Zusammenfassung
Das ökologische Konzept der menschlichen Tragfähigkeit ist zwangsläufig komplex, da der Mensch als „ultimativer Ökosystemgestalter“ die Umwelt zu seinem Vorteil beeinflusst. Seit mindestens einigen Jahrhunderten haben menschlicher Erfindungsgeist, der Zugang zu riesigen fossilen Brennstoffvorräten und die technologische Entwicklung ein Wachstum begünstigt, das mit steigender Bevölkerungszahl und damit einhergehenden höheren Bevölkerungswachstumsraten verbunden war. Dieser positive Zusammenhang brach jedoch in den 1950er Jahren zusammen, und ab 1962 trat die Weltbevölkerung in eine Phase ein, in der die Wachstumsrate trotz Bevölkerungszunahme kontinuierlich sank. Der Beginn dieser negativen Phase lag acht Jahre vor dem Auftreten eines globalen Biokapazitätsdefizits im Jahr 1970. Der Beginn dieser negativen Phase variiert zudem regional: Regionen mit niedrigem Einkommen und hoher Geburtenrate erreichen diese Phase später als Regionen mit höherem Einkommen. Ein auf die negative Phase angewendetes logistisches Ricker-Modell prognostiziert, dass die Weltbevölkerung zwischen 2067 und 2076 auf 11,7 bis 12,4 Milliarden Menschen anwachsen könnte. Dasselbe Modell, angewendet auf die positive Phase, sagt eine maximale Bevölkerungszahl von 2,5 Milliarden Menschen voraus, die die Erde möglicherweise tragen kann. Die negative Phase korreliert zudem stark mit der Entwicklung der globalen Temperaturabweichung, des ökologischen Fußabdrucks und der Gesamtemissionen, wobei deren Variation stärker durch das Bevölkerungswachstum als durch den steigenden Pro-Kopf-Verbrauch erklärt wird. Die Erde kann die zukünftige, ja sogar die heutige Weltbevölkerung nicht ernähren, ohne eine grundlegende Überarbeitung der soziokulturellen Praktiken im Umgang mit Land, Wasser, Energie, Biodiversität und anderen Ressourcen.
 Die Inhalte dieser Arbeit dürfen gemäß den Bestimmungen der Creative-Commons-Lizenz Namensnennung 4.0 verwendet werden . Jede weitere Verbreitung dieser Arbeit muss die Nennung des/der Autors/Autoren, des Titels der Arbeit, der Zeitschriftenangabe und des DOI enthalten.
 
Ergänzende Daten
1. Einleitung
Die Demografie des Menschen ist zweifellos die am besten erforschte aller Spezies. Dennoch gab es über weite Strecken der Menschheitsgeschichte weder genaue Bevölkerungszählungen noch Schätzungen der Altersstruktur, Geburten- oder Sterberaten. Seit den 1950er Jahren, als weltweit systematische Volkszählungen begannen [ 1 ], verfügen wir jedoch über ein tiefgreifendes Verständnis dafür, wie sich die Bevölkerungsstruktur unter anderem aufgrund von wirtschaftlichen Veränderungen [ 2 ], sozialen Dynamiken [ 3 ], Bildung [ 4 ], Kultur [ 5 , 6 ], Gesundheitsmaßnahmen [ 7 , 8 ], Familienplanung [ 2 , 9 ], veränderten Heiratsmustern [ 10 ], Migration [ 2 , 11 ], Kriegen [ 12 ] und Krankheiten [ 13 ] gewandelt hat. Trotz der Fülle an Daten und Analysen zur menschlichen Demografie ist unser Verständnis davon, wie die Weltbevölkerung auf ihre eigenen Prozesse der Selbstförderung und -begrenzung unter dem Einfluss von Umweltrückkopplungen reagiert [ 2 ], noch immer unzureichend, insbesondere da uns nur Daten für einen Bruchteil der Geschichte des Homo sapiens vorliegen . Darüber hinaus ist der Zusammenhang zwischen Demografie und Umwelt in der menschlichen Demografie generell unterentwickelt [ 14–16 ], obwohl Umweltvariationen einer der Hauptmechanismen sind, die die Muster des demografischen Wandels beim Menschen bestimmen [ 14 ] .

Die Tragfähigkeit ist ein ökologisches Konzept , das die langfristige durchschnittliche maximale Anzahl von Individuen einer bestimmten Art (typischerweise als Individuendichte pro Flächeneinheit gemessen und mit K bezeichnet ) beschreibt, die ein Ökosystem angesichts der verfügbaren regenerativen Ressourcen dauerhaft erhalten kann [ 17–19 ]. Mathematisch lässt sich K als die langfristige mittlere Populationsgröße ( N ) berechnen, bei der die exponentielle Populationsänderungsrate pro Individuum ( r ) gegen null strebt [ 17 , 18 ] (siehe Anhang I, Abbildung S1). Diese phänomenologische Beziehung ist Ausdruck der Rückkopplung einzelner Komponenten [ 20 ] – des Prozesses, durch den Interaktionen zwischen Individuen und Gruppen die demografischen Raten ihrer Komponenten (z. B. Überleben, Fruchtbarkeit und Ausbreitung) beeinflussen. Variationen dieser Komponenten wirken sich wiederum direkt oder indirekt auf die Populationsgröße und die demografischen Raten selbst aus [ 21 ]. Es gibt zwei Haupttypen von phänomenologischen Beziehungen zwischen r und N – negative Beziehungen , bei denen die Wachstumsrate der Population mit zunehmender Populationsgröße abnimmt, und positive Beziehungen , ein Sonderfall, bei dem die Wachstumsrate der Population mit zunehmender Populationsgröße zunimmt [ 21 ].

Angewendet auf menschliche Populationen ist das Konzept der Tragfähigkeit zwangsläufig komplex, da der Mensch als „ultimativer Ökosystemgestalter“ die Umwelt bewusst und erfolgreich zu seinem Vorteil beeinflusst [ 22 , 23 ]. Im Gegensatz zu nicht-menschlichen Arten, deren Wachstum durch die regenerativen Ressourcen begrenzt ist, von denen sie direkt abhängen, hat der moderne Mensch die begrenzende Rückkopplung durch Ressourcenknappheit durch die Nutzung fossiler Brennstoffe praktisch beseitigt. Weitere Gründe für die Schwierigkeit, das Konzept der ökologischen Tragfähigkeit auf menschliche Populationen anzuwenden, sind die enormen Unterschiede im Ressourcenverbrauch und den von Einzelpersonen verursachten Umweltschäden [ 24 ], der Zugang zu nicht erneuerbaren Ressourcen, die regenerative Ressourcen ergänzen können, und die Schwierigkeit, zu bestimmen, welche technologischen Innovationen und Lebensstandards bei einer gegebenen Bevölkerungsgröße und Geburtenrate als „akzeptabel“ gelten [ 22 ]. Der letztgenannte Grund stellt möglicherweise das größte Problem bei der Anwendung des Konzepts der Tragfähigkeit auf den Menschen dar, da K je nach Wirtschaftssystem und eingesetzten Technologien, gesellschaftlichen Bemühungen zur Verringerung von Ungleichheit, dem gewählten Anwendungszeitraum, der Akzeptanz von Umweltschäden [ 23 , 25 ] und dem Punkt, an dem die Umweltschäden so groß und die menschliche Belastung so hoch sind, dass diese physikalischen Bedingungen das Bevölkerungswachstum direkt begrenzen, unterschiedlich interpretiert werden kann. Darüber hinaus argumentierte Rees [ 26 ], dass technologische Innovationen K oft nicht per se erhöhen , sondern lediglich die Ressourceneffizienz steigern. Dies kann den Anschein eines Zuwachses erwecken und gleichzeitig die Wahrnehmung der dauerhaften Schädigung der Ressourcenbasis verschleiern.

Eine weitere Komplikation besteht darin, dass trotz der gut dokumentierten, planetenweiten ökologischen Krise und des Artensterbens [ 22 , 27 , 28 ], die durch die Ausbeutung fossiler Brennstoffe ermöglicht wurde, und der Beobachtung, dass die menschlichen Gesellschaften die Biokapazität der Erde (d. h. die Produktivität ökologischer Ressourcen, einschließlich Ackerland, Weideland, Waldland, Fischgründe und Siedlungsland) [ 29 ] längst überschritten haben, die allgemeinen Indikatoren für das menschliche Wohlbefinden im Allgemeinen auf einem historischen Höchststand liegen; so sinkt beispielsweise die absolute Armut [ 30 ] (obwohl die länderspezifische Armut zunimmt) [ 30 ], ebenso wie die Kindersterblichkeit [ 31 ], während die Lebenserwartung überwiegend zunimmt [ 32 ]; allerdings wurde die Lebenserwartung möglicherweise durch die Auswirkungen von COVID-19 reduziert, die Unterernährung hat zwischen 2017 und 2021 um etwa 30 % zugenommen [ 33 ], und Fettleibigkeit nimmt zu [ 32 ]. Dieses scheinbare Paradoxon hat die Stabilität der Lebensgrundlagen der Menschheit gefährdet und zu einer massiven Zunahme der Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen geführt. Dies wiederum bedroht durch den Klimawandel ebendiese Lebensgrundlagen, die die Bevölkerung erhalten, und verblendet die Gesellschaften für endliche, regenerative biologische Ressourcen, solange Alternativen auf Basis fossiler Brennstoffe verfügbar sind. Der Druck auf die Biosphäre resultiert auch aus anhaltender Übernutzung, einschließlich vergangener CO₂-Emissionen. Das bedeutet, dass die Belastungen das Ergebnis kumulativer, historischer Übernutzung sind und nicht nur aktueller Aktivitäten. Zusammengenommen begrenzen diese Belastungen die weitere Verbesserung und werden wahrscheinlich den Lebensstandard senken oder haben dies bereits getan [ 27 , 34 ].

Infolgedessen gab es zahlreiche wissenschaftliche Diskussionen über die Tragfähigkeit des menschlichen Lebensraums [ 19 , 22–25 , 35–37 ] , ohne dass ein eindeutiger Konsens über deren Wert [ 23 ] oder gar deren Relevanz für die moderne menschliche Gesellschaft erzielt werden konnte. Die meisten scheinen jedoch darin übereinzustimmen, dass die „optimale“ Tragfähigkeit für den Menschen deutlich geringer ist als die „maximale“ (oder „biophysikalische“) Tragfähigkeit [ 24 , 25 , 37 ]. Der Begriff „optimal“ bezieht sich dabei offenbar auf eine Rückkopplung, die mit einer Verbesserung des Wohlbefindens durch sozioökonomische Entwicklung und intakte Umwelt einhergeht [ 22 ], beispielsweise die maximale Anzahl von Menschen, die mit einem Mindestlebensstandard versorgt werden können [ 36 , 37 ], und nicht auf eine maximale Bevölkerungsdichte, die durch Hungersnot, Krankheit und Krieg diktiert wird [ 35 ].

Um dem Mangel an evidenzbasierten Schätzungen der menschlichen Tragfähigkeit und der Rolle der Bevölkerung selbst für das zukünftige Bevölkerungswachstum zu begegnen, berechnen wir mithilfe etablierter demografischer Analysen aus der Ökologie sowohl eine realistische „Facilitation“-Größe (ca. 2,5 Milliarden) als auch eine maximale globale Bevölkerungsgröße (11,66–12,40 Milliarden) auf Basis der verfügbaren Daten zu den Trends der Bevölkerungsentwicklung im letzten Jahrhundert. Unsere Prognosen basieren erstmals ausschließlich auf Zeitreihen der menschlichen Bevölkerung, da bisher keine Studie die Zusammenhänge zwischen r und N auf globaler oder regionaler Ebene untersucht hat. Eine solche Untersuchung ist wichtig, um nicht nur empirische Schätzungen der Tragfähigkeit zu berechnen, die nicht auf unberechtigten oder unsicheren Annahmen beruhen, wie sie bestehenden Schätzungen der Tragfähigkeit zugrunde liegen [ 23 ], sondern auch um festzustellen, ob sich die Bevölkerungswachstumsraten als Reaktion auf schwindende Pro-Kopf-Ressourcen und potenzielle negative Rückkopplungen durch Überkonsum verändert haben.

Anhand von Bevölkerungsdaten der Vereinten Nationen und anderer Quellen bis zurück ins Jahr 1800 zeigen wir empirisch, dass sich menschliche Gesellschaften Ende der 1940er Jahre von einer langen Phase des Bevölkerungswachstums (d. h. mehr Menschen = höhere exponentielle jährliche Wachstumsrate) zu einer Phase mit weiterem Bevölkerungswachstum ab den 1960er Jahren (negative Phase) wandelten. Darüber hinaus zeigen wir erstmals, dass die globale Temperaturabweichung, der ökologische Fußabdruck und die Gesamtemissionen (Indikatoren für die globale Umweltverschlechterung) während der jüngsten negativen Phase mit zunehmender Bevölkerungsgröße stetig anstiegen und dass die Bevölkerungsgröße ein besserer Prädiktor für die Veränderungen dieser Indikatoren ist als der steigende Pro-Kopf-Verbrauch.
2. Methoden
2.1. Bevölkerungstrend und Änderungsrate
Wir haben die verfügbaren Schätzungen der menschlichen Bevölkerungsgröße bis zurück ins Jahr 1000 n. Chr. zusammengetragen, da die seitdem erhobenen Schätzungen durch mehrere unabhängige Analysen bestätigt wurden [ 1 , 38–46 ] . Aus diesen Daten berechneten wir die momentane (jährliche) exponentielle Änderungsrate ( r = log e ( N t +1 / N t )) und die Bevölkerungsgröße ( N ) im Jahr t von 1800 bis 2023 (da die globalen Bevölkerungsgrößen in diesem Zeitraum in jährlichen Schritten verfügbar sind) [ 44 ].

Wir berechneten den linearen Zusammenhang zwischen der jährlichen exponentiellen Änderungsrate ( r ) und der globalen Bevölkerungsgröße ( N ) anhand der phänomenologischen logistischen Modelle nach Ricker (linear) [ 47 ] und Gompertz (log-linear) [ 48 ] [ 20 ] in R (Funktion: lm ). Die relative Anpassungsgüte der Ricker- und Gompertz-Modelle wurde mithilfe der Gewichte des Akaike-Informationskriteriums ( w_AICc ) verglichen. Allerdings enthalten diese Berechnungen von r keine von den Vereinten Nationen angegebenen Unsicherheitsangaben. Ein Vergleich historischer Revisionen mit Prognosen für den Zeitraum von 1970 bis 2020 zeigt lediglich eine geringe Abweichung (1–2 %), eine Unsicherheit, die gut mit der beobachteten Variation von ca. 1 % zwischen Schätzungen aus verschiedenen Quellen übereinstimmt [ 49 ]. Es gibt zudem Hinweise darauf, dass die Unsicherheit der Bevölkerungsschätzungen für verschiedene Regionen ebenfalls variiert, aber im Allgemeinen mit der Zeit abnimmt [ 50 ]. Um zu prüfen, ob die beobachteten Trends zwischen r und N_t in den drei Phasen (siehe Ergebnisse ) auch unter Unsicherheiten robust sind, haben wir ein Resampling-Verfahren entwickelt. Dabei gingen wir von Unsicherheiten um das jährliche N _t von 5 % für die Förderphase (1800–1949), 2 % für die Übergangsphase (1950–1961) und 1 % für die Abschwächungsphase (1962–2023) aus. In 10.000 Iterationen wurde für jedes N _t der Reihe ein zufälliger Ausreißer gleichverteilt innerhalb dieser Fehlerbereiche gezogen, das entsprechende r neu berechnet und anschließend die Steigung der linearen Regressionsgeraden zwischen r und N_t für jede Phase ermittelt.
2.2. Tragfähigkeit
Ein phänomenologisches Ricker-Logistikmodell [ 20 ] sagt voraus, dass bei einer Populationsstabilität ( r = 0, also Populationswachstum null) der Quotient aus negativem Achsenabschnitt und Steigung der linearen Regressionsgeraden r ∼ N _t die erwartete maximale Populationsgröße (die sogenannte Ricker-Tragfähigkeit K _R ) schätzt. Diese unterscheidet sich von der biophysikalischen Tragfähigkeit der Umwelt [ 24 ] [ 37 ], welche eine nachhaltig tragbare Populationsgröße darstellt und nicht, wie derzeit, auf Bestandserschöpfung beruht. Die Populationsgröße K_R wird erreicht, wenn Geburten und Sterbefälle genau ausgeglichen sind. Zur Überprüfung der Ergebnisse haben wir das Ricker-Logistikmodell auf den Achsenabschnitt (N_t = 0) erweitert, um die theoretische maximale Wachstumsrate zu berechnen [ 51 ]. In ähnlicher Weise haben wir, indem wir die Facilitationsbeziehung auf N t = 0 zurückverfolgten, den erwarteten r m für „unterentwickelte“ Gesellschaften in Abwesenheit von Facilitation berechnet [ 52 ].

Eine „nachhaltige“ Tragfähigkeit ist deutlich geringer als die mit dem Ricker-Modell bei r = 0 vorhergesagte „maximale“ Bevölkerungsgröße ( K _R ) [ 24 , 25 , 37 ]. Dies liegt daran, dass K_R durch die Erschöpfung der Ressourcen ermöglicht wird, wodurch die Menschen die durch die Regenerationsraten biologischer Ressourcen bedingten Grenzen vorübergehend überwinden können. Die „nachhaltige“ Tragfähigkeit hängt zudem vom durchschnittlichen Lebensstandard pro Person ab. Je höher der Pro-Kopf-Verbrauch, desto geringer die „nachhaltige“ Tragfähigkeit. Eine Welt mit einer Bevölkerung, die einer „nachhaltigen“ Tragfähigkeit entspricht, ist besser als eine mit K _R , da eine Bevölkerung mit höherer Wahrscheinlichkeit stabilere Volkswirtschaften ermöglicht, geringere negative Umweltauswirkungen hat, länger besteht, weniger Risiken birgt und mehr Kulturen und Werte bewahrt [ 25 , 53 ]. Angesichts der Hinweise auf einen abrupten Wechsel von einer Phase der Förderung zu einer negativen r ∼ N- Phase (siehe Ergebnisse) berechneten wir diese niedrigere Tragfähigkeit als die Populationsgröße, bei der die Förderung ein maximales r ergab (im Folgenden als K _f bezeichnet ). Hierbei berechneten wir die globale Populationsgröße, als r während der Förderungsphase von 1800 bis 1949 maximal war, als K_f .
2.3. Regionale Unterschiede
Die Betrachtung der Weltbevölkerung als Einheit kann regionale Unterschiede im Beginn und der Stärke des negativen Zusammenhangs zwischen r und N verschleiern . Um zu bestätigen, dass der globale Trend nicht von bestimmten Regionen und/oder Ländern bedingt ist, unterteilten wir die Erde in sieben von den Vereinten Nationen definierte Hauptregionen (Subsahara-Afrika, Nordafrika und Westasien, Europa und Nordamerika, Lateinamerika und Karibik, Zentral- und Südasien, Ost- und Südostasien sowie Ozeanien [ohne Australien und Neuseeland]) und berechneten den Zusammenhang r ∼ N für jede Region. Wir erweiterten die Anpassungen zudem auf r = 0 für die negative Phase jeder Region, um eine Schätzung von K_R für jede Region zu erhalten, und untersuchten die regionalen Unterschiede in der Steigung von r ∼ N im Verhältnis zu verschiedenen demografischen und wirtschaftlichen Indikatoren ( siehe Anhang IV im Zusatzmaterial). ...

WEITERLESEN (Englisch): https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/ae51aa