Ocieplenie klimatu – główny czynnik załamania ekosystemów w drugiej połowie XXI wieku

Panuje powszechna opinia w świecie naukowym oparta wieloma wynikami badań naukowych, że wielkie szóste wymieranie trwa już od co najmniej kilku dekad. To prawda. I modele, ekologiczne i od jakiegoś czasu klimatologiczne wyraźnie wskazują wysoki ubytek bioróżnorodności. IPBES w ostatnim swoim raporcie wyraźnie wskazuje, że główną potencjalną przyczyną przyspieszonego wymierania gatunków nie będzie eksploatacja środowiska naturalnego: wylesienia, osuszenia mokradeł, cieków i zbiorników wodnych, przełowienia, nadmierne polowania czy też nawet zanieczyszczenia przemysłowe i komunalne, ale przede wszystkim coraz wyższy wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi stymulujący szereg coraz większej liczby dodatnich sprzężeń zwrotnych, które coraz bardziej będą rozmontowywać system klimatyczny Ziemi. Prognozy klimatyczne nie napawają żadnym optymizmem. Będzie tylko coraz gorzej.

Fot.1. Adirondack Mountains w stanie Nowy Jork stanowi południową część wysuniętą na wschodnim przejściu leśnego borealnego ekoregionu .

Obecnie niewiele jest opublikowanych prac, w których byłoby opisane, że w świecie tlenowej biosfery, nie tylko problemem jest coraz szybsze wymieranie gatunków czy może już nawet rodzajów w królestwach roślin i zwierząt, ale i też załamywanie się ekosystemów, w których następują już tak silne zaburzenia, że mogą prowadzić do całkowitej destrukcji ekosystemów ziemskich. Jednymi z najbardziej wrażliwych ekosystemów na naszej planecie są rafy koralowe, namorzyny oraz lasy wodorostów podmorskich. Również w bardzo dużym niebezpieczeństwie są ekosystemy polarnych wód i wybrzeży na Antarktydzie, Grenlandii czy też na kurczącym się zasięgu lodu morskiego w Arktyce.

——

Fot.2. Koral stołowy

Owszem, obecnie duży destrukcyjny wpływ na degradację ekosystemów, zwłaszcza lasów oraz torfowisk tropikalnych, mają ludzie bezpośrednio degradujący środowisko naturalne poprzez wylesienia, wypalanie i osuszanie mokradeł, ale i też wpływ pośredni poprzez spalanie paliw kopalnych zaczyna mieć coraz większe znaczenie. Nie tylko niszczone ekosystemy przez ludzi uwalniają do atmosfery ogromne ilości dwutlenku węgla, metanu czy podtlenku azotu, ale i też jeszcze zachowane w naturalnym stanie zaczynają mniej pochłaniać dwutlenku węgla, a więcej go pochłaniać. Coraz wyższe wzrosty temperatur lokalnych i regionalnych wraz ze wzrastającą fluktuacyjnie temperaturą globalną powodują uruchomiły właśnie w ten sposób kolejne dodatnie sprzężenie zwrotne. Coraz szybciej zmarzlina w tajgach i tundrach na półkuli północnej rozmarza. Na razie nie są to zbyt znaczne ilości węgla trafiającego do atmosfery, ale w najbliższych dekadach proceder ten będzie znacznie zwiększony.

Christopher H. Trisos, Cory Merow i Alex L. Pigot, autorzy ostatnio opublikowanego w Nature artykułu „The projected timing of abrupt ecological disruption from climate change” („Przewidywany termin nagłego załamania ekologicznego spowodowanego zmianą klimatu”) podjęli się próby opisania projekcji klimatycznych dla przyszłości bioróżnorodności w ekosystemach i postawili w swej pracy prawdopodobieństwo w czasie załamania większości ekosystemów z powodu coraz wyższego wzrostu temperatury.

Naukowcy przedstawili wykresy i modele w okresie 1850-2100, w których oszacowali skumulowany odsetek gatunków wcześniej opuszczających swoje historyczne nisze klimatyczne (zasięgi geograficzne) oraz tych, które tuż przed albo w czasie progu krytycznego, dla danego ekosystemu, dopiero wtedy opuszczą je. Również został przedstawiony odsetek gatunków pozostających w swych historycznych niszach klimatycznych, dla których nie ma już żadnego ratunku.

Dla poszczególnych zespołów wyznaczyli następujące parametry:

  • termin możliwego załamania – rok, w którym odsetek gatunków, które wyszły ze swojej historycznej niszy, przekracza 50%
  • zasięg zmiany, czyli całkowity odsetek gatunków, które wyszły ze swojej historycznej niszy
  • nagłość zmiany, opisywaną jako odsetek gatunków, które wyjdą ze swojej historycznej niszy w dekadzie maksymalnego narażenia (w ciągu pięciu lat przed i po terminie możliwego załamania), liczony względem całkowitej liczby gatunków, które wyjdą ze swojej niszy.

Rys.1. Przykład projekcji zmian w zespole gatunków – region Kajmanów. Przedstawiono odsetek gatunków narażonych na wyjście ze swojej historycznej niszy klimatycznej (lewa oś, czarna linia ciągła na wykresie) i średnią temperaturę roczną w tym regionie (prawa oś, szara i czerwona linia na wykresie). Temperaturę w przyszłości obliczono na podstawie scenariusza wysokich emisji gazów cieplarnianych (RCP8.5). Na wykresie zaznaczono zasięg zmiany w ekosystemie (67%), termin jej wystąpienia (rok 2074), „dekadę maksymalnego narażenia” (2074±5), oraz nagłość zdarzenia (ok. 57% gatunków, które wyjdą poza swoją historyczną niszę właśnie w dekadzie (2074±5). Źródło: Trisos i in., 2020.

 

W sumie możliwość załamania ekosystemów, inaczej zespołów gatunków, naukowcy oszacowali na 2074 rok z poprawką 5 lat wcześniej czy później, czyli w prawdopodobnym okresie 2069-2079, oczywiście jeśli będzie dalej kontynuowany kurs emisji gazów cieplarnianych RCP 8.5.

Sam zasięg 67 % zmiany (1850-2100) oznacza ilość gatunków, które przed progiem krytycznym jeszcze opuszczają swoje historyczne nisze ekologiczne, co łatwiej pomaga im w adaptacji do coraz większych zmian klimatycznych.

Z kolei nagłość zmiany (1850-2100) oznacza ilość gatunków, które dopiero w ostatniej chwili, gdy już się pojawił próg krytyczny (podany przez Trisosa i in. w 2074 r.), opuszczają swoje historyczne nisze ekologiczne, co jest trudniejsze w adaptacji do coraz większych zmian klimatycznych.

Im dłuższe jednak zwlekanie w czasie z migracją, tym gorzej dla gatunków, gdyż w coraz cieplejszym świecie mechanizmy ewolucyjnej adaptacji będą coraz słabsze, co doprowadzi wiele z nich po prostu do szybszego wymarcia.

W swojej pracy Trisos ze swym zespołem naukowym skupili się na prezentacji modeli klimatycznych dotyczących ekosystemów w skali globalnej, ale i zaprezentowali przykłady na wykresach, np. analizę biocenozy Kajmanów dotyczącą rys.1. Ogólnie zaprezentowali spis gatunków, wśród, których w ciągu najbliższych dekad wiele z nich będzie zmuszonych opuścić swoje historyczne nisze klimatyczne.

Naukowcy policzyli 30 652 gatunki ptaków, ssaków, gadów, płazów, ryb morskich, morskich bezkręgowców oraz koralowców i traw morskich, z których dany odsetek będzie narażony na czynniki opisane wyżej. Opracowali 22 modele klimatu oraz trzy scenariusze dalszych emisji gazów cieplarnianych: RCP2.6 (zakładający ich szybką redukcję), RCP4.5 (zakładający umiarkowane ograniczenie emisji) i RCP8.5 (zakładający dalsze wysokie emisje).

Ponadto w swych modelach i wykresach Trisos i in., podali też średnią temperaturę roczną, średnie miesięczne oraz roczne sumy opadów nad lądami, które są wyznacznikami progu krytycznego dla badanych gatunków przy szacowanych wyższych wzrostach temperatur lokalnych i regionalnych w nadchodzących dekadach, zwłaszcza przy kontynuacji kursu emisji RCP 8.5. Następnie naukowcy podzielili Powierzchnię Ziemi na kwadraty o bokach 100×100 km i dla każdego obszaru ustalili zespół występujących w nim gatunków.

W najgorszym scenariuszu RCP8.5, do 2100 r. wśród 81% lądowych i 37% morskich zespołów gatunków znajdzie się przynajmniej jeden gatunek, który doświadczy średnich rocznych temperatur wyższych niż kiedykolwiek w swojej historii.

Pomimo tego, że badania naukowe pokazują, że najszybciej ocieplają się regiony polarne na Ziemi, to najbardziej zagrożonymi gatunkami, zespołami gatunków czy nawet ekosystemami będą te, które są umiejscowione w subtropikalnych między zwrotnikowych obszarach Ziemi, na których relatywnie jest notowany mniejszy wzrost średniej temperatury powierzchni Ziemi.

W 2100 roku z 68% lądowych i 39% morskich międzyzwrotnikowych zespołów gatunków przynajmniej 20% gatunków wyjdzie ze swojej historycznej niszy klimatycznej (jest to próg krytyczny poważnie zagrażający spadkowi różnorodności biologicznej w tych rejonach świata (Tim Newbold i in., 2016, David U. Hooper i in., 2012). W pozostałych regionach spadek będzie mniejszy. Szacowany jest na 7% zespołów lądowych i 1% morskich (patrz mapa poniżej).

Rys.2. Zasięg zmiany bioróżnorodności (całkowity odsetek gatunków narażonych na lokalne wyginięcie z powodu wystąpienia warunków, w których te gatunki dotąd nie żyły) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). Rozpatrywano zespoły gatunków zamieszkujących w obszarach o wymiarach 100×100 km. Źródło: Trisos i in., 2020.

 

Trisos i in. też analizują, że na nagłość zmiany w ekosystemach najbardziej narażonymi grupami zwierząt będą ssaki i gady, głowonogi, trawy morskie i koralowce. Ale i też w dużym stopniu będą zagrożone gatunki endemiczne, zwłaszcza z Australii i Ameryki Południowej ponieważ nie były tak w swej historii często narażone na zmiany klimatu. Np. w okresach glacjalnych i interglacjalnych. Mark Urban w swojej pracy z 2015 r. Accelerating extinction risk from climate change podał dane, że nawet 23 % endemitów południowoamerykańskich do 2100 r. jest zagrożonych wyginięciem. A australijskich i nowozelandzkich do 14 % (patrz mapa poniżej).

Rys.3. Nagłość zmiany (odsetek gatunków, które doświadczą warunków, w których dotąd nie funkcjonowały w przedziale ±5 lat od terminu możliwego załamania, liczony względem całkowitej liczby gatunków, które go przekroczą) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). Rozpatrywano zespoły gatunków zamieszkujących w obszarach o wymiarach 100×100 km. Źródło: Trisos i in., 2020.

 

Tak więc, w pierwszej kolejności będą rozpadać się ekosystemy z dużą ilością endemitów, zwłaszcza gatunków o bardzo małych zasięgach geograficznych.

Wiele gatunków jeszcze nie doświadczyło ekstremalnie zmiennych warunków pogodowych i długotrwałego wzrostu temperatur lokalnych i regionalnych powyżej średniej rocznej globalnej temperatury. W przyszłości jednak to może się zmienić na niekorzyść wielu z nich. I jednymi z najbardziej zagrożonych gatunków są zamieszkujące obszary arktyczne, np. niedźwiedzie polarne, których przetrwanie jest zależne od długości obecności lodu morskiego po to by mogły na nim skutecznie polować i odchować młode. Jednak dalsze spalanie paliw kopalnych i zmiany użytkowania gruntów przez ludzi powodują, że habitaty dla niedźwiedzi polarnych i prawdopodobnie też dla fok grenlandzkich i innych przystosowanych do warunków arktycznych, kurczą się w bardzo szybkim tempie.

Cytat z Nauka o klimacie

Na Alasce, na południowych brzegach Morza Beauforta, już zaobserwowano spadek populacji niedźwiedzi polarnych o 25-50% (Jeffrey F. Bromaghin i in., 2016) w okresach małego zasięgu lodu. W zachodniej Zatoce Hudsona, będącej jednym z najbardziej na południe wysuniętych habitatów niedźwiedzi polarnych, ich liczebność od 1987 roku zmalała o ok. 30% (Andrew E. Derocher, 2018)

Podobnie newralgicznie są zagrożone ekosystemy raf koralowych. Właściwie w wielu populacjach koralowców dekada maksymalnego narażenia, o której wspominają Trisos ze swym zespołem badawczym, już trwa. Drastyczne przypadki wybielania raf koralowych w ostatnich latach, zwłaszcza podczas ekstremalnie silnych El Nino (1998, 2010, 2016), już trwa (Shannon Sully i in., 2019).

Rys.4. Termin możliwego załamania (rok, w którym odsetek gatunków, które doświadczać będą nowych warunków, przekracza 50%) w poszczególnych częściach świata w roku 2100, w scenariuszu RCP8.5 (wysokich emisji gazów cieplarnianych). Rozpatrywano zespoły gatunków zamieszkujących w obszarach o wymiarach 100×100 km. Źródło: Trisos i in., 2020.

 

Obecnie strategiczne ekosystemy leśne w Amazonii, w dorzeczu Konga, na wyspach Indonezji zanikają z powodu wylesiania, ale już w przyszłości dominującym czynnikiem będzie wzrost globalnej temperatury. I zaburzenie tych ekosystemów oraz wielu innych, zwłaszcza na małych wyspach, np. na Karaibach czy w Oceanii na południowo-zachodnim Pacyfiku w przyszłości może wpłynąć negatywnie na gatunki, które zmuszone do opuszczenia swych historycznych nisz klimatycznych mogą przekroczyć próg ekstynkcji (Mark Urban, 2015).

Jeśli miałby być osiągnięty cel polityczny Porozumienia Paryskiego z 2015 r. aby nie dopuścić do przekroczenia krytycznego progu temperatury globalnej 2 stopnie Celsjusza względem okresu 1850-1900, to tylko 2 % zespołów gatunków będzie narażonych na utratę bioróżnorodności, czyli 20 % gatunków przekroczy swoje historyczne nisze klimatyczne i znajdzie się na progu ekstynkcji. Natomiast jeśli według scenariusza RCP 8.5 będziemy dalej spalać paliwa kopalne i wylesiać Ziemię doprowadzając w 2100 r. do przekroczenia progu 4 stopnie Celsjusza, to niestety aż 15 % zespołów gatunków przekroczy swoje historyczne nisze klimatyczne z czego ponad 50 % gatunków znajdzie się na progu ekstynkcji.

https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/nagle-zalamywanie-sie-ekosystemow-kiedy-nastapi-427

https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/spadek-powierzchni-lodu-morskiego-utrudnia-niedzwiedziom-polowania-jak-dlugo-wytrzymaja-435

https://unfccc.int/news/ipbes-climate-change-is-a-key-driver-for-species-extinction

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2189-9

https://science.sciencemag.org/content/353/6296/288

https://www.nature.com/articles/nature11118

https://science.sciencemag.org/content/348/6234/571

https://www.researchgate.net/publication/274314469_Polar_bear_population_dynamics_in_the_southern_Beaufort_Sea_during_a_period_of_sea_ice_decline

https://polarbearsinternational.org/news/article-polar-bears/western-hudson-bay-polar-bears/

https://www.nature.com/articles/s41467-019-09238-2

https://en.wikipedia.org/wiki/Coral_reef

https://en.wikipedia.org/wiki/Forest

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *