Människor är det mest folkrika stora däggdjuret på jorden idag, och förmodligen i hela geologisk historia. Denna världsbefolkningsdagen, människorna finns i närheten av 7,5 till 7,6 miljarder individer.

Kan jorden försörja så många människor på obestämd tid? Vad händer om vi inte gör något för att hantera framtida befolkningstillväxt och total resursanvändning? Dessa komplexa frågor är ekologiska, politisk, etiskt – och brådskande. Enkel matematik visar varför, belysa vår arts ekologiska fotavtryck.

Befolkningstillväxtens matematik

I en miljö med obegränsade naturresurser, befolkningsstorleken växer exponentiellt. Ett karakteristiskt kännetecken för exponentiell tillväxt är den tid det tar för en befolkning att fördubblas i storlek.

Exponentiell tillväxt tenderar att börja långsamt, smyga upp innan ballonger på bara några dubblingar.

För att illustrera, anta att Jeff Bezos gick med på att ge dig en krona den 1 januari, 2019, två öre den 1 februari, fyra den 1 mars, och så vidare, med betalningen fördubblas varje månad. Hur länge skulle hans förmögenhet på 100 miljarder dollar upprätthålla kontraktet? Ta en stund att fundera och gissa.

Efter ett år, eller 12 betalningar, dina totala kontraktskvitton uppgår till 40,95 USD, motsvarande en kväll på bio. Efter två år, $167, 772,15 – betydande, men ynklig för en miljardär. Efter tre år, $687, 194, 767,35, eller ungefär en vecka av Bezos inkomst 2017.

Den 43:e betalningen, den 1 juli, 2022, knappt 88 miljarder dollar och lika med alla föregående betalningar tillsammans (plus en penny), bryter banken.

Verklig befolkningstillväxt

För verkliga befolkningar, dubbleringstiden är inte konstant. Människor nådde 1 miljard runt 1800, en fördubblingstid på cirka 300 år; 2 miljarder 1927, en fördubblingstid på 127 år; och 4 miljarder 1974, en fördubblingstid på 47 år.

Å andra sidan, världens siffror beräknas nå 8 miljarder runt 2023, en fördubblingstid på 49 år, och med undantag för det oförutsedda, förväntas plana ut runt 10 till 12 miljarder år 2100.

Denna förväntade utjämning signalerar en hård biologisk verklighet:Människans befolkning begränsas av jordens bärförmåga, befolkningen där för tidig död genom svält och sjukdom balanserar födelsetalen.

Ekologiska konsekvenser

Människor förbrukar och förorenar resurser – akviferer och inlandsisar, bördig mark, skogar, fiske och hav – ackumulerat över geologisk tid, tiotusentals år eller längre.

Rika länder konsumerar oproportionerligt med sin befolkning. Som en finanspolitisk analogi, vi lever som om saldot på vårt sparkonto vore en fast inkomst.

Enligt Worldwatch Institute, en tankesmedja för miljön, jorden har 1,9 hektar mark per person för att odla mat och textilier för kläder, levererar virke och tar upp avfall. Den genomsnittliga amerikanen använder cirka 9,7 hektar.

Enbart dessa data tyder på att jorden kan stödja högst en femtedel av den nuvarande befolkningen, 1,5 miljarder människor, med amerikansk levnadsstandard.

Vatten är livsviktigt. Biologiskt, en vuxen människa behöver mindre än 1 liter vatten dagligen. 2010, USA använde 355 miljarder liter sötvatten, över 1, 000 gallons (4, 000 liter) per person och dag. Hälften användes för att producera el, en tredjedel för bevattning, och ungefär en tiondel för hushållsbruk:toalettspolning, tvätta kläder och disk, och vattna gräsmattor.

Om 7,5 miljarder människor konsumerade vatten på amerikansk nivå, världens användning skulle vara topp 10, 000 kubikkilometer per år. Det totala utbudet i världen – sötvattensjöar och floder – är cirka 91, 000 kubikkilometer.

Världshälsoorganisationens siffror visar att 2,1 miljarder människor saknar lätt tillgång till rent dricksvatten, och 4,5 miljarder saknar skött sanitet. Även i industriländer, vattenkällor kan vara förorenade med patogener, avrinning av gödningsmedel och insektsmedel, tungmetaller och fracking avloppsvatten.

Frihet att välja

Även om den detaljerade framtiden för den mänskliga arten är omöjlig att förutsäga, grundläggande fakta är säkra. Vatten och mat är omedelbara mänskliga nödvändigheter. En fördubbling av livsmedelsproduktionen skulle skjuta upp problemen med dagens födelsetal med högst några decennier. Jorden stöder industrialiserad levnadsstandard bara för att vi drar ner "sparkontot" för icke-förnybara resurser, inklusive bördig matjord, drickbart vatten, skogar, fiske och petroleum.

Driften att fortplanta sig är bland de starkaste önskningarna, både för par och för samhällen. Hur kommer människor att omforma en av våra mest omhuldade förväntningar – "Var fruktbar och föröka dig" – inom en generations lopp? Vad händer om dagens födelsetal fortsätter?

Befolkningen förblir konstant när par har ungefär två barn som överlever till reproduktiv ålder. I vissa delar av utvecklingsvärlden idag, par i genomsnitt tre till sex barn.

Vi kan inte önska att naturresurserna existerar. Par, dock, har friheten att välja hur många barn man ska ha. Förbättringar av kvinnors rättigheter, utbildning och självbestämmande leder i allmänhet till lägre födelsetal.

Som matematiker, Jag tror att en avsevärd sänkning av födelsetalen är vår bästa möjlighet att höja den globala levnadsstandarden. Som medborgare, Jag tror att man stöter på mänskligt beteende, genom att uppmuntra mindre familjer, är vårt mest mänskliga hopp.

Denna artikel publicerades ursprungligen på The Conversation. Läs originalartikeln.