Satelliittikuva pilvistä

Heikot signaalit voivat ennakoida suuria ekologisia ja yhteiskunnallisia muutoksia

11.06.2021

Yllättäviä muutoksia ekosysteemeissä, ilmastossa ja yhteiskunnissa voidaan nyt ennakoida aiempaa paremmin. Tällaisten kompleksisten järjestelmien tasapainoa on hankala mitata, mutta uusi tutkimus osoittaa, että niiden haavoittuvuudesta voidaan saada arvokasta tietoa havainnoimalla järjestelmän tavanomaista huojuntaa. Tutkimus on julkaistu arvovaltaisessa Science-tiedejulkaisussa.

Sademetsät voivat kuivahtaa savanneiksi, golf-virta tyrehtyä, markkinat romahtaa ja masennus vallata mielen. Kaikki nämä ovat esimerkkejä kriittisistä muutoksista, joita havaitaan kompleksisissa järjestelmissä. Tasapainon horjuessa pienetkin muutokset voivat käynnistää ketjureaktion, jonka seurauksena systeemi hakeutuu kiihtyvällä voimalla kohti uudenlaista tasapainoa.

Tutkijat ovat jo pitkään etsineet tapoja ennakoida tällaisia muutoksia ja järjestelmien haavoittuvuutta.

Science-lehdessä julkaistussa tutkimusartikkelissa kansainvälinen tutkijaryhmä osoitti, että systeemin värähtelyt auttavat ennakoimaan äkillisten tilasiirtymien ja romahdusten riskiä luonnollisissa ja yhteiskunnallisissa järjestelmissä. Värähtely kantaa mukanaan pieniä vihjeitä järjestelmien tasapainosta ja haavoittuvuudesta.

– Matemaattiset perusteet lähestymistavalle ovat olleet olemassa jo pitkään. FT Babak Arani tutkimusryhmästämme osasi kuitenkin ensimmäisenä yhdistää aiemmat teoriat tavalla, joka avaa aivan uusia näkymiä kompleksisten järjestelmien elinkaaren ennakointiin, kertoo hanketta koordinoinut FT Egbert van Nes Wageningenin yliopistosta.

Tutkijoiden mukaan löydetty menetelmä ei ole kristallipallo tulevaan, mutta avaa kokonaan uusia tapoja mitata luonnollisten ja yhteiskunnallisten järjestelmien pysyvyyttä. Uutta lähestymistavassa on, että se osaa hyödyntää järjestelmien luontaiseen vaihteluun sisältyviä heikkoja signaaleja aiempaa paremmin.

– Todelliset järjestelmät ovat jatkuvassa liikkeessä, ja pienet yksittäiset muutokset voivat vähitellen ohjata systeemin asteittain kohti romahduspistettä ja uudenlaista tasapainotilaa. Uuden menetelmän avulla voidaan entistä paremmin arvioida tasapainon kestävyyttä ja systeemin odotettavissa olevaa elinikää, kertoo tutkimusryhmän suomalaisjäsen, akatemiatutkija Leo Lahti Turun yliopistosta.

Laaja sovellettavuus menetelmän vahvuutena

Teoreettisesta perustasta huolimatta menetelmän sovellukset ovat suoraviivaisia. Pääkehittäjän Babak Aranin mukaan erityisen kiintoisan uudesta menetelmästä tekee se, että vastaavia aineistoja tuotetaan kiihtyvällä tahdilla tekniikasta ihmistieteisiin esimerkiksi automaattisilla satelliittisensoreilla, älylaitteilla, ja kaupunkien toiminnassa.

– Yleisyyden ansiosta uutta lähestymistapaa voidaan hyödyntää keskenään hyvinkin erilaisten järjestelmien haavoittuvuuden mittaamiseen mielenterveyden muutoksista mikrobiekosysteemeihin tai globaaliin ilmastojärjestelmään, Arani sanoo.

Tutkimusartikkeli “Exit Time as a Measure of Ecological Resilience” on julkaistu Science-lehdessä 11.6.2021.

Lisätietoa:

Suomeksi:
Leo Lahti
apulaisprofessori / akatemiatutkija
Tietotekniikan laitos, Turun yliopisto
leo.lahti@utu.fi, p. 050 436 4626

Englanniksi:
Egbert van Nes, egbert.vannes@wur.nl
Babak Arani, m.shojaei.arani@rug.nl

Luotu 11.06.2021 | Muokattu 11.06.2021