زمین کتنی دیر تک سبز رہ سکتی ہے؟ ایک آب و ہوا کا ماڈل مدت کی ایک حد بتاتا ہے، قیامت کی تاریخ نہیں

زمین کتنی دیر تک سبز رہ سکتی ہے؟ ایک آب و ہوا کا ماڈل مدت کی ایک حد بتاتا ہے، قیامت کی تاریخ نہیں

ایک پتا بہت محدود شرائط کے اندر زندہ رہتا ہے۔ اسے روشنی، پانی، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور ایسا درجۂ حرارت چاہیے جسے اس کی حیاتی کیمیا برداشت کر سکے۔ انسانی عمر کے پیمانے پر سورج اس معاہدے کا تقریباً مستقل حصہ دکھائی دیتا ہے۔ ایک ارب سال کے پیمانے پر ایسا نہیں۔

مرکزی سلسلے (main تسلسل) پر عمر بڑھنے کے ساتھ سورج آہستہ آہستہ زیادہ روشن ہوتا جاتا ہے۔ زیادہ شمسی توانائی زمین کو گرم کرتی ہے، مگر سیارے کا ایک طویل مدتی ردِعمل بھی ہے: بارش کے پانی، کاربن ڈائی آکسائیڈ اور سلیکیٹ چٹانوں کے درمیان کیمیائی تعاملات فضا سے کاربن ڈائی آکسائیڈ نکال سکتے ہیں۔ اس سے greenhouse اثر کمزور ہوتا ہے اور حرارت میں اضافے کا کچھ حصہ متوازن ہو جاتا ہے۔ مگر یہی عمل، جو سیارے کو ٹھنڈا رکھنے میں مدد دیتا ہے، آخرکار ضیائی تالیف کرنے والے جانداروں کو اس کاربن سے محروم کر سکتا ہے جس سے وہ زندہ بافت بناتے ہیں۔

جریدہ of Geophysical تحقیق: فضائیں میں شائع ایک نئے مقالے نے پوچھا کہ پہلے کون سی حد آ سکتی ہے: بہت زیادہ حرارت، یا بہت کم کاربن ڈائی آکسائیڈ؟ جواب یہ نہیں کہ زمین کس تاریخ کو “مر جائے گی”۔ جان بوجھ کر سادہ کیے گئے دو مستقبل کے راستوں میں ضیائی تالیف کرنے والی حیات کے لیے اختیار کی گئی حدود آج سے تقریباً 1.35 سے 1.87 ارب سال کے درمیان آتی ہیں۔

یہ حد نباتاتی حیاتی کرہ، یعنی زمین کی اس حیاتیاتی دنیا کے بارے میں ہے جو ضیائی تالیف کرنے والے جانداروں—خصوصاً پودوں اور دوسرے ایسے جانداروں—سے قائم ہے جو روشنی اور کاربن ڈائی آکسائیڈ کو حیاتیاتی مادے میں بدلتے ہیں۔ یہ ہر microbe کی پیش گوئی نہیں۔ یہ انسانی تہذیب کی عمر نہیں۔ یہ خود سیارے کی عمر بھی نہیں۔

سیاروی thermostat کی دو غیر یقینی ترتیبات

مرکزی غیر یقینی silicate فرسودگی ہے۔ کاربن ڈائی آکسائیڈ بارش کے پانی میں گھلتی ہے، سلیکیٹ چٹانوں سے ردِعمل کرتی ہے، اور آخرکار سمندروں اور تلچھٹ کی طرف منتقل ہو سکتی ہے۔ آتش فشاں ارضیاتی اوقات میں کاربن ڈائی آکسائیڈ دوبارہ فضا میں پہنچاتے ہیں۔ یہ عمل مل کر carbonate-silicate cycle کا حصہ بناتے ہیں، جسے اکثر سیاروی thermostat سے تشبیہ دی جاتی ہے۔

زیادہ گرم اور زیادہ مرطوب دنیا میں فرسودگی تیز ہو سکتی ہے اور کاربن ڈائی آکسائیڈ زیادہ تیزی سے ہٹا سکتی ہے۔ مگر سائنس دان نہیں جانتے کہ مستقبل کے زیادہ روشن سورج کے تحت یہ ردِعمل زمین کو کتنی مضبوطی سے قابو میں رکھے گا۔ اسی لیے Jacob Haqq-Misra اور Eric Wolf نے ایک ہی “درست” راستہ منتخب نہیں کیا۔ انہوں نے دو اختتام members بنائے: جان بوجھ کر انتہائی صورتیں، تاکہ غیر یقینی کی حدود دیکھی جا سکیں۔

• کمزور فرسودگی والے اختتام رکن میں فضائی کاربن ڈائی آکسائیڈ 400 حصے فی ملین پر برقرار رہتی ہے، جبکہ زیادہ روشن ہوتا سورج درجۂ حرارت بڑھاتا ہے۔
• مضبوط فرسودگی والے اختتام رکن میں عالمی اوسط سطحی درجۂ حرارت 288 kelvin، یعنی تقریباً 15 degrees Celsius، پر برقرار رکھا جاتا ہے، جبکہ شمسی توانائی بڑھنے کے ساتھ کاربن ڈائی آکسائیڈ کم ہوتی جاتی ہے۔

ان میں سے کسی راستے کو زمین کے حقیقی مستقبل کے طور پر پیش نہیں کیا گیا۔ پہلا سوال یہ ہے کہ اگر کاربن ڈائی آکسائیڈ زیادہ رہے تو حرارت کیا کرے گی۔ دوسرا یہ پوچھتا ہے کہ اگر فرسودگی عالمی درجۂ حرارت کو آج کے اوسط کے قریب روکے رکھے تو کاربن کی کمی ضیائی تالیف کو کب محدود کرے گی۔

انتیس مستحکم ماڈل دنیائیں، دو ارب سال کی ایک فلم نہیں

محققین نے ExoCAM، ایک three-dimensional عالمی آب و ہوا ماڈل، استعمال کرکے زیادہ شمسی توانائی اور کم کاربن ڈائی آکسائیڈ کے مختلف combinations پر 29 مستحکم حالت climates نکالے۔ ہر صورت کو 70 ماڈل سال چلایا گیا۔ یہاں ایک ماڈل سال مقرر حالات کے تحت ایک سیمولیشن شدہ annual cycle ہے: یہ مصنوعی آب و ہوا کو settle ہونے دینے کے لیے runtime ہے، زمین کے مستقبل کی سال بہ سال پیش گوئی کا ایک قدم نہیں۔ جب سیمولیشن شدہ آب و ہوا کافی حد تک settle ہو گیا تو آخری 20 سال کا اوسط لیا گیا۔

یہ 29 صورتیں الگ الگ ماڈل دنیائیں ہیں۔ ہر چلانا grid میں ایک نقطہ ہے جو پوچھتا ہے: “شمسی توانائی اور کاربن ڈائی آکسائیڈ کی اس منتخب جوڑی کے تحت کون سی settled آب و ہوا بنتی ہے؟” کمپیوٹر نے آج کی زمین سے شروع کرکے اگلے دو ارب سال تک فضا، چٹانوں، سمندروں اور حیات کو مسلسل evolve نہیں کیا۔ مصنفین نے پہلے سے نکالے گئے ان نقاط کے اندر فرسودگی کے دو schematic راستے پیچھا کیا؛ نقاط کے درمیان پورا راستہ خود simulate نہیں ہوا۔

نیچے دی گئی جدول سرکاری ماڈل-اعداد و شمار archive میں موجود شمسی توانائی اور کاربن ڈائی آکسائیڈ کے combinations کو دوبارہ پیش کرتی ہے۔ صورت IDs یہاں archive کی ترتیب کے مطابق پڑھنے میں آسانی کے لیے شامل کیے گئے ہیں۔ S/S0 نسبتی شمسی constant ہے: ماڈل میں آنے والی شمسی توانائی کو اس کی موجودہ قدر S0 سے تقسیم کیا گیا ہے۔ اس لیے 1.2 کا مطلب آج سے 20 فیصد زیادہ آنے والی شمسی توانائی ہے۔ CO2 (ppm) ہر ملین فضائی سالمات میں کاربن ڈائی آکسائیڈ سالمات کی تعداد کا اختلاط تناسب ہے۔

ماڈل کی زمین پہچانی جا سکتی ہے، مگر جان بوجھ کر محدود ہے۔ اس کی جسامت زمین کے برابر ہے اور geography آج کی رکھی گئی ہے۔ مکمل گردش کرنے والے سمندر کے بجائے ایک سادہ کیا گیا slab ocean ہے، فضائی دباؤ تقریباً آج کی زمین کے برابر—one bar—رکھا گیا ہے، اور methane مقرر ہے۔ مدار مکمل طور پر circular ہے (صفر eccentricity)، اور rotation محور میں جھکاؤ نہیں (صفر obliquity)۔ ماڈل میں explicit soils، vegetation یا بدلتی حیاتی کرہ کا ردِعمل موجود نہیں۔ سب سے اہم بات یہ ہے کہ آب و ہوا ماڈل کو rock-فرسودگی ماڈل سے dynamically جوڑا نہیں گیا۔ یعنی ExoCAM خود فرسودگی نہیں نکالتا، پھر اس سے کاربن ڈائی آکسائیڈ update کرکے ردِعمل لوپ میں اگلی آب و ہوا چلانا نہیں چلاتا۔ محققین نے دو limiting راستے پہلے سے مقرر کیے اور انہیں 29-صورت آب و ہوا grid کے اندر پیچھا کیا۔

پہلا اختتام رکن: کاربن ڈائی آکسائیڈ کافی، حرارت بہت زیادہ

کمزور فرسودگی والے راستے میں کاربن ڈائی آکسائیڈ 400 حصے فی ملین پر مقرر رہتی ہے۔ شمسی توانائی بڑھنے کے ساتھ حرارت محدود کرنے والا عامل بن جاتی ہے۔

مقالہ پچھلے کام سے لیے گئے دو عالمی اوسط درجۂ حرارت کی حدود استعمال کرتا ہے:

• 323 kelvin، یعنی عالمی سالانہ اوسط کے طور پر تقریباً 50 degrees Celsius، پر دنیا کو زیادہ تر زمینی پودوں کے لیے بہت گرم سمجھا جاتا ہے۔ ماڈل اس حد تک تقریباً 1.68 ارب سال میں پہنچتا ہے۔
• 338 kelvin، یعنی عالمی سالانہ اوسط کے طور پر تقریباً 65 degrees Celsius، پر دنیا کو تمام زمینی پودوں کے لیے بہت گرم سمجھا جاتا ہے۔ ماڈل اس حد تک تقریباً 1.87 ارب سال میں پہنچتا ہے۔

یہ اختیار کی گئی حیاتیاتی حدود ہیں، ایسی آفاقی temperatures نہیں جن پر ہر ضیائی تالیف کرنے والا جاندار لازماً ناکام ہو۔ عالمی اوسط بڑے علاقائی فرق بھی چھپا دیتا ہے۔ مطالعہ الگ سے یہ دیکھتا ہے کہ درجۂ حرارت اور پانی کے کون سے combinations کہیں مناسب رہ سکتے ہیں، مگر آب و ہوا نقشہ پر ایک لیبل مستقبل کے ہر refuge یا adaptation کی فہرست نہیں بنا سکتا۔

دوسرا اختتام رکن: درجۂ حرارت قابلِ برداشت، کاربن ڈائی آکسائیڈ بہت کم

مضبوط فرسودگی والے راستے میں عالمی اوسط درجۂ حرارت 288 kelvin، یعنی تقریباً 15 degrees Celsius، پر رکھا جاتا ہے، جبکہ فضائی کاربن ڈائی آکسائیڈ کم ہوتی جاتی ہے۔ یہاں جواب اس بات پر منحصر ہے کہ مختلف ضیائی تالیفی pathways کتنی کم کاربن ڈائی آکسائیڈ پر کام کر سکتی ہیں۔

• روایتی 10 حصے فی ملین حد—یعنی ہر ملین فضائی سالمات میں 10 کاربن-dioxide سالمات—پر C4 photosynthesis کی حد تقریباً 1.35 ارب سال میں آتی ہے۔ C4 photosynthesis maize اور شکر cane سمیت کئی پودے استعمال کرتے ہیں اور کاربن-fixing enzyme کے گرد کاربن ڈائی آکسائیڈ concentrate کرتی ہے۔
• پچھلے کام میں زیرِ بحث متبادل 2.9 حصے فی ملین C4 حد اسے تقریباً 1.64 ارب سال تک لے جاتی ہے۔
• ایک tentative 1 حصہ فی ملین حد، جو بعض CAM plants—یعنی crassulacean acid metabolism استعمال کرنے والے پودوں، جہاں کاربن-dioxide uptake رات میں اور اس کا استعمال دن میں ہوتا ہے—یا dissolved bicarbonate استعمال کر سکنے والے aquatic plants کی ممکنہ بقا سے متعلق ہے، اسے تقریباً 1.84 ارب سال تک لے جاتی ہے۔

آخری عدد پر سب سے بڑا حیاتیاتی caveat ہے۔ مصنفین one-حصہ-فی-ملین حد کو واضح طور پر tentative کہتے ہیں۔ یہ مستقبل کی زمین کے حالات میں تمام CAM plants یا aquatic vegetation کے لیے experimentally established بقا حد نہیں۔

1.86 ارب سال کوئی expiry تاریخ کیوں نہیں

مقالے کا سرخی تخمینہ تقریباً 1.86 ارب سال دراصل دو optimistic upper اختتامی معیار کا اوسط ہے: کاربن-dioxide-limited branch میں 1.84 ارب سال اور heat-limited branch میں 1.87 ارب سال۔ یہ دو مختلف منظرنامے کا مختصر خلاصہ ہے۔ یہ زیادہ precision والا کوئی تیسرا ماڈل نتیجہ نہیں، اور نہ ہی best-تخمینہ تاریخ۔

حتیٰ کہ وسیع 1.35 سے 1.87 ارب سال کی حد بھی ایک ہی احتمال نہیں رکھتی۔ اس کے نچلے اور اوپری سرے مختلف فرسودگی assumptions، مختلف حیاتیاتی thresholds اور ایک آب و ہوا-ماڈل ترتیب پر منحصر ہیں۔ یہ حد وقت جتنا ہی تجربے میں کیے گئے choices کو بھی ناپتی ہے۔

دوسری حدود پہلے آ سکتی ہیں

نباتاتی حیاتی کرہ کے سب سے طویل تخمینے ایک الگ اور غیر یقینی حد کے قریب پہنچتے ہیں: moist یا runaway greenhouse، جو سمندروں کے بڑے پیمانے پر ضیاع کا سبب بن سکتی ہے۔ بڑھتی شمسی توانائی کے تحت یہ حالتیں کب شروع ہوں گی، اس بارے میں آب و ہوا ماڈلز میں خاصا اختلاف ہے، خصوصاً آج کے حالات سے بہت دور۔ بعض تخمینے انہیں سب سے optimistic photosynthesis حد سے پہلے رکھتے ہیں۔

اس کا مطلب ہے کہ upper branch کو اس وعدے کے طور پر نہیں پڑھا جا سکتا کہ زمین آج سے 1.87 ارب سال تک اپنے سمندر، مانوس براعظم یا رہنے کے قابل سطحی حالات برقرار رکھے گی۔ ماڈل مستقبل plate ارضیاتی حرکات، land علاقہ کی تبدیلی، بدلتی ہوئی ecosystems یا مکمل dynamic ocean بھی شامل نہیں کرتا۔ فضا کس طرح توانائی جذب اور خارج کرتی ہے، اس کے حساب بھی ایسے regimes تک لے جائے گئے ہیں جہاں سورج کی روشنی بہت شدید اور کاربن dioxide انتہائی کم ہے اور مختلف ماڈلز ایک دوسرے سے دور ہوتے جاتے ہیں۔

ارتقائی adaptation اور technological مداخلت مقالے کی discussion میں امکانات کے طور پر آتے ہیں۔ وہ 29 آب و ہوا سمیولیشنز کے outputs نہیں۔ ماڈل یہ نہیں دکھاتا کہ مستقبل organisms one-حصہ-فی-ملین ضیائی تالیفی pathway evolve کریں گے، اور نہ یہ دکھاتا ہے کہ کوئی civilization ایک ارب سال تک فضا manage کرے گی۔

یہ آج کے آب و ہوا crisis کے بارے میں نتیجہ نہیں

سورج کی بڑھتی روشنی کروڑوں سے اربوں سال کے پیمانے پر اثر ڈالتی ہے۔ جدید انسانی سرگرمی سے پیدا شدہ warming چند دہائیوں اور صدیوں میں تیزی سے بڑھنے والی greenhouse gases سے آتی ہے۔ یہ دو بالکل مختلف forcings ہیں، بالکل مختلف timescales پر، اور مختلف سوالوں کے جواب دیتی ہیں۔

اس مطالعے میں کچھ بھی موجودہ آب و ہوا تبدیلی کے شواہد کو کمزور نہیں کرتا اور نہ عمل میں تاخیر کی دلیل دیتا ہے۔ کسی بہت دور کے ماڈل منظرنامہ میں کچھ ضیائی تالیفی life باقی رہنے والی حیاتی کرہ، وہ آب و ہوا نہیں جس میں آج کے معاشرے اور ecosystems محفوظ رہیں۔

مقالہ اس لیے مفید ہے کہ یہ ایک بہت دور کے سوال کو زیادہ منظم بناتا ہے۔ یہ دکھاتا ہے کہ پہلے کے سادہ ماڈلز شاید سورج کی روشنی بڑھنے اور کاربن dioxide مقرر رہنے پر بہت زیادہ warming دکھاتے تھے، اور یہ کہ ضیائی تالیفی life کے برقرار رہنے کے لیے ایک معیاری کاربن حد سے زیادہ راستے ہو سکتے ہیں۔ یہ یہ بھی دکھاتا ہے کہ ہر اضافی fraction of a ارب سال اپنے ساتھ مفروضات کی ایک پوری زنجیر لاتا ہے۔

جو سورج ایک پتے کو توانائی دیتا ہے، وہ آہستہ آہستہ بدل رہا ہے۔ زمین مزید 1.35، 1.87 یا کسی اور تعداد میں ارب سال تک سبز رہتی ہے یا نہیں، اس کا دارومدار چٹانوں، پانی، فضا اور حیات کے مشترک ردِعمل پر ہوگا۔ دیانت دار نتیجہ کوئی تاریخ نہیں۔ یہ اس معاہدے کو دیکھنے کا وسیع تر زاویہ ہے۔

صاف خلاصہ

ایک three-dimensional آب و ہوا مطالعہ پوچھتی ہے کہ سورج کے آہستہ روشن ہونے کے ساتھ زمین کی نباتاتی—یعنی ضیائی تالیفی—حیاتی کرہ کتنی دیر برقرار رہ سکتی ہے۔ محققین نے 29 الگ مستحکم حالت climates نکالے اور ان میں دو illustrative اختتام members کے راستے پیچھا کیا۔ کمزور فرسودگی اور کاربن dioxide کو 400 حصے فی ملین پر مقرر رکھنے کی صورت میں زمینی پودوں کے لیے اختیار کی گئی heat حدود آج سے تقریباً 1.68 اور 1.87 ارب سال پر آتی ہیں۔ مضبوط فرسودگی اور عالمی اوسط درجۂ حرارت کو 288 kelvin، یعنی تقریباً 15 degrees Celsius، پر مقرر رکھنے کی صورت میں photosynthesis کے لیے اختیار کی گئی کاربن-dioxide حدود تقریباً 1.35، 1.64 اور ایک tentative حد کے ساتھ 1.84 ارب سال پر آتی ہیں۔ اکثر quote ہونے والا 1.86 ارب سال صرف دو optimistic upper اختتامی معیار کا rounded average ہے۔ یہ منظرنامہ-dependent ماڈل ranges ہیں، زمین، انسانیت یا تمام حیات کے خاتمے کی تاریخ نہیں۔ ماڈل prescribed راستے، موجودہ geography، slab ocean اور explicit soil–vegetation یا آب و ہوا–فرسودگی جوڑ کے بغیر کام کرتا ہے، اور سب سے طویل تخمینے غیر یقینی greenhouse اور ocean-loss حدود کے قریب پہنچتی ہیں۔

بلا مبالغہ جائزہ

مقالے کیا دکھاتا ہے: اس ExoCAM ترتیب میں three-dimensional climates بڑھتی سورج کی روشنی اور fixed کاربن dioxide کے تحت عموماً موازنہ کے سادہ ماڈلز سے کم گرم ہوتی ہیں۔ دو prescribed فرسودگی اختتام members اور کئی adopted حیاتیاتی thresholds میں نباتاتی حیاتی کرہ کی حدود آج سے تقریباً 1.35 سے 1.87 ارب سال کے درمیان آتی ہیں۔

کیا قرینِ قیاس مگر ثابت شدہ نہیں: بعض CAM plants یا dissolved bicarbonate استعمال کرنے والے aquatic plants تقریباً one حصہ فی ملین atmospheric کاربن dioxide پر photosynthesis برقرار رکھ سکتے ہیں؛ adaptation یا technology ضیائی تالیفی life کو مزید بڑھا سکتی ہے؛ اور حقیقی آب و ہوا-فرسودگی راستہ دونوں ماڈل اختتام members کے درمیان ہی رہے گا۔

یہ کیا نہیں دکھاتا: تمام پودوں، تمام حیات، انسانی تہذیب، زمین کے سمندروں یا خود سیارے کے خاتمے کی کوئی مقرر تاریخ؛ اگلے دو ارب سال کی ایک مسلسل سمیولیشن؛ یا موجودہ انسانی سرگرمی سے پیدا شدہ آب و ہوا تبدیلی کو کم اہم سمجھنے کی کوئی وجہ۔

اہم limitations: ایک آب و ہوا-ماڈل خاندان کے 29 مستحکم حالت صورتیں؛ dynamically coupled ہونے کے بجائے prescribed فرسودگی راستے؛ موجودہ geography؛ slab ocean؛ fixed methane؛ صفر obliquity اور eccentricity؛ explicit soils، vegetation یا حیاتی کرہ ردِعمل کا نہ ہونا؛ غیر یقینی heat اور کاربن-dioxide thresholds؛ اور moist و runaway greenhouse حالات کے قریب ماڈلز کا وسیع اختلاف۔

عام قاری کو کتنا اعتماد ہونا چاہیے؟ زیادہ اعتماد کہ مطالعہ ممکنہ ماڈل حد کو وسیع کرتا اور اسے قابو کرنے والے مفروضات واضح کرتا ہے۔ اس ماڈل کے اندر عددی span کو مفید bracket سمجھنے پر درمیانہ اعتماد۔ کسی عین تاریخ پر کم اعتماد، کیونکہ سب سے دور اختتامی معیار جان بوجھ کر extreme آب و ہوا راستے اور غیر یقینی biology پر منحصر ہیں۔