Quantifying Earth system interactions for sustainable food production via expert elicitation
Anna Chrysafi
(1, 2)
,
Vili Virkki
(1)
,
Mika Jalava
(1)
,
Vilma Sandström
(1)
,
Johannes Piipponen
(1)
,
Miina Porkka
(1, 3)
,
Steven Lade
(4, 5)
,
Kelsey La Mere
(6)
,
Lan Wang-Erlandsson
(4)
,
Laura Scherer
(7)
,
Lauren Andersen
(8)
,
Elena Bennett
(9)
,
Kate Brauman
(10)
,
Gregory Cooper
(11)
,
Adriana de Palma
(12)
,
Petra Döll
(13, 14)
,
Andrea Downing
(3, 4)
,
Timothy Dubois
(4)
,
Ingo Fetzer
(4)
,
Elizabeth Fulton
(15, 16)
,
Dieter Gerten
(8, 17)
,
Hadi Jaafar
(17)
,
Jonas Jägermeyr
(8, 18)
,
Fernando Jaramillo
(19, 4)
,
Martin Jung
(4)
,
Helena Kahiluoto
(20)
,
Luis Lassaletta
(21)
,
Anson Mackay
(22)
,
Daniel Mason-D’croz
(23, 24, 25)
,
Mesfin Mekonnen
(26)
,
Kirsty Nash
(27, 10)
,
Amandine Pastor
(28, 29)
,
Navin Ramankutty
(30, 31)
,
Brad Ridoutt
(32, 31)
,
Stefan Siebert
(33, 34)
,
Benno Simmons
(34)
,
Arie Staal
(35)
,
Zhongxiao Sun
(36, 7)
,
Arne Tobian
(4, 8)
,
Arkaitz Usubiaga-Liaño
(37, 23)
,
Ruud van der Ent
(38)
,
Arnout van Soesbergen
(39, 40)
,
Peter Verburg
(41)
,
Yoshihide Wada
(4)
,
Sam Zipper
(42)
,
Matti Kummu
(1)
1
Aalto University
2 Aristotle University of Thessaloniki
3 The Royal Swedish Academy of Sciences
4 Stockholm University
5 ANU - Australian National University
6 University of Tampere [Finland]
7 Universiteit Leiden = Leiden University
8 Leibniz Association
9 McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]
10 UA - University of Alabama [Tuscaloosa]
11 University of Sheffield [Sheffield]
12 Imperial College London
13 Goethe-Universität Frankfurt am Main
14 SBiK-F - Senckenberg Biodiversity and Climate Research Centre
15 CSIRO-MAR - CSIRO Marine and Atmospheric Research
16 UTAS - University of Tasmania [Launceston]
17 HSU - Humboldt State University
18 AUB - American University of Beirut [Beyrouth]
19 Columbia University [New York]
20 IIASA - International Institute for Applied Systems Analysis [Laxenburg]
21 LUT - Lappeenranta–Lahti University of Technology [Finlande]
22 UPM - Universidad Politécnica de Madrid
23 UCL - University College of London [London]
24 AEP Cornell - School of Applied and Engineering physics [Ithaca]
25 CSIRO - CSIRO Agriculture and Food
26 WUR - Wageningen University and Research [Wageningen]
27 UTAS - University of Tasmania [Hobart, Australia]
28 UMR ITAP - Technologies et Méthodes pour les Agricultures de demain
29 cE3c - Centre for Ecology - Evolution and Environmental Changes
30 ULISBOA - Universidade de Lisboa = University of Lisbon = Université de Lisbonne
31 UBC - University of British Columbia
32 Cornell University [New York]
33 UFS - University of the Free State [South Africa]
34 Georg-August-University = Georg-August-Universität Göttingen
35 University of Exeter
36 Universiteit Utrecht / Utrecht University [Utrecht]
37 CAU - China Agricultural University
38 BC3 - Basque Centre for Climate Change
39 TU Delft - Delft University of Technology
40 King‘s College London
41 UNEP-WCMC - UN Environment Programme World Conservation Monitoring Centre
42 Institute for Environmental Studies -IVM
2 Aristotle University of Thessaloniki
3 The Royal Swedish Academy of Sciences
4 Stockholm University
5 ANU - Australian National University
6 University of Tampere [Finland]
7 Universiteit Leiden = Leiden University
8 Leibniz Association
9 McGill University = Université McGill [Montréal, Canada]
10 UA - University of Alabama [Tuscaloosa]
11 University of Sheffield [Sheffield]
12 Imperial College London
13 Goethe-Universität Frankfurt am Main
14 SBiK-F - Senckenberg Biodiversity and Climate Research Centre
15 CSIRO-MAR - CSIRO Marine and Atmospheric Research
16 UTAS - University of Tasmania [Launceston]
17 HSU - Humboldt State University
18 AUB - American University of Beirut [Beyrouth]
19 Columbia University [New York]
20 IIASA - International Institute for Applied Systems Analysis [Laxenburg]
21 LUT - Lappeenranta–Lahti University of Technology [Finlande]
22 UPM - Universidad Politécnica de Madrid
23 UCL - University College of London [London]
24 AEP Cornell - School of Applied and Engineering physics [Ithaca]
25 CSIRO - CSIRO Agriculture and Food
26 WUR - Wageningen University and Research [Wageningen]
27 UTAS - University of Tasmania [Hobart, Australia]
28 UMR ITAP - Technologies et Méthodes pour les Agricultures de demain
29 cE3c - Centre for Ecology - Evolution and Environmental Changes
30 ULISBOA - Universidade de Lisboa = University of Lisbon = Université de Lisbonne
31 UBC - University of British Columbia
32 Cornell University [New York]
33 UFS - University of the Free State [South Africa]
34 Georg-August-University = Georg-August-Universität Göttingen
35 University of Exeter
36 Universiteit Utrecht / Utrecht University [Utrecht]
37 CAU - China Agricultural University
38 BC3 - Basque Centre for Climate Change
39 TU Delft - Delft University of Technology
40 King‘s College London
41 UNEP-WCMC - UN Environment Programme World Conservation Monitoring Centre
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Anna Chrysafi
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Johannes Piipponen
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Lan Wang-Erlandsson
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Laura Scherer
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Lauren Andersen
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Kate Brauman
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Petra Döll
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Andrea Downing
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- ORCID : 0000-0002-5206-9355
Elizabeth Fulton
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Dieter Gerten
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Hadi Jaafar
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Fernando Jaramillo
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- ORCID : 0000-0002-6769-0136
Helena Kahiluoto
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- ORCID : 0000-0002-4460-8523
Luis Lassaletta
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- PersonId : 761334
- ORCID : 0000-0001-9428-2149
Daniel Mason-D’croz
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- PersonId : 1159363
- ORCID : 0000-0003-0673-2301
Mesfin Mekonnen
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159364
- ORCID : 0000-0002-3573-9759
Kirsty Nash
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159365
- ORCID : 0000-0003-0976-3197
Amandine Pastor
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- ORCID : 0000-0003-4526-7705
Navin Ramankutty
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- PersonId : 1159366
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Brad Ridoutt
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Stefan Siebert
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- PersonId : 1159367
- ORCID : 0000-0002-9998-0672
Benno Simmons
- Fonction : Auteur
- PersonId : 1159368
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Zhongxiao Sun
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- ORCID : 0000-0001-8711-8260
Arne Tobian
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- PersonId : 1159370
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Arkaitz Usubiaga-Liaño
- Fonction : Auteur
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Ruud van der Ent
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Peter Verburg
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Sam Zipper
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Résumé
Several safe boundaries of critical Earth system processes have already been crossed due to human perturbations; not accounting for their interactions may further narrow the safe operating space for humanity. Using expert knowledge elicitation, we explored interactions among seven variables representing Earth system processes relevant to food production, identifying many interactions little explored in Earth system literature. We found that green water and land system change affect other Earth system processes strongly, while land, freshwater and ocean components of biosphere integrity are the most impacted by other Earth system processes, most notably blue water and biogeochemical flows. We also mapped a complex network of mechanisms mediating these interactions and created a future research prioritization scheme based on interaction strengths and existing knowledge gaps. Our study improves the understanding of Earth system interactions, with sustainability implications including improved Earth system modelling and more explicit biophysical limits for future food production.
Domaines
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