Bod zlomu nastáva, keď už k zmenám nedochádza dlhodobo a postupne. Je to okamih schopný zmeniť všetko, dokonca aj fungovanie celej klímy.
Ilustračný obrázok. Zdroj: iStockphoto.com
Preto v tejto oblasti už dlhšie prebieha dynamický výskum bodov zlomu (o prípadnom bode zlomu vo fungovaní Golfského prúdu sme už na portáli Veda na dosah písali, pozri nasledujúci link: Čaká nás budúcnosť bez Golfského prúdu?). Napriek čiastkovým úspechom však dnešná veda stále nedokáže s dostatočným predstihom predpovedať, kedy nastanú body zlomu v kľúčových klimatických systémoch. Ak by to dokázala, mali by sme k dispozícii výstražný signál, ktorý by nás varoval aj pred príchodom nezvratnej klimatickej zmeny.
Doterajšie poznatky o bodoch zlomu v zložitých dynamických systémoch (ide o systémy, ktoré sa v čase menia. Viac po kliknutí na nasledujúci odkaz: Dynamický systém) sa spoliehajú na dva varovné signály. Prvým je zvýšená amplitúda, teda vzdialenosť od stabilného stavu. Druhým je kritické spomalenie, teda čas potrebný na návrat systému k stabilite. Ide o užitočné ukazovatele, no v momente, keď ich zaznamenáme, môže byť na zvrátenie situácie neskoro.
V štúdii zverejnenej v časopise PNAS pod vedením Thomasa Buryho z oddelenia aplikovanej matematiky na kanadskej univerzite vo Waterloo sa vedci pokúsili využiť na spresnenie prognóz o hroziacich bodoch zlomu umelú inteligenciu. Autori ukázali, že algoritmy so zabudovanými metódami umelej inteligencie (schopnosťou učiť sa) môžeme použiť aj na spresnenie prognóz súvisiacich s príchodom bodov zlomu. Umelá inteligencia totiž dokázala predpovedať príchod bodu zlomu s takmer stopercentnou pravdepodobnosťou oveľa skôr ako doteraz používané metódy (na obrázku nižšie).
Univerzum možných budúcností
Autori vytvorili dva tréningové súbory dát, zahŕňajúce akési univerzum možných budúcností. Jeden z nich pozostával z pol milióna časových rád s dĺžkou päťsto bodov, druhý z dvestotisíc časových rád s dĺžkou tisícpäťsto bodov. Súbory poslúžili na vytvorenie vhodného matematického modelu. Pri učení model opakovane spúšťali až desaťtisíckrát, keď boli reálne východiskové podmienky stanovené náhodne. Vedci v jednotlivých simuláciách potom sledovali takzvané bifurkácie, čiže zlomové situácie, keď nastane náhla zmena v správaní a vlastnostiach systému. Bifurkácie takisto poslúžili pri ďalšom štúdiu systému.
Znázornenie vývoja v troch základných typoch ekologických modelov v čase (Foldova, Hopfova a transkritická bifurkácia) (šedé čiary, A-C) a im zodpovedajúce varovné indikátory: autokorelácia alebo kritické spomalenie (D-F), variancia (premenlivosť) (G-I) a pravdepodobnosť bifurkácie predpovedaná umelou inteligenciou (J-L). Zdroj: PNAS
Použitie umelej inteligencie vedcom umožnilo jednak zvýšiť presnosť prognóz, jednak aj určiť konkrétne systémy, v ktorých k nim môže dôjsť. Jedným z autorov štúdie je Tim Lenton, riaditeľ Inštitútu globálnych systémov pri univerzite v britskom Exeteri. Tento priekopník teórie o bodoch zlomu uviedol: „Poskytnutie zlepšených varovných signálov bodov zlomu v klimatickom systéme môže pomôcť spoločnostiam prispôsobiť sa a znížiť náchylnosť voči budúcnosti, a to aj v prípade, že ju nedokážu zmeniť.“
Grónsko, Amazónia, permafrost aj koralové útesy
Medzi typické systémy, ktoré v klimatickom systéme podliehajú bodom zlomu, patrí okrem Grónska oblasť trvalo zamrznutej pôdy za polárnym kruhom (permafrost), amazonský dažďový les, indické monzúny alebo koralové útesy v oceánoch. Napríklad v prípade permafrostu hrozí, že jeho zrýchlené roztápanie uvoľní do vzduchu oveľa viac oxidu uhličitého ako doteraz, čo výrazne prispeje k nárastu priemerných teplôt na Zemi a úbytku svetových ľadovcov. Taktiež významnejšie zmenšenie amazonského pralesa by znamenalo rýchlejšie zníženie schopnosti biosféry pohlcovať CO2.
Podľa vedcov podieľajúcich sa na výskume ide o skutočne prelomový skok v poznaní súvislostí a možných dôsledkov klimatickej zmeny. Táto práca – spoločne s poznatkami, ktoré už o dynamických systémoch máme – nepochybne otvorí nové možnosti ďalšieho využitia umelej inteligencie. Vedci sa chystajú aplikovať novú metódu aj na analýzu bodov zlomu v klimatickom systéme. Ako však naložíme s možným poznatkom? Kedy nás napríklad čaká nevyhnutné roztopenie Grónska? To už zostáva na celej spoločnosti. Autori, samozrejme, dúfajú v pozitívne zmeny.
Zdroj: Thomas Bury a kol., PNAS, 2021.
