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人新世における地球システムの変化を捉えるための物理学の使用

人新世は、地球システムの歴史におけるまったく新しい時代を表しています。証拠によると、地球の進化は、ごく最近まで支配的であった天文学的および地球物理学的な自然の力 q ではなく、人間活動の影響によって主に決定されていることが示されています。

さらに、人為的要因による変化が大幅に加速しています。これらは、完新世と呼ばれる最後の氷河期の終わりから 12,000 年間の驚くべき気候安定性とはまったく対照的な状況をもたらします。これは、地球システムが、環境における人間の影響の増大によって乱された平衡状態にあったことを意味します.

完新世から人新世への移行は、実際には相転移であり、地球システムの平衡状態の特徴の質的変化であると提案します。また、すべての相転移を説明するための理論的設定である、Landau-Ginsburg 理論に基づく物理モデルも提供します。

このモデルを使用すると、システムの自由エネルギー F、関連する熱力学的量を取得でき、遷移とそれらの異なる平衡点から生じる 2 つの異なる相の識別につながります。定義する重要な量は、ここで温度の関数として考える順序パラメーター ψ です。

次に、Landau-Ginzburg の定式化により、地球システムへの追加の影響の影響を研究することができます。この場合、外部場 H としてモデル化された人間活動の影響です。その影響は、完新世の不安定化ですぐに見ることができます。未知の平衡状態への道を地球システムに設定します。また、システムが相転移に近いときに外部場の影響がどのように大きくなるかを示す感受性パラメーターを計算することもできます。これは、相転移に転換点があると言っているのと同じです。

この理論的枠組みを設定する目的は、地球システムとそのさまざまなサブシステムの状態に関する既存および将来のデータを供給し、人新世の多次元予測モデルを構築できるようにすることです。バイオマスの枯渇という単一のパラメーターを通じてこれを実行する方法と、数値予測を提供するためにモデルをデータから制約する方法については、既に説明しました。

これが、この新しい理論の開発における先の道です。願わくば、それが人為的な気候変動を理解し、解決策を探すための新しいツールとなることを願っています。人間の活動の重要性が増し続けるにつれて、地球システムに対する不安定化の影響と、完新世から離れた新しい平衡点に向けた進化も増加します。現在の社会経済システムの劇的な変化によってのみ、人類は人新世の脅威的な影響を回避できることはすでに明らかです.

これらの調査結果は、地球システム、人新世方程式、および大加速の物理的フレームワークというタイトルの記事で説明されています(Volume 169、ページ 66-69、2018 年 10 月)。この記事は最近、ジャーナル Global and Planetary Change .この作業は、ポルト大学の O. Bertolami と F. Francisco によって行われました。


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