Rockström et al. (2009) - A safe operating space for humanity
Het identificeren en kwantificeren van planetaire grenzen die niet mogen worden overschreden, zou
kunnen helpen voorkomen dat menselijke activiteiten onaanvaardbare veranderingen in het milieu
veroorzaken, betogen Johan Rockström en collega's.
Hoewel de aarde vele periodes van ingrijpende veranderingen in het milieu is ondergaan, is het milieu
de afgelopen 10.000 jaar ongewoon stabiel gebleven. Deze periode wordt ook wel het Holoceen
genoemd. Maar sinds de industriële revolutie is er een nieuw tijdperk aangebroken, het Antropoceen,
waarin menselijk handelen de belangrijkste motor is geworden van wereldwijde milieuverandering en
hiermee de stabiliteit in gevaar brengt.
Tijdens het Holoceen vonden veranderingen in het milieu van nature plaats en behield de regelgevende
capaciteit van de aarde de omstandigheden die menselijke ontwikkeling mogelijk maakten.
Door een snelgroeiende afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en geïndustrialiseerde vormen van
landbouw, hebben menselijke activiteiten een niveau bereikt die de systemen zouden kunnen
beschadigen.
Planetaire grenzen
Om de staat Holoceen in stand te houden, stellen we een kader voor dat is gebaseerd op ‘planetaire
grenzen’. Veel subsystemen van de aarde reageren op een niet-lineaire, vaak abrupte manier, en zijn
bijzonder gevoelig rond drempelwaarden van bepaalde belangrijke variabelen. Als deze drempels
worden overschreden, kunnen belangrijke subsystemen, zoals een moessonsysteem, naar een nieuwe
staat overgaan, vaak met schadelijke of mogelijk zelfs rampzalige gevolgen voor de mens.
We hebben negen van dergelijke processen gevonden waarvan we denken dat het nodig is om
planetaire grenzen te definiëren: klimaatverandering; snelheid van verlies van biodiversiteit
(terrestrisch en marien); interferentie met de stikstof- en fosforcycli; stratosferische ozonafbraak;
oceaanverzuring; wereldwijd zoetwatergebruik; verandering in landgebruik; chemische vervuiling; en
atmosferische aerosolbelasting. Onze analyse suggereert dat drie van de processen van het
aardsysteem - klimaatverandering, snelheid van verlies van biodiversiteit en interferentie met de
stikstofcyclus - hun grenzen al hebben overschreden.
,Klimaatverandering
Onze voorgestelde klimaatgrens is gebaseerd op twee kritische drempels die kwalitatief verschillende
klimaatsysteem statussen scheiden. Het heeft twee parameters: atmosferische concentratie van
kooldioxide en stralingsforcering (de snelheid van energieveranderingen per oppervlakte-eenheid van
de aarde, gemeten aan de bovenkant van de atmosfeer). Wij stellen voor dat menselijke veranderingen
in atmosferische CO2-concentraties niet meer dan 350 volumedelen per miljoen mogen bedragen en
dat stralingsforcering niet meer dan 1 watt per vierkante meter boven het pre-industriële niveau mag
bedragen. Het overschrijden van deze grenzen vergroot het risico op onomkeerbare
klimaatverandering, zoals het verlies van grote ijskappen, versnelde zeespiegelstijging en abrupte
verschuivingen in bos- en landbouwsystemen. De huidige CO2-concentratie bedraagt 387 p.p.m.v. en
de verandering in stralingsforcering is 1,5 W m − 2 (ref. 11).
Er zijn tenminste drie redenen voor onze voorgestelde klimaatgrens.
1. Ten eerste kunnen de huidige klimaatmodellen de ernst van klimaatverandering op lange
termijn aanzienlijk onderschatten. De modellen bevatten geen versterkende feedbackprocessen
op lange termijn, zoals afnamen van de oppervlakte van de ijsbedekking of veranderingen in
de verspreiding van de vegetatie.
2. De tweede overweging is de stabiliteit van de grote poolijskappen.
3. Ten derde beginnen we bewijs te zien dat sommige van de subsystemen van de aarde al buiten
hun stabiele holocene toestand bewegen. Dit omvat de snelle terugtrekking van het zomerzee-
ijs in de Noordelijke IJszee, de terugtrekking van berggletsjers over de hele wereld, het verlies
van massa van de Groenlandse en West-Antarctische ijskappen en de versnelde
zeespiegelstijging in het verleden 10-15 jaar.
Percentage verlies aan biodiversiteit
Het uitsterven van soorten is een natuurlijk proces en zou plaatsvinden zonder menselijk handelen. Het
verlies aan biodiversiteit in het Antropoceen is echter enorm versneld. Soorten sterven met een
snelheid uit die niet meer is waargenomen sinds de laatste wereldwijde massa-uitsterving.
Tegenwoordig wordt het uitsterven van soorten geschat op 100 tot 1.000 keer meer dan wat als
natuurlijk kan worden beschouwd. Net als bij klimaatverandering zijn menselijke activiteiten de
belangrijkste oorzaak van de versnelling. Veranderingen in landgebruik oefenen het grootste effect uit.
Deze veranderingen omvatten de omzetting van natuurlijke ecosystemen in landbouw of in stedelijke
gebieden; veranderingen in frequentie, duur of omvang van bosbranden en soortgelijke storingen; en
de introductie van nieuwe soorten in land- en zoetwateromgevingen. De snelheid van
klimaatverandering zal deze eeuw een belangrijkere motor worden voor verandering in biodiversiteit,
wat leidt tot een versneld verlies van soorten.
Stikstof- en fosforcycli
Moderne landbouw is een belangrijke oorzaak van milieuverontreiniging, waaronder grootschalige
door stikstof en fosfor veroorzaakte milieuveranderingen. Op planetaire schaal zijn de extra
hoeveelheden door de mens geactiveerde stikstof en fosfor nu zo groot dat ze de globale cycli van
deze twee belangrijke elementen aanzienlijk verstoren.
Een planetaire grens stellen voor menselijke modificatie van de stikstofcyclus is niet eenvoudig. We
hebben de grens gedefinieerd door de menselijke fixatie van N2 vanuit de atmosfeer te beschouwen
als een gigantische 'klep' die een enorme stroom nieuwe reactieve stikstof naar de aarde stuurt. Als
eerste schatting stellen we voor dat deze klep de stroom van nieuwe reactieve stikstof moet bevatten
tot 25% van de huidige waarde, of ongeveer 35 miljoen ton stikstof per jaar. Gezien de implicaties van
het proberen dit doel te bereiken, is er veel meer onderzoek en synthese van informatie nodig om een
beter geïnformeerde grens te bepalen.
In tegenstelling tot stikstof is fosfor een fossiele mineraal die zich ophoopt als gevolg van geologische
processen. Het wordt gewonnen uit gesteente en het gebruik ervan varieert van kunstmest tot
tandpasta. Jaarlijks wordt ongeveer 20 miljoen ton fosfor gewonnen en ongeveer 8,5 miljoen - 9,5
miljoen ton daarvan komt in de oceanen terecht25,28. Dit wordt geschat op ongeveer acht keer de
natuurlijke instroomsnelheid. Records uit de geschiedenis van de aarde laten zien dat grootschalige
anoxische oceaangebeurtenissen plaatsvinden wanneer kritische drempels voor de instroom van fosfor
in de oceanen worden overschreden. Dit verklaart mogelijk de massa-extincties van het zeeleven in het
, verleden. Modellering suggereert dat een aanhoudende toename van fosfor die in de oceanen stroomt,
meer dan 20% van de natuurlijke verwering op de achtergrond voldoende was om anoxische
gebeurtenissen in het verleden te veroorzaken29.
Onze voorlopige modelschattingen suggereren dat als er een meer dan tienvoudige toename is van
fosfor dat in de oceanen stroomt (vergeleken met pre-industriële niveaus), anoxische
oceaangebeurtenissen binnen 1000 jaar waarschijnlijker worden. Ondanks de grote onzekerheden,
geven de huidige stand van de wetenschap en de huidige waarnemingen van abrupte door fosfor
veroorzaakte regionale anoxische gebeurtenissen aan dat niet meer dan 11 miljoen ton fosfor per jaar
in de oceanen mag stromen - tien keer het natuurlijke achtergrondpercentage . We schatten dat dit
grensniveau de mensheid meer dan 1000 jaar in staat zal stellen om veilig weg te blijven van het risico
van oceaanoxiden, waarbij we erkennen dat de huidige niveaus de kritische drempels voor veel
estuaria en zoetwatersystemen al overschrijden.
Delicate balans
Hoewel de planetaire grenzen worden beschreven in termen van individuele hoeveelheden en
afzonderlijke processen, zijn de grenzen nauw met elkaar verbonden. We hebben niet de luxe om onze
inspanningen op een van hen te concentreren, afgezonderd van de anderen. Als een grens wordt
overschreden, lopen ook andere grenzen een ernstig risico. Zo kunnen grote veranderingen in
landgebruik in de Amazone de watervoorraden tot in Tibet beïnvloeden30. De klimaatveranderende
grens hangt af van het verblijf aan de veilige kant van de zoetwater-, land-, aerosol-, stikstof-fosfor-,
oceaan- en stratosferische grenzen. Het overschrijden van de stikstof-fosforgrens kan de veerkracht
van sommige mariene ecosystemen aantasten, waardoor hun vermogen om CO2 te absorberen
mogelijk afneemt en daardoor de klimaatgrens wordt aangetast.
De grenzen die we voorstellen, vertegenwoordigen een nieuwe benadering voor het definiëren van
biofysische voorwaarden voor menselijke ontwikkeling. Voor het eerst proberen we de veilige grenzen
te kwantificeren waarbuiten het aardsysteem niet kan blijven functioneren in een stabiele,
holoceenachtige toestand.
De aanpak berust op drie takken van wetenschappelijk onderzoek. De eerste behandelt de omvang van
menselijk handelen in relatie tot het vermogen van de aarde om dit te ondersteunen. Dit is een
belangrijk kenmerk van de onderzoeksagenda ecologische economie31, gebaseerd op kennis van de
essentiële rol van de levensondersteunende eigenschappen van het milieu voor het menselijk
welzijn32,33 en de biofysische beperkingen voor de groei van de economie34,35. De tweede is het
werk om essentiële aardprocessen6,36,37 te begrijpen, waaronder menselijk handelen23,38,
samengebracht op het gebied van onderzoek naar global change en duurzaamheidswetenschap39. Het
derde onderzoeksgebied is onderzoek naar veerkracht40–42 en de verbanden met complexe
dynamiek43,44 en zelfregulatie van levende systemen45,46, met de nadruk op drempels en
verschuivingen tussen staten8. Hoewel we bewijzen leveren dat drie grenzen zijn overschreden,
blijven er veel hiaten in onze kennis. We hebben voorlopig zeven grenzen gekwantificeerd, maar
sommige cijfers zijn slechts onze eerste beste inschattingen. Omdat veel van de grenzen met elkaar
verbonden zijn, heeft het overschrijden van de ene ook gevolgen voor de andere op manieren die we
nog niet helemaal begrijpen. Er is ook aanzienlijke onzekerheid over hoe lang het duurt om gevaarlijke
veranderingen in de omgeving te veroorzaken of om andere terugkoppelingen op gang te brengen die
het vermogen van het aardesysteem of belangrijke subsystemen om terug te keren naar veilige niveaus
drastisch verminderen.
Het bewijs tot dusver suggereert dat de mensheid, zolang de drempels niet worden overschreden, de
vrijheid heeft om op lange termijn sociale en economische ontwikkeling na te streven.
Het identificeren en kwantificeren van planetaire grenzen die niet mogen worden overschreden, zou
kunnen helpen voorkomen dat menselijke activiteiten onaanvaardbare veranderingen in het milieu
veroorzaken, betogen Johan Rockström en collega's.
Hoewel de aarde vele periodes van ingrijpende veranderingen in het milieu is ondergaan, is het milieu
de afgelopen 10.000 jaar ongewoon stabiel gebleven. Deze periode wordt ook wel het Holoceen
genoemd. Maar sinds de industriële revolutie is er een nieuw tijdperk aangebroken, het Antropoceen,
waarin menselijk handelen de belangrijkste motor is geworden van wereldwijde milieuverandering en
hiermee de stabiliteit in gevaar brengt.
Tijdens het Holoceen vonden veranderingen in het milieu van nature plaats en behield de regelgevende
capaciteit van de aarde de omstandigheden die menselijke ontwikkeling mogelijk maakten.
Door een snelgroeiende afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en geïndustrialiseerde vormen van
landbouw, hebben menselijke activiteiten een niveau bereikt die de systemen zouden kunnen
beschadigen.
Planetaire grenzen
Om de staat Holoceen in stand te houden, stellen we een kader voor dat is gebaseerd op ‘planetaire
grenzen’. Veel subsystemen van de aarde reageren op een niet-lineaire, vaak abrupte manier, en zijn
bijzonder gevoelig rond drempelwaarden van bepaalde belangrijke variabelen. Als deze drempels
worden overschreden, kunnen belangrijke subsystemen, zoals een moessonsysteem, naar een nieuwe
staat overgaan, vaak met schadelijke of mogelijk zelfs rampzalige gevolgen voor de mens.
We hebben negen van dergelijke processen gevonden waarvan we denken dat het nodig is om
planetaire grenzen te definiëren: klimaatverandering; snelheid van verlies van biodiversiteit
(terrestrisch en marien); interferentie met de stikstof- en fosforcycli; stratosferische ozonafbraak;
oceaanverzuring; wereldwijd zoetwatergebruik; verandering in landgebruik; chemische vervuiling; en
atmosferische aerosolbelasting. Onze analyse suggereert dat drie van de processen van het
aardsysteem - klimaatverandering, snelheid van verlies van biodiversiteit en interferentie met de
stikstofcyclus - hun grenzen al hebben overschreden.
,Klimaatverandering
Onze voorgestelde klimaatgrens is gebaseerd op twee kritische drempels die kwalitatief verschillende
klimaatsysteem statussen scheiden. Het heeft twee parameters: atmosferische concentratie van
kooldioxide en stralingsforcering (de snelheid van energieveranderingen per oppervlakte-eenheid van
de aarde, gemeten aan de bovenkant van de atmosfeer). Wij stellen voor dat menselijke veranderingen
in atmosferische CO2-concentraties niet meer dan 350 volumedelen per miljoen mogen bedragen en
dat stralingsforcering niet meer dan 1 watt per vierkante meter boven het pre-industriële niveau mag
bedragen. Het overschrijden van deze grenzen vergroot het risico op onomkeerbare
klimaatverandering, zoals het verlies van grote ijskappen, versnelde zeespiegelstijging en abrupte
verschuivingen in bos- en landbouwsystemen. De huidige CO2-concentratie bedraagt 387 p.p.m.v. en
de verandering in stralingsforcering is 1,5 W m − 2 (ref. 11).
Er zijn tenminste drie redenen voor onze voorgestelde klimaatgrens.
1. Ten eerste kunnen de huidige klimaatmodellen de ernst van klimaatverandering op lange
termijn aanzienlijk onderschatten. De modellen bevatten geen versterkende feedbackprocessen
op lange termijn, zoals afnamen van de oppervlakte van de ijsbedekking of veranderingen in
de verspreiding van de vegetatie.
2. De tweede overweging is de stabiliteit van de grote poolijskappen.
3. Ten derde beginnen we bewijs te zien dat sommige van de subsystemen van de aarde al buiten
hun stabiele holocene toestand bewegen. Dit omvat de snelle terugtrekking van het zomerzee-
ijs in de Noordelijke IJszee, de terugtrekking van berggletsjers over de hele wereld, het verlies
van massa van de Groenlandse en West-Antarctische ijskappen en de versnelde
zeespiegelstijging in het verleden 10-15 jaar.
Percentage verlies aan biodiversiteit
Het uitsterven van soorten is een natuurlijk proces en zou plaatsvinden zonder menselijk handelen. Het
verlies aan biodiversiteit in het Antropoceen is echter enorm versneld. Soorten sterven met een
snelheid uit die niet meer is waargenomen sinds de laatste wereldwijde massa-uitsterving.
Tegenwoordig wordt het uitsterven van soorten geschat op 100 tot 1.000 keer meer dan wat als
natuurlijk kan worden beschouwd. Net als bij klimaatverandering zijn menselijke activiteiten de
belangrijkste oorzaak van de versnelling. Veranderingen in landgebruik oefenen het grootste effect uit.
Deze veranderingen omvatten de omzetting van natuurlijke ecosystemen in landbouw of in stedelijke
gebieden; veranderingen in frequentie, duur of omvang van bosbranden en soortgelijke storingen; en
de introductie van nieuwe soorten in land- en zoetwateromgevingen. De snelheid van
klimaatverandering zal deze eeuw een belangrijkere motor worden voor verandering in biodiversiteit,
wat leidt tot een versneld verlies van soorten.
Stikstof- en fosforcycli
Moderne landbouw is een belangrijke oorzaak van milieuverontreiniging, waaronder grootschalige
door stikstof en fosfor veroorzaakte milieuveranderingen. Op planetaire schaal zijn de extra
hoeveelheden door de mens geactiveerde stikstof en fosfor nu zo groot dat ze de globale cycli van
deze twee belangrijke elementen aanzienlijk verstoren.
Een planetaire grens stellen voor menselijke modificatie van de stikstofcyclus is niet eenvoudig. We
hebben de grens gedefinieerd door de menselijke fixatie van N2 vanuit de atmosfeer te beschouwen
als een gigantische 'klep' die een enorme stroom nieuwe reactieve stikstof naar de aarde stuurt. Als
eerste schatting stellen we voor dat deze klep de stroom van nieuwe reactieve stikstof moet bevatten
tot 25% van de huidige waarde, of ongeveer 35 miljoen ton stikstof per jaar. Gezien de implicaties van
het proberen dit doel te bereiken, is er veel meer onderzoek en synthese van informatie nodig om een
beter geïnformeerde grens te bepalen.
In tegenstelling tot stikstof is fosfor een fossiele mineraal die zich ophoopt als gevolg van geologische
processen. Het wordt gewonnen uit gesteente en het gebruik ervan varieert van kunstmest tot
tandpasta. Jaarlijks wordt ongeveer 20 miljoen ton fosfor gewonnen en ongeveer 8,5 miljoen - 9,5
miljoen ton daarvan komt in de oceanen terecht25,28. Dit wordt geschat op ongeveer acht keer de
natuurlijke instroomsnelheid. Records uit de geschiedenis van de aarde laten zien dat grootschalige
anoxische oceaangebeurtenissen plaatsvinden wanneer kritische drempels voor de instroom van fosfor
in de oceanen worden overschreden. Dit verklaart mogelijk de massa-extincties van het zeeleven in het
, verleden. Modellering suggereert dat een aanhoudende toename van fosfor die in de oceanen stroomt,
meer dan 20% van de natuurlijke verwering op de achtergrond voldoende was om anoxische
gebeurtenissen in het verleden te veroorzaken29.
Onze voorlopige modelschattingen suggereren dat als er een meer dan tienvoudige toename is van
fosfor dat in de oceanen stroomt (vergeleken met pre-industriële niveaus), anoxische
oceaangebeurtenissen binnen 1000 jaar waarschijnlijker worden. Ondanks de grote onzekerheden,
geven de huidige stand van de wetenschap en de huidige waarnemingen van abrupte door fosfor
veroorzaakte regionale anoxische gebeurtenissen aan dat niet meer dan 11 miljoen ton fosfor per jaar
in de oceanen mag stromen - tien keer het natuurlijke achtergrondpercentage . We schatten dat dit
grensniveau de mensheid meer dan 1000 jaar in staat zal stellen om veilig weg te blijven van het risico
van oceaanoxiden, waarbij we erkennen dat de huidige niveaus de kritische drempels voor veel
estuaria en zoetwatersystemen al overschrijden.
Delicate balans
Hoewel de planetaire grenzen worden beschreven in termen van individuele hoeveelheden en
afzonderlijke processen, zijn de grenzen nauw met elkaar verbonden. We hebben niet de luxe om onze
inspanningen op een van hen te concentreren, afgezonderd van de anderen. Als een grens wordt
overschreden, lopen ook andere grenzen een ernstig risico. Zo kunnen grote veranderingen in
landgebruik in de Amazone de watervoorraden tot in Tibet beïnvloeden30. De klimaatveranderende
grens hangt af van het verblijf aan de veilige kant van de zoetwater-, land-, aerosol-, stikstof-fosfor-,
oceaan- en stratosferische grenzen. Het overschrijden van de stikstof-fosforgrens kan de veerkracht
van sommige mariene ecosystemen aantasten, waardoor hun vermogen om CO2 te absorberen
mogelijk afneemt en daardoor de klimaatgrens wordt aangetast.
De grenzen die we voorstellen, vertegenwoordigen een nieuwe benadering voor het definiëren van
biofysische voorwaarden voor menselijke ontwikkeling. Voor het eerst proberen we de veilige grenzen
te kwantificeren waarbuiten het aardsysteem niet kan blijven functioneren in een stabiele,
holoceenachtige toestand.
De aanpak berust op drie takken van wetenschappelijk onderzoek. De eerste behandelt de omvang van
menselijk handelen in relatie tot het vermogen van de aarde om dit te ondersteunen. Dit is een
belangrijk kenmerk van de onderzoeksagenda ecologische economie31, gebaseerd op kennis van de
essentiële rol van de levensondersteunende eigenschappen van het milieu voor het menselijk
welzijn32,33 en de biofysische beperkingen voor de groei van de economie34,35. De tweede is het
werk om essentiële aardprocessen6,36,37 te begrijpen, waaronder menselijk handelen23,38,
samengebracht op het gebied van onderzoek naar global change en duurzaamheidswetenschap39. Het
derde onderzoeksgebied is onderzoek naar veerkracht40–42 en de verbanden met complexe
dynamiek43,44 en zelfregulatie van levende systemen45,46, met de nadruk op drempels en
verschuivingen tussen staten8. Hoewel we bewijzen leveren dat drie grenzen zijn overschreden,
blijven er veel hiaten in onze kennis. We hebben voorlopig zeven grenzen gekwantificeerd, maar
sommige cijfers zijn slechts onze eerste beste inschattingen. Omdat veel van de grenzen met elkaar
verbonden zijn, heeft het overschrijden van de ene ook gevolgen voor de andere op manieren die we
nog niet helemaal begrijpen. Er is ook aanzienlijke onzekerheid over hoe lang het duurt om gevaarlijke
veranderingen in de omgeving te veroorzaken of om andere terugkoppelingen op gang te brengen die
het vermogen van het aardesysteem of belangrijke subsystemen om terug te keren naar veilige niveaus
drastisch verminderen.
Het bewijs tot dusver suggereert dat de mensheid, zolang de drempels niet worden overschreden, de
vrijheid heeft om op lange termijn sociale en economische ontwikkeling na te streven.
