Människor måste vara försiktiga med att bryta mot en ”point of no return” som leder till ekologiska katastrofer som förlust av regnskogar eller irreversibla klimatförändringar, enligt den mest detaljerade studien i sitt slag.

Den tunna linjen som skiljer jordens nuvarande klimat från ett fruset klimat-det så kallade snöbollstillståndet-har undersökts i ny forskning som leds av University of Reading som kombinerar matematik med klimatvetenskap.

Forskare analyserade hur slumpmässiga händelser och mänsklig handling kunde kombineras för att nå en tipppunkt, där ett naturligt tillstånd övergår till ett helt annat.

Resultaten, publiceras idag i tidningen Fysiska granskningsbrev , kan appliceras på jordens klimat, landskap eller ekosystem som en regnskog för att underlätta vår förståelse av hur de kan förändras eller förstöras efter att ha nått en punkt utan återvändo.

Valerio Lucarini, Professor i statistisk mekanik vid University of Reading och huvudförfattare till studien, sade:"Klimatförändringar eller katastrofala nedgångar i naturliga drag som skogar händer alla på ett sätt som liknar en resa i ett bergsområde. Dessa stater är som två dalar dividerade med ett bergspass, som måste korsas för att kunna röra sig mellan dem.

"Att identifiera denna skiljelinje har gjort att vi bättre kan förstå när vi sannolikt kommer att se övergångar i den naturliga världen. Detta hjälper till att beskriva ett säkert arbetsutrymme, gör det möjligt för oss att skräddarsy vårt beteende för att stanna kvar inom detta och att inse när en övergång kan inträffa. Hugga ner träd, skadar ekosystem eller förändrar klimatet kan alla få oss att gå för nära en vändpunkt, riskerar en dramatisk och irreversibel förändring. "

Den nya forskningen bygger på en tidigare (2017) studie publicerad i Nonlinearity av samma författare, som använde en dynamisk metod för att identifiera vändpunkten mellan två konkurrerande stater. Den studien ledde till en oöverträffad förståelse för klimatets globala stabilitetsegenskaper och presenterades som årets höjdpunkt av IOP Science tidningen som publicerade den.

Den nya studien underlättar vår förståelse av jordens tipppunkter för klimatet. Jorden vände flera gånger mellan ett varmt och snöbollstillstånd för cirka 650 miljoner år sedan, före början av flercelliga liv.

Teamet använde slumpmässiga fluktuationer för att simulera ett tillvägagångssätt för en sådan tipppunkt, visar vid vilken tidpunkt en övergång från en stat till den andra blir trolig.

Detta kan tillämpas på naturliga funktioner som Amazonas regnskog. Regnskogen upplever fluktuationer orsakade av bränder, torka eller avskogning av människor, men kan regenerera upp till en viss punkt. Forskningen kan hjälpa oss att bedöma vid vilken punkt en skog skulle bli oförmögen att ta till sig dessa händelser och börja en ostoppbar nedgång, så att vi kan agera därefter för att bevara det.

Teamet planerar nu att tillämpa sina fynd på en verklig klimatövergång som kan ses idag, analysera de processer som leder till början och slutet av monsunsäsongen i delar av världen, eller de som är ansvariga för olika cirkulationsregimer i Atlanten.

Professor Lucarini sa:"Att korsa en vändpunkt är beroende av en kombination av slumpmässiga händelser som ackumuleras för att producera övergången.

"Mänsklig handling kan vara obetydlig när vändpunkten är långt borta, men kan vara det sista halmen när vi närmar oss det. Att förstå detta sammanhang är avgörande för att bedöma när vi kan falla i en ny stat. "