Un nouvel article scientifique d'une équipe internationale de scientifiques distingués dirigée par l'Université du Maryland, dont cinq membres des Académies nationales, fait valoir qu'il manque des rétroactions bidirectionnelles critiques dans les modèles climatiques actuels qui sont utilisés pour informer l'environnement, climat, et les politiques économiques. Les variables les plus importantes insuffisamment modélisées sont l'inégalité, consommation, et démographiques.

Dans cette recherche, les auteurs présentent de nombreuses preuves de la nécessité d'un nouveau paradigme de modélisation qui intègre les rétroactions que le système Terre a sur les humains, et proposer un cadre pour la modélisation future qui servirait de guide plus réaliste pour l'élaboration des politiques et le développement durable.

Douze de l'équipe interdisciplinaire de 20 coauteurs sont de l'Université du Maryland, avec plusieurs autres universités (Northeastern University, Université de Columbia, Université George Mason, Université Johns Hopkins, et Brown University) et d'autres institutions (Joint Global Change Research Institute, Corporation universitaire pour la recherche atmosphérique, l'Institut pour l'environnement mondial et la société, L'institut de recherche japonais RIKEN, et le Goddard Space Flight Center de la NASA) également représentés.

L'étude explique que le système terrestre (par exemple, atmosphère, océan, terre, et la biosphère) fournit le système humain (par exemple, l'homme et sa production, Distribution, et consommation) non seulement les sources de ses intrants (par exemple, l'eau, énergie, biomasse, et matériaux) mais aussi les éviers (ex. atmosphère, océans, rivières, des lacs, et terres) qui absorbent et traitent ses extrants (par exemple, émissions, la pollution, et autres déchets).

Intitulé "Modélisation de la durabilité :population, Inégalité, Consommation, et le couplage bidirectionnel de la Terre et des systèmes humains", le document décrit comment la croissance rapide de l'utilisation des ressources, changement d'affectation des terres, émissions, et la pollution a fait de l'humanité le moteur dominant du changement dans la plupart des systèmes naturels de la Terre, et comment ces changements, à son tour, avoir des effets de rétroaction critiques sur les humains avec des conséquences coûteuses et graves, y compris sur la santé et le bien-être humains, croissance et développement économiques, et même les migrations humaines et les conflits sociétaux. Cependant, l'article soutient que ces interactions bidirectionnelles ("couplage bidirectionnel") ne sont pas incluses dans les modèles actuels.

La revue multidisciplinaire d'Oxford University Press Revue scientifique nationale , qui a publié le journal, a mis en avant les travaux dans son numéro actuel, soulignant que "le taux de variation des concentrations atmosphériques de CO2, CH4, et le N2O [les principaux gaz à effet de serre] a augmenté de plus de 700, 1000, et 300 fois (respectivement) dans la période qui a suivi la Révolution verte par rapport aux taux préindustriels." Voir la figure 1 de l'article Highlights, reproduit ci-dessous.

"De nombreux ensembles de données, par exemple, les données de concentration totale des gaz à effet de serre atmosphériques, montrent que la population humaine a été un puissant moteur de l'impact total des humains sur notre planète Terre. Cela se voit particulièrement après les deux changements de régime qui s'accélèrent :la révolution industrielle (~1750) et la révolution verte (~1950) », a déclaré Safa Motesharrei, Scientifique des systèmes UMD et auteur principal de l'article. "Pour la dernière fois, nous montrons que l'impact total a augmenté en moyenne d'environ 4 % entre 1950 et 2010, avec des contributions presque égales de la croissance démographique (~1,7 pour cent) et de la croissance du PIB par habitant (~2,2 pour cent). Cela correspond à un doublement de l'impact total tous les ~17 ans. Ce doublement de l'impact est incroyablement rapide."

"Toutefois, ces impacts humains ne peuvent vraiment être compris que dans le contexte des inégalités économiques, " a souligné le politologue et co-auteur Jorge Rivas de l'Institute for Global Environment and Society. " L'utilisation moyenne des ressources par habitant dans les pays riches est 5 à 10 fois plus élevée que dans les pays en développement, et les pays développés sont responsables de plus des trois quarts des émissions cumulées de gaz à effet de serre de 1850 à 2000."

Le géographe et co-auteur de l'Université du Maryland, Klaus Hubacek, a ajouté :« La disparité est encore plus grande lorsque l'on inclut les inégalités au sein des pays. Par exemple, environ 50 % de la population mondiale vit avec moins de 3 $ par jour, 75 pour cent sur moins de 8,50 $, et 90 pour cent sur moins de 23 $. L'un des effets de cette inégalité est que les 10 pour cent les plus riches produisent presque autant d'émissions totales de carbone que les 90 pour cent les plus bas combinés."

L'étude explique que l'augmentation des inégalités économiques, consommation par habitant, et la population totale sont tous à l'origine de cette croissance rapide de l'impact humain, mais que les principaux modèles scientifiques d'interaction Terre-Système humain ne couplent pas de manière bidirectionnelle (interactivement) les modèles du système terrestre avec les principaux moteurs du changement du système humain tels que la démographie, inégalité, croissance économique, et les migrations.

Les chercheurs soutiennent que les modèles actuels utilisent généralement des modèles indépendants, projections externes de ces moteurs. "Ce manque de couplage bidirectionnel rend les modèles actuels susceptibles de manquer des rétroactions critiques dans le système combiné Terre-Homme, " a déclaré Eugenia Kalnay, membre de la National Academy of Engineering et co-auteur, un professeur d'université émérite de sciences atmosphériques et océaniques à l'Université du Maryland.

"Ce serait comme essayer de prédire El Niño avec un modèle atmosphérique sophistiqué, mais avec les températures de surface de la mer prises de l'extérieur, projections indépendantes par, par exemple, les Nations Unies, " dit Kalnay. " Sans inclure les vrais retours, les prédictions pour les systèmes couplés ne peuvent pas fonctionner ; le modèle s'éloignera très vite de la réalité."

"Ignorer ce couplage bidirectionnel de la Terre et des systèmes humains peut conduire à manquer quelque chose d'important, même décisif, pour le sort de notre planète et de notre espèce, " a déclaré le co-auteur Mark Cane, G. Unger Vetlesen, professeur de sciences de la Terre et du climat à l'Observatoire terrestre de Lamont-Doherty de l'Université Columbia, qui a récemment remporté le prix Vetlesen pour avoir créé le premier modèle couplé océan-atmosphère avec des rétroactions qui ont prédit avec succès El Niño.

Co-auteur Matthias Ruth, Directeur et professeur à l'École des politiques publiques et des affaires urbaines, Université du Nord-Est, a déclaré:"Le résultat de ne pas modéliser dynamiquement ces rétroactions critiques du système homme-terre serait que les défis environnementaux auxquels l'humanité est confrontée pourraient être considérablement sous-estimés. De plus, il n'y a pas de rôle explicite donné aux politiques et aux investissements pour façonner activement le cours dans lequel la dynamique se déroule. Plutôt, comme les modèles sont conçus maintenant, toute intervention, presque par définition, vient de l'extérieur et est perçue comme un coût. Une telle modélisation, et l'état d'esprit qui va avec, ne laisse aucune place à la créativité pour résoudre certains des défis les plus urgents."

"Le document souligne à juste titre que d'autres facteurs de stress humains, non seulement ceux du climat, sont très importants pour la durabilité à long terme, y compris la nécessité de réduire les inégalités'', a déclaré Carlos Nobre (pas un co-auteur), l'un des plus grands scientifiques du système terrestre au monde, qui a récemment remporté le prestigieux Volvo Environment Prize in Sustainability pour son rôle dans la compréhension et la protection de l'Amazonie. « L'égalité sociale et économique permet aux sociétés de s'engager dans des voies durables, qui inclut, d'ailleurs, non seulement l'utilisation durable des ressources naturelles mais aussi le ralentissement de la croissance démographique, pour réduire activement l'empreinte humaine sur l'environnement.

Michael Mann, Professeur émérite et directeur du Earth System Science Center de la Penn State University, qui n'était pas co-auteur de l'article, commenté :« Nous ne pouvons pas séparer les questions de croissance démographique, la consommation de ressources, la combustion de combustibles fossiles, et le risque climatique. Ils font partie d'un système dynamique couplé, et, comme le montrent les auteurs, cela a des conséquences potentielles désastreuses pour l'effondrement de la société. Les implications ne pourraient pas être plus profondes."