Mindre än en fjärdedel av jordens totala odlingsland producerar nästan tre fjärdedelar av basfrukterna som matar världens befolkning-särskilt majs, vete och ris, de viktigaste spannmålsgrödorna. Dessa områden är vår planets största brödkorgar.

Historiskt sett när en skörd misslyckades i en av dessa brödkorgar, bara närliggande områden fick kämpa med brist och stigande priser. Nu, dock, stora grödor handlas på globala marknader, vilket innebär att produktionsfel kan få långtgående effekter. Dessutom, klimatförändringar förväntas generera värmeböljor och torka som kan orsaka skördeförluster i de flesta av världens brödkorgar. Verkligen, fel kan inträffa samtidigt i flera av dessa nyckelregioner.

Pardee Center postdoktor John Patrick Connors och jag använder matematiska modeller för att studera de potentiella miljömässiga och ekonomiska effekterna av misslyckanden i flera brödkorgar runt om i världen. Det är redan klart från vårt förarbete att detta är en verklig, hot på kort sikt.

Den goda nyheten är att inte alla dessa regioner reagerar på samma sätt på chocker på andra platser i världen. Vissa skulle kunna få ny mark i produktion snabbt, lindra påfrestningar som orsakas av skördebrister någon annanstans. Men för att göra globala livsmedelssystem mer robusta, vi behöver veta mer om de mest skadliga konsekvenserna av flera brödkorvsfel.

Ett sårbart system

Under de senaste decennierna har många av världens största brödkorgar har upplevt chocker - händelser som orsakade stora, snabba nedgångar i matproduktionen. Till exempel, regionala torka och värmeböljor i Ukraina och Ryssland 2007 och sedan igen 2009 skadade vetegrödor och fick de globala vetepriserna att öka rejält i båda åren. Under 2012 minskade värme och torka i USA den nationella majsen, sojabönor och andra grödor ger upp till 27 procent. Och avkastningen av viktiga livsmedelsgrödor är låg och stagnerar i många länder på grund av faktorer som växtsjukdomar, dålig jordkvalitet, dålig förvaltning och skador från luftföroreningar.

På samma gång, många experter hävdar att världens livsmedelsproduktion kan behöva fördubblas år 2050 för att mata en växande befolkning och tillgodose en ökande efterfrågan på kött, fjäderfä och mejeriprodukter i utvecklingsländer. Den globala jordbruksproduktionen har ökat under de senaste 50 åren, främst drivs av förbättringar i växtförädling och mer intensiv användning av insatsvaror, såsom mekaniserad utrustning, gödningsmedel och bekämpningsmedel. Denna trend har lett till trycket för att få ny mark i produktion. Men det har gränser särskilt i utvecklingsländerna, där behovet av att producera mer mat har varit en viktig drivkraft för avskogning de senaste decennierna.

Det är klart att den ökande efterfrågan, växande internationell handel med jordbruksprodukter, och potentialen för väder-, klimat- och markrelaterade chocker gör världens livsmedelsproduktionssystem mindre motståndskraftigt. Global jordbrukshandel kan innebära att prisökningarna i en region, om de är tillräckligt svåra, kan kännas brett i andra regioner. Mindre stötar, å andra sidan, kan minskas genom handel och genom att använda spannmålsreserver.

Det finns allt fler bevis för att i mycket fattiga länder, matprishöjningar och brist kan leda till civila oroligheter och förvärra andra sociala och politiska påfrestningar. Och mer rika länder är inte immuna, med tanke på koncentrationen av världens livsmedelsproduktion och handelns globala karaktär. Till exempel, den ryska/ukrainska värmeböljan som nämns ovan ledde till toppar i matpriser, inte bara i priset på vete. Dock, mer rika länder har också vanligtvis större förmåga att buffra prischocker genom att antingen använda spannmålsreserver eller öka handeln.

Modellera potentiella chocker

Hur kan vi förstå denna risk och dess potentiella konsekvenser för både rika och fattiga nationer? Det finns redan program för att varna tidigt för potentiella svält i världens fattigaste länder, många av dem är redan starkt beroende av livsmedelsbistånd. Det finns också program i rikare länder som övervakar matpriserna och ger tidiga varningar om pristoppar.

Men dessa program fokuserar främst på regionala risker, och ligger ofta inte i större livsmedelsproduktionsområden. Mycket lite arbete har gjorts för att analysera risker för samtidiga chocker i flera av världens brödkorgar.

Vi vill förstå effekterna som chockhändelser kan ha om de inträffar i den verkliga världen så att vi kan identifiera möjliga beredskapsplaner för de största effekterna. För att kunna göra det, vi har använt en integrerad utvärderingsmodell, den globala förändringsbedömningsmodellen, som utvecklades av U.S. Department of Energy och är fritt tillgängligt för användare runt om i världen. Integrerade utvärderingsmodeller har utformats specifikt för att simulera interaktionerna mellan jordens energi, ekonomiska system och markanvändningssystem.

Vi har utvecklat scenarier där små chocker (10 procent skördeförlust) och stora chocker (50 procent skördeförlust), i genomsnitt över fem år, appliceras på majs, vete eller ris i deras stora produktionsregioner, och sedan till alla kombinationer av en, två eller alla tre grödor i ett, två eller de tre bästa produktionsregionerna.

Inte överraskande, våra resultat hittills tyder på att stora chocker har större effekter än mindre chocker, mätt i efterföljande förändringar i markanvändning, den totala mängden mark tillägnad jordbruk och matpriser. Men mer intressant, inte alla brödkorgsregioner reagerar på stötar på samma sätt.

Några av dessa områden reagerar ganska mycket på chocker som uppstår någon annanstans i världen. Till exempel, den totala mängden mark i jordbruksproduktionen i Sydasien förändras relativt lite på grund av chocker på andra håll i världen, till stor del för att större delen av åkermarken redan är i bruk.

Men andra regioner är extremt lyhörda. I synnerhet, Brasilien har förmågan att ta in mycket nytt mark i produktion om stora chocker inträffar någon annanstans, eftersom den fortfarande har en betydande mängd potentiellt åkermark som för närvarande inte odlas. Dock, denna mark är för närvarande mestadels skog, så att rensa det för jordbruk skulle betydligt öka atmosfäriska koncentrationer av koldioxid, och därmed till den globala klimatförändringen.

Kartläggning av risker

Pardee Center har publicerat en forskningsagenda som diskuterar vad vi fortfarande behöver veta om dessa risker. Nyckelfrågor är att förstå den fullständiga fördelningen av risker, om ökad internationell handel kan förbättra risken och var de mest mottagliga och känsligaste regionerna är.

I sista hand, förståelse och förberedelse för flera brödkorgsmisslyckanden kommer att kräva input från klimatforskare, agronomer, ekologer, experter på fjärranalys, ekonomer, statsvetare och beslutsfattare. Att montera en sådan insats kommer att vara utmanande, men kostnaderna för att inte göra det kan vara förödande.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.