-provisioning use of renewable energy. As historian of infrastructure Paul Edwards writes:"[in] blending [the] social 'data exhaust' with physical and environmental information, an environmentally focused logistics might trim away excess energy and materials in production, find new ways to re-use or recycle waste, and generate new ideas for eliminating toxic byproducts, greenhouse gas emissions and other metabolites". However, in undertaking such endeavours, rebound effects should be a concern. As the well-known Jevons' paradox states, increasing efficiency will likely lead to an increase in consumption in response to lower prices. One will have to see if smart, adjustable technologies create a difference to that rule.

Inoltre, knowledge infrastructures that run on digital technologies provide the necessary data and assessment of mitigating strategies to achieve notable successes in environmental and climate regulation. The Montreal Protocol that has effectively limited ozone depletion, or the Paris Agreement that will hopefully achieve the same for greenhouse gases in the long run, would have been unthinkable without the expert judgment of a global network of atmospheric data and climate modelling efforts.

We would likely be unaware and unable to quantify global change if it were not for the metrological capacities of digital technology. Digital technologies are the backbone for monitoring and understanding the current dynamics of the Anthropocene. Global climate change (to just name one key example) can only be observed due to the availability of large quantities of data, adequate computing facilities and sophisticated modelling. Essenzialmente, the age of planetary communication is also the age of planetary observation and simulation or, as Jennifer Gabrys puts it, we are dealing with "becoming environmental of computation". Earth system models, satellites and other remote sensing networks, environmental data aggregators and resource flow models mean that technical media have become an obligatory passage point in perceiving, analysing and mobilizing geoscientific knowledge.

More widely, this obligation not only concerns the collection and assessment of scientific data, but all kinds of digitally augmented knowledge, from social media-driven citizen science (as in the case of Instagram users sharing flotsam collages that help to trace maritime currents) to the imaginative knowledge drawn from the visual semantics of climate change in the digital charts and diagrams of the United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

Alla fine, the digital turn affects the way we do science in myriad ways. Digitalization creates great opportunities because it fills a gap between observation, experimentation, modelling and theory. But this transfer to a new medium not only makes science more effective, it also affects its criteria, ad esempio, when it comes to issues of reproducibility, trustworthiness and causal explanations. Digitalization poses novel and challenging questions:Which tasks can intelligent machines handle better than humans? Where does human judgment play a part? How does machine-learning affect decision-making? How can machines best assist humans in their decisions? Where do biases creep in? What do optimal interfaces between human and artificial intelligence look like?

Personal data available on the Internet opens up immense possibilities for misuse and manipulation, as the case of now-closed UK-based data analysis firm Cambridge Analytica demonstrated. The firm improperly gathered personal information from more than 80 million Facebook users with the aim of influencing the formation of political opinion. The primary aim of the contemporary economic forces currently driving digitalization is increased effectivity in the intelligent control of societal processes. The problem is that this control focuses on a few parameters of an attention economy, geared, ad esempio, to the time individuals spend on a Facebook page with the aim to maximize the efficacy of advertising. Data brokerage without safeguarding measures or the urge to superscore customers and citizens, as in the case of social credit systems, are an imminent threat to a free society.

The further integration of ubiquitous computing technologies into the deep fabric of our societies may become immensely useful when adapting the global metabolism to the challenges of the Anthropocene. But it may also lead, through the value-chain logics of companies that own our data, or companies that own Internet of Things-ready networks, to a surveillance society of unprecedented reach. Such developments may even constitute a step in the direction of turning the digital sphere into a self-organizing intelligence with potential control over human behaviour, a powerful political weapon that invites dangerous misuse.

Toward an integrative perspective:geo-anthropology

We are left with a paradoxical situation. Digital technologies have greatly contributed to a frenzy of unsustainable resource exploitation and consumption (Fig. 5), the generation of waste and political ambivalence, yet they appear as viable solutions to ameliorate those problems. The rapid and radical change that has occurred to the Earth system as a result of the impacts of industrialized societies has been accompanied – if not leveraged – by rapid and radical changes in information technologies and digital media. Yet still, the hope is that their potential and collaborative scalability for a rational counter approach to untenable developments is enormous.

The next years and decades will see further dramatic shifts in technology and an economy driven by fast-paced technological innovation. Machine learning and neural nets are unleashing exponential increase in autonomous computational power. With further technological step changes – changing forms of labour, the design of novel materials, synthetic biology, new energy systems and new technological modes of controlling and managing the planet's resources – industrial humanity will further deepen its imprint on the Earth and create further uncertainties and vulnerabilities for its safe inhabitation.

As meatspace and cyberspace (terms introduced decades ago by the American-born novelist William Gibson) converge today, what we cannot lose sight of is Earthspace. We are obliged to treat the 'critical zone', the thin but highly complex layer of life extending from the lower atmosphere to the upper lithosphere, with duty and care. Ancora, as scientists and humanists working in silos, we lack a shared language and method to grasp the interconnected and comprehensive character of the current threat to our life-supporting system. Like the Anthropocene, the digital blends such former distinct categories as the Earth, economy, culture and the social into one another. Our sciences, finora, do not.

Novel forms of synoptic analysis, a new conceptual framework, new research tools and new research practices will be required to interpret and to help mitigate and steer the grand transformations underway. What is needed is independent research in a domain that is strongly shaped by technological developments and applied science, but also political and economic interests. Such research will have to overcome traditional borderlines, also between the natural sciences, the social sciences and the humanities. Many transversal connections between knowledge domains are needed to grasp the present situation and the interconnectedness of phenomena that we face.

We want to call such research 'geo-anthropology', the science of human–Earth interaction. Geo-anthropology studies the various mechanisms, dynamics and pathways that have moved us into the Anthropocene. A key challenge of this framework for future research will be to address multiple scales of description, drawn from multiple forms of expertise, that help to shift between the analysis of specific micro-spheres and the planetary macro-sphere. Various temporalities, including deep-time perspectives, the history of the present and scenarios for the future, will have to be brought into productive contact with each other.

The challenge is both to understand the systemic properties of the current transformation happening across many scales, but also to actively shape its future path as part of a broader dialogue with stakeholders in society, the arts, design, politics and industry. The Anthropocene calls for plurality of knowledge. Perspectives are opened up rather than reduced. The history of science and technology tells us that it is in these kinds of open spaces that critical and disruptive work can develop. Here and today it is for us to understand and possibly counter the critical features of a disruptive technology. A new Max Planck initiative concerned with geo-anthropology intends to contribute to this fundamental research.