I en vitbok, Christoph Rosol, Benjamin Steininger, Jürgen Renn och Robert Schlögl skisserar digitaliseringens betydelse i antropocen och skisserar bakgrunden och målen för det nya forskningsfältet geoantropologi. Forskarna strävar efter att analysera globala förändringar i en omfattande tvärvetenskaplig syn på naturvetenskap, humaniora och teknik, utveckla perspektiv för bevarandet av jordens livsmiljö.

Vi lever i ett ögonblick av djupa övergångar, ett ögonblick då planetförändringens accelererande dynamik blir allt mer märkbar. Mänskliga handlingar har uppnått dimensioner jämförbara med de naturliga processerna i jordsystemet och kommer att ha långvariga biofysiska effekter av geohistorisk betydelse. Dessa förändringar tolkas alltmer som tecken på att vi har gått in i en ny geologisk era:antropocen.

Accelererade förändringshastigheter i våra högteknologiska och kunskapsdrivna samhällen är direkt kopplade till mänskligt ledd utveckling. De snabba framstegen inom vetenskap och teknik, inom energisystemet och på arbetsmarknaden, de dramatiska förändringarna i den globala ekonomin och även den politiska ekonomin – men också de direkta effekterna av nya former av reglering och internationell rätt – påverkar i allt högre grad de metaboliska funktionerna i naturliga livsmiljöer globalt.

En mycket potent men ofta försummad komponent i denna systemomfattande intrång är den digitala transformationen. Digital teknik markerar inte bara en genomgripande förändring i den socioekonomiska och kulturella sfären utan spelar också en avgörande roll för att först gå in i och nu befolka antropocenen. Som både en utlösande faktor och en indikator på snabba förändringar i den globala ekonomin, resurs- och energiflöden, och hanteringen av komplexa samhälleliga krav och krafter, Digitalisering är central för att förstå allvaret i vårt nuvarande historiska ögonblick och en pivot genom vilken kontroll över de farligaste vägarna framåt kan förloras eller vinnas.

En ny, Integrativ form av grundläggande vetenskap bör ge vägledning i de multi-skala fenomen som nämns ovan och bör ytterligare tillhandahålla verktyg för att utveckla lämpliga åtgärder för att kontrollera effekterna av denna utveckling. Det integrerande tillvägagångssättet verkar genomförbart, inte minst för att den digitala vändningen redan har haft flera effekter på hur vetenskap görs (vetenskapen utsätts för det, den försöker förstå den och den bidrar till att forma den). När det gäller den nuvarande förståelsen av effekterna av den digitala transformationen, vi är på ungefär samma kunskapsnivå som klimatforskningen låg på för 30 år sedan, i början av jordsystemforskningen och klimatets framträdande som ett ämne för global politik.

Att studera den ökande inlåsningen mellan de naturliga sfärerna och en "technosphere" tätt befolkad med digitala enheter, vi behöver nya former av gemensam systemforskning mellan människa och jord som fokuserar på samevolutionen och den interna dynamiken i interaktionerna mellan båda domänerna. Dessutom, sådan forskning är bara heltäckande när öppen dialog med samhället ingår, där man kan reflektera, diskutera och forma kraften i digitala instrument på ett kollektivt sätt.

Som ett sätt att introducera till en sådan strävan, den här artikeln beskriver aspekter som belyser hur digital teknik fungerar som effektiva förmedlare i den pågående övergången till antropocen och ger historiska insikter om hur de har uppnått rollen som en oavsiktlig men mycket följdriktig megastruktur.

Förändringens historiska djup

Information har asymmetriska effekter. Bokstäver och siffror är ett nästan viktlöst medium, men de ger ett sätt att organisera stater, flytta legioner och styra ekonomier. Sedan de tidigaste exemplen på läskunnighet och beräkning, information har gett form åt markanvändning och urbaniseringsprocesser, produktionscykler och långväga transporter. Från kilskriftstavlor i Mesopotamien (fig. 1), papyrus i Romarriket och medeltida kodiker till modern sättning, telegrafsignaler i sjökablar eller den tidskritiska datainfrastruktur som skapats i spåren av automatiserad finans, informationsmedier erbjuder allt mer diskreta sätt att signalera och mobilisera allt större samhälleliga och materiella system.

Informationsteknikens inverkan på samhällen och fysiska miljöer är alltså inte begränsad till modern tid. Än, dagens tillstånd för asymmetri mellan kodad information och dess fysiska effekter är symboliserat av elektroner som passerar genom digitala mikroprocessorer som effektivt styr material och energiflöden inom en teknosfär som spänner över världen från satellitbanor 40, 000 km över jordens yta till 10 km in i litosfären.

Sådan spridning har effekter. Parallellt med framväxten och spridningen av digital teknik är den "stora accelerationen", den exponentiella ökningen av nyckelindikatorer för socioekonomiska och jordiska systemtrender sedan omkring 1950 (Fig. 2). Under andra hälften av 1940-talet ägde en fyrdelad revolution rum inom informationsteorin (Claude Shannon), logisk datordesign (John von Neumann), halvledarfysik (William B. Shockley och Walter H. Brattain), och inrättandet av en ny, integrativ vetenskap som kallas cybernetik (Norbert Wiener). Denna revolution skapade inte bara den tekniska grunden för dagens digitala värld utan slog sig också samman med den parallella omvandlingen av krigstidsekonomier till civila konsumtionssamhällen, en engelsk-amerikanskt ledd övergång från kol till oljeförsörjning, och en kraftig ökning av socioekonomiska nyckelindikatorer som primärenergianvändning, bruttonationalprodukt, konsumtion av gödsel och befolkningstillväxt.

Datorrevolutionen sammanföll med brytpunkten för den stora accelerationen runt 1950, som, som det händer, betraktas också som början på antropocen som sådan. Den antropocena arbetsgruppen för den internationella kommittén för stratigrafi, som har till uppgift att identifiera en globalt synkron markör för att definiera den stratigrafiska basen för "mänsklighetens tidsålder", överväger "plutoniumspiken" som en primär kandidat. Plutoniumspetsen är ett markant radionuklidlager som finns i sediment och iskärnor över hela världen som är ett resultat av den frenetiska aktiviteten av kärnvapenprovningar som började 1945 och nådde sin topp 1962.

Tidiga datorer var avgörande för utvecklingen av kärnvapenbomben. Utmaningen som presenterades för forskarna i Los Alamos – den hemliga andra världskrigets plats där atombomben designades under överinseende av Robert Oppenheimer – var att exakt simulera fissionsreaktioner, en omöjlig uppgift utan datorhjälpmedel (fig. 3). Medan det är analogt, Datorer i form av hålkort användes fortfarande för att beräkna det stora antalet differentialekvationer för att konstruera atombomben, arbetet på Los Alamos var avgörande för att stimulera utvecklingen av elektroniska digitala datorer, med mycket att tacka John von Neumanns teoretiska ansträngningar. I slutet av 1945, det första problemet någonsin som kördes på den nydesignade Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC) var en kritisk beräkning för utvecklingen av vätebomben. Den massiva världsomspännande testningen av detta termonukleära vapen sedan 1952 är huvudorsaken till plutoniumspetssignalen som kan detekteras i de globalt fördelade skikten. Scenarioplaneringen för det kalla kriget som följde var återigen mycket baserad på Monte Carlo-simuleringar, med stora slumptalsuppsättningar som körs på elektroniska datorer för att vägleda sannolikhetsbaserat beslutsfattande inför ett kärnkraftsavstånd mellan öst och väst.

Kortfattat, kärnkraftsåldern – förmodligen det mest framträdande kännetecknet för 1900-talets teknologiska kultur och som nu anses vara den stratigrafiska utgångspunkten för antropocen – var direkt knuten till början och uppkomsten av den digitala tidsåldern. Den framträdande kärnkraftssignalen i de nya skikten framträder också som en materiell effekt av beräkningskraft.

I aktuell historisk forskning, sådana kronologiska och materiella samband är fortfarande till stor del fördunklade. En ny bok som beskriver den stora accelerationen nämner inte ens den digitala transformationen. Framtida forskning måste därför, titta på den ömsesidiga penetrationen och förstärkningen av expanderande informationsteknik och de lika växande produktions- och konsumtionstakten. Den exponentiella ökningen av anslutningsmöjligheter för telekommunikation sedan 1950-talet, som avbildas i en av graferna för den stora accelerationen, är bara en av många sådana indikatorer. De första digitala datorerna började avsevärt utöka mänskliga förmågor genom att hjälpa till med kunskapshantering i militära och tekniska sammanhang, samt offentlig förvaltning, ekonomi, resursutforskning, industri, och, av stor betydelse, natur- och samhällsvetenskaperna. Artificiell intelligens är inget nytt koncept utan introducerades i mitten av 1950-talet för att utöka möjligheterna att representera och bearbeta kunskap med maskiner. Många av de tidiga teknokratiska drömmarna om cybernetik, självstyrande processer inom samhället har inte uppfyllts. Men med framväxten av datornätverk – framför allt utformningen av Advanced Research Projects Agency Network (ARPANET) och grundläggande internettekniker som paketväxling och protokollet Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) – en ny form av data -Intensiv nätverksunderrättelseverksamhet har materialiserats idag.

Digital kapitalism

Information som nästan omedelbart delas globalt genom digitala nätverk har bidragit till en dramatisk acceleration i alla processer inom den marknadsbaserade ekonomin. Marknader har alltid varit baserade på innehav och utbyte av information om varor och villkoren för deras tillgänglighet. Men med introduktionen av digital teknik och den allestädes närvarande status de har uppnått, information har blivit den grundläggande enheten i den globala ekonomin.

Dessutom, denna ekonomi blir nu alltmer synonym med upplåsning, omvandla, lagring, distribution och bearbetning av data, som kan bevittnas av datakapitalismens framväxt. Naturen och strukturerna hos dessa transformativa och accelererande mekanismer och deras direkta inverkan på jordens systemkapacitet kräver mycket integrerande forskningsinsatser.

Den digitala omvandlingen av världsekonomin går utöver de uppenbara fallen av finansiellisering, högfrekvent handel med aktier och derivat, och digitala valutatransaktioner. Digitala verktyg och kommunikationsmedel påverkar också djupt den verkliga världen av jordbruks- och industriproduktion, den globala cirkulationen av varor, människor och biomassa, samtidigt som det hjälper till att informera makroekonomisk planering och politiskt beslutsfattande.

Den enda faktorn som förenar dessa aktiviteter förutom deras aptit på samlad information är energi och resurser. Den resulterande effekten av denna koppling är att en digitaliserad ekonomi också accelererar den fossila ekonomin. Medel för att automatisera produktion och distribution, eller för att synkronisera industriella flöden och för att uppfylla on-demand/on-time produktion, att lägga ut arbetskraft, eller att bilda en planetarisk arbetsmarknad för digitala mikrouppgifter5, inte bara öka effektiviteten med vilken efterfrågan tillgodoses. Ofta förbises effekten att all effektivitet som uppnås i en process sannolikt kommer att leda till produktion av ännu fler varor och tjänster. Detta, på nytt, direkt översätts till konsumtion av råvaror, produkter och energi. Mer, snabbare, högre – det är löftet och även leveransen av digital nätverksteknik.

En hel del av denna acceleration är autokatalytisk. Digitaliseringen av den reala ekonomin ('industri 4.0') skapar en exponentiell hastighet av nya gränssnitt mellan digitala och verkliga agenter. Den resulterande komplexiteten kan bara hanteras med nya digitala instrument som tenderar att bidra till nya gränssnitt. Ett exempel på denna autokatalys är tillväxten av företagsadministrativ infrastruktur. Termen 'effektivitet' blir relaterad till analysenheten; ju mer systemiskt man tolkar effektivitet desto mer tveksamt är vinsten av effekter till fördel för systemet.

Idag är det tydligt att den ständigt ökande effektiviteten av denna acceleration har skapat en betydande förändring i ekonomiskt värdeskapande och kapitalackumulering. De största företagen i aktievärde idag är teknikföretag som Apple, Amazon eller alfabetet. Dessa få industrikaptener har skapat smarta monopol som alltmer dominerar fördelningen av välstånd. Deras innovation är att gå i spetsen för variationer av plattformar för utbyte och ägande av alla typer av data, sätter igång en ny värdekedja som äventyrar den politiska ekonomins långa stabila vokabulär och dess fokus på mänskligt arbete, varu- eller nyttobaserade värdesystem.

Medan framväxten av plattformskapitalism har skapat en symbios mellan online och offline som affärsmodell, implementeringen av nätverksbaserade tekniker som radiofrekvensidentifiering (RFID) och Internet of Things adresserar informationsinfrastruktur från dess fysiska ände. Internet of Things föreställer sig en global infrastruktur där fysiska objekt kopplas ihop med inbäddade allestädes närvarande datorfaciliteter och virtuella representationer inom ett elektroniskt nätverk, möjliggör nya former av intelligent interaktion mellan dessa objekt. För tio år sedan hade vi redan nått en punkt där maskinanslutningen till Internet överträffade mänskliga anslutningar. I dag, vi tittar på cirka 25 miljarder anslutna enheter och antalet växer exponentiellt.

Den fysiska världen, alltmer befolkad och penetrerad av smarta föremål, förvandlas till ett exponentiellt expanderande adressutrymme för datoriserade nätverk, så mycket att det hävdas att vi har nått en planetarisk beräkningsskala. Enligt media- och designteoretikern Benjamin H. Bratton, Jorden är bara det yttersta lagret inom 'The Stack', ett totaliserande system av informationsbearbetningsarkitektur som sträcker sig från bit till jordklot.

Ingen information utan materia och energi

Digital teknik tillhandahåller inte bara den grundläggande infrastrukturen för att kontrollera den industriella metabolismen, de är också förstklassiga konsumenter av resurser. Genom sammanflätningen av den digitala sfären med den fysiska världen och faktiska energi- och materialcykler, digital kommunikation har blivit tätt kopplad till den nuvarande dynamiken i slitage av jordiska resurser. Ingen beräkningsinfrastruktur kan existera utan föregående omvandling av materia och ingen information utan omvandling av energi.

Asymmetrin i signaler och effekter bör därför inte misstolkas. Informationsteknologi är motsatsen till en immateriell teknologi. Även den smartaste enheten behöver dumma metaller. Minst 40 kemiska grundämnen används i varje smartphone, vilket innebär att vi bär omkring en tredjedel av det periodiska systemet i våra fickor. Vad som verkar vara en nästan immateriell verksamhet av nollor och ettor använder sig av fler kemiska grundämnen än alla tidigare teknologier i historien. Sådana element kommer med respektive "berättelser om saker", som kopplar den skenbart rena digitala världen till den smutsiga verksamheten med utvinning av sällsynta jordartsmetaller, full av exploatering av människor och miljö. Med tanke på deras kritik, några av dessa metaller produceras i till synes löjligt små mängder:cirka 120 ton germanium produceras per år, och cirka 500 ton indium, även om detta inte är någon indikator på hur mycket ansträngning och malm som krävs för att producera sådana kvantiteter.

Även om vi har nått en punkt där funktionella material som indium kan skapa en flaskhals för ytterligare tillväxt om konsumtionen fortsätter, there is also a staggering amount of physical electronic waste that results from the creation, maintenance and discarding of the micro-electronic components of macro infrastructures. The material residue of technological obsolescence, often toxic, marks the final stage of the life cycle of digital devices that contributes to the growing waste layer of the technosphere.

Before they die, dock, digital devices consume. The expanding digital economy requires a seemingly ever-growing expenditure of primary energy. Cloud computing, the Internet of Things, the operation of platforms and neural nets, all devices always switched on. The digital golem's hunger for electric power is insatiable. A telling case is the current trend to transfer economical transactions to exchanges for cryptocurrencies and smart contracts. These transactions take place through blockchain software architectures that provide a highly decentralized, autonomous arbitration space between buyers and sellers. This requires immensely energy-intensive computation to ensure the validity of each transaction.

To bring the above metaphor of appetite for energy into an interesting comparison it is worth noting that the current energy consumption of the Internet is comparable to the energy we invest in producing ammonia for fertilizers. Without their existence only half of the global population could be fed on our planet. Human life and its foundation in the global environment is not primarily related to information and software but to the material world of biological, chemical and physical hardware and their interactions with the global material spheres in which we live. But both are increasingly tied to each other, co-dependent on massive energy infrastructures and market operations.

Data spheres in natural sciences and politics

Smart data technologies appear to many to offer ways out of the energy and resource dilemma. New accounting practices might improve attempts at sustainable resource allocation by reducing the resource intensity of production (Fig. 4), enabling self-provisioning use of renewable energy. As historian of infrastructure Paul Edwards writes:"[in] blending [the] social 'data exhaust' with physical and environmental information, an environmentally focused logistics might trim away excess energy and materials in production, find new ways to re-use or recycle waste, and generate new ideas for eliminating toxic byproducts, greenhouse gas emissions and other metabolites". However, in undertaking such endeavours, rebound effects should be a concern. As the well-known Jevons' paradox states, increasing efficiency will likely lead to an increase in consumption in response to lower prices. One will have to see if smart, adjustable technologies create a difference to that rule.

Dessutom, knowledge infrastructures that run on digital technologies provide the necessary data and assessment of mitigating strategies to achieve notable successes in environmental and climate regulation. The Montreal Protocol that has effectively limited ozone depletion, or the Paris Agreement that will hopefully achieve the same for greenhouse gases in the long run, would have been unthinkable without the expert judgment of a global network of atmospheric data and climate modelling efforts.

We would likely be unaware and unable to quantify global change if it were not for the metrological capacities of digital technology. Digital technologies are the backbone for monitoring and understanding the current dynamics of the Anthropocene. Global climate change (to just name one key example) can only be observed due to the availability of large quantities of data, adequate computing facilities and sophisticated modelling. Väsentligen, the age of planetary communication is also the age of planetary observation and simulation or, as Jennifer Gabrys puts it, we are dealing with "becoming environmental of computation". Earth system models, satellites and other remote sensing networks, environmental data aggregators and resource flow models mean that technical media have become an obligatory passage point in perceiving, analysing and mobilizing geoscientific knowledge.

More widely, this obligation not only concerns the collection and assessment of scientific data, but all kinds of digitally augmented knowledge, from social media-driven citizen science (as in the case of Instagram users sharing flotsam collages that help to trace maritime currents) to the imaginative knowledge drawn from the visual semantics of climate change in the digital charts and diagrams of the United Nations Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).

I slutet, the digital turn affects the way we do science in myriad ways. Digitalization creates great opportunities because it fills a gap between observation, experimentation, modelling and theory. But this transfer to a new medium not only makes science more effective, it also affects its criteria, till exempel, when it comes to issues of reproducibility, trustworthiness and causal explanations. Digitalization poses novel and challenging questions:Which tasks can intelligent machines handle better than humans? Where does human judgment play a part? How does machine-learning affect decision-making? How can machines best assist humans in their decisions? Where do biases creep in? What do optimal interfaces between human and artificial intelligence look like?

Personal data available on the Internet opens up immense possibilities for misuse and manipulation, as the case of now-closed UK-based data analysis firm Cambridge Analytica demonstrated. The firm improperly gathered personal information from more than 80 million Facebook users with the aim of influencing the formation of political opinion. The primary aim of the contemporary economic forces currently driving digitalization is increased effectivity in the intelligent control of societal processes. The problem is that this control focuses on a few parameters of an attention economy, geared, till exempel, to the time individuals spend on a Facebook page with the aim to maximize the efficacy of advertising. Data brokerage without safeguarding measures or the urge to superscore customers and citizens, as in the case of social credit systems, are an imminent threat to a free society.

The further integration of ubiquitous computing technologies into the deep fabric of our societies may become immensely useful when adapting the global metabolism to the challenges of the Anthropocene. But it may also lead, through the value-chain logics of companies that own our data, or companies that own Internet of Things-ready networks, to a surveillance society of unprecedented reach. Such developments may even constitute a step in the direction of turning the digital sphere into a self-organizing intelligence with potential control over human behaviour, a powerful political weapon that invites dangerous misuse.

Toward an integrative perspective:geo-anthropology

We are left with a paradoxical situation. Digital technologies have greatly contributed to a frenzy of unsustainable resource exploitation and consumption (Fig. 5), the generation of waste and political ambivalence, yet they appear as viable solutions to ameliorate those problems. The rapid and radical change that has occurred to the Earth system as a result of the impacts of industrialized societies has been accompanied – if not leveraged – by rapid and radical changes in information technologies and digital media. Yet still, the hope is that their potential and collaborative scalability for a rational counter approach to untenable developments is enormous.

The next years and decades will see further dramatic shifts in technology and an economy driven by fast-paced technological innovation. Machine learning and neural nets are unleashing exponential increase in autonomous computational power. With further technological step changes – changing forms of labour, the design of novel materials, synthetic biology, new energy systems and new technological modes of controlling and managing the planet's resources – industrial humanity will further deepen its imprint on the Earth and create further uncertainties and vulnerabilities for its safe inhabitation.

As meatspace and cyberspace (terms introduced decades ago by the American-born novelist William Gibson) converge today, what we cannot lose sight of is Earthspace. We are obliged to treat the 'critical zone', the thin but highly complex layer of life extending from the lower atmosphere to the upper lithosphere, with duty and care. Än, as scientists and humanists working in silos, we lack a shared language and method to grasp the interconnected and comprehensive character of the current threat to our life-supporting system. Like the Anthropocene, the digital blends such former distinct categories as the Earth, economy, culture and the social into one another. Our sciences, än så länge, do not.

Novel forms of synoptic analysis, a new conceptual framework, new research tools and new research practices will be required to interpret and to help mitigate and steer the grand transformations underway. What is needed is independent research in a domain that is strongly shaped by technological developments and applied science, but also political and economic interests. Such research will have to overcome traditional borderlines, also between the natural sciences, the social sciences and the humanities. Many transversal connections between knowledge domains are needed to grasp the present situation and the interconnectedness of phenomena that we face.

We want to call such research 'geo-anthropology', the science of human–Earth interaction. Geo-anthropology studies the various mechanisms, dynamics and pathways that have moved us into the Anthropocene. A key challenge of this framework for future research will be to address multiple scales of description, drawn from multiple forms of expertise, that help to shift between the analysis of specific micro-spheres and the planetary macro-sphere. Various temporalities, including deep-time perspectives, the history of the present and scenarios for the future, will have to be brought into productive contact with each other.

The challenge is both to understand the systemic properties of the current transformation happening across many scales, but also to actively shape its future path as part of a broader dialogue with stakeholders in society, the arts, design, politics and industry. The Anthropocene calls for plurality of knowledge. Perspectives are opened up rather than reduced. The history of science and technology tells us that it is in these kinds of open spaces that critical and disruptive work can develop. Here and today it is for us to understand and possibly counter the critical features of a disruptive technology. A new Max Planck initiative concerned with geo-anthropology intends to contribute to this fundamental research.