Zarówno na półkuli północnej, jak i na południowej, na polarnych wyższych szerokościach geograficznych, zmiany klimatu zachodzą szybciej niż na średnich szerokościach geograficznych czy też na niższych w tropikach. Na topnienie pokrywy lodowej na Grenlandii i lodu morskiego w Oceanie Arktycznym oraz utratę masy lodu na pokrywie lodowej Antarktydy i destabilizację tamtejszych lodowców szelfowych, powodującą anomalne ocieplenie tamtejszych wód oceanicznych ma wpływ szybko rosnąca z dekady na dekadę globalna temperatura. A to z kolei ma zaburzający wpływ na życie biologiczne, zarówno na lądzie, jak i w wodach oceanu. Różnorodność biologiczna jest tam wyjątkowo mocno zagrożona, tym bardziej że gatunki polarne już nie mają gdzie uciec i skryć się w chłodniejszym klimacie.
Najwolniej na Ziemi klimat ociepla się w tropikach, zarówno wzdłuż strefy okołorównikowej, jak i w strefach okołozwrotnikowych na obu półkulach. Nawet wolniej niż na średnich szerokościach geograficznych. Ale różnorodność biologiczna najmniej ucierpi na średnich szerokościach geograficznych, gdzie są najczęstsze zmienne warunki pogodowe, zarówno pod względem opadów atmosferycznych, jak i temperatury.
Jak już wspomnieliśmy wyżej, w Arktyce różnorodność biologiczna jest przede wszystkim zagrożona tym, że zanika pokrywa lodowa, która topiąc się najsilniej ma wpływ na szybki wzrost temperatury w całym regionie. Z kolei tropikalna różnorodność biologiczna zaadaptowała się, od końca epoki glacjalnej przez cały względnie stabilny holocen do początków rewolucji przemysłowej, do warunków takich, że występowały zmienne warunki pod względem opadów, ale była względnie ustabilizowana temperatura w regionach okołorównikowych. Jednak to wszystko drastycznie się zmienia. Na zmiany klimatu, zachodzące od co najmniej 170 lat, nakłada się też coraz intensywniejsza eksploatacja ekosystemów ziemskich, zaburzająca coraz poważniej względną równowagę ekologiczną. Natomiast subtropikalna różnorodność biologiczna jest z reguły przystosowana do zmiennych warunków temperaturowych, a w mniejszym stopniu do opadowych. Od bioróżnorodności na średnich szerokościach różni się tym, że funkcjonuje w strefie klimatycznej z dwiema porami roku, a nie z czterema. Z kolei bioróżnorodność okołorównikowa egzystuje cały czas w ciepłej jednej porze. A w Arktyce mamy do czynienia z dniem polarnym podczas wiosny i lata oraz z nocą polarną podczas jesieni i zimy, a na Antarktydzie jest na odwrót.
Pod względem klimatycznym wiele gatunków przystosowało się do poszczególnych stref klimatycznych. Nawet jeszcze teraz duża część z nich, choć już nie wszystkie, względnie stabilnie funkcjonuje w ekosystemach niezaburzonych przez ludzi. To wszystko jednak może się szybko zmienić. Najbardziej zagrożone są punkty zapalne bioróżnorodności, tzw. hotspoty – ekologicznie czułe obszary, które według prognoz zostaną poddane największej rotacji gatunków.
—
Rys.1. Przewidywany odsetek krajobrazu ekologicznego napędzany zmianami gatunków roślin w wyniku prognozowanych zmian klimatu wywołanych przez człowieka do 2100 r. Źródło: NASA / JPL-Caltech.
—
Jon Bergengren, naukowiec kierujący badaniami hotspotów w ramach stażu podoktorskiego w Caltech, w pracy zespołowej wziął pod uwagę takie regiony jak: w Himalajach i na Płaskowyżu Tybetańskim, we wschodniej Afryce Równikowej, na Madagaskarze, w regionie Morza Śródziemnego, w południowej części Ameryki Południowej i w Ameryce Północnej – obszary Wielkich Jezior i Wielkich Równin. 1
Największe obszary wrażliwości ekologicznej i zmiany biomów przewidywane na ten wiek znajdują się w obszarach o najbardziej dramatycznych zmianach klimatu: na wysokich szerokościach półkuli północnej, szczególnie w regionach polarnych i borealnych – wzdłuż północnej i południowej granicy lasów borealnych.
Klimat cały czas się ociepla. I z każdym wzrostem ułamka stopnia Celsjusza w skali globalnej, może nastąpić coraz większe ujemne oddziaływanie na poszczególne gatunki, zwłaszcza takie, które mają bardzo zawężoną tolerancję termiczną. To już się dzieje niestety.
Na potrzeby badań, naukowcy wykorzystali 10 symulacji komputerowych zestawu CMIP3, zgodnie z 4 Raportem Oceny IPCC z 2007 roku.
—
Rys.2. Prosta mapa 5 biomów sporządzona z ułamkowych map pokrycia 110 form życia związanych z symulacją modelu ekologicznej równowagi roślinności (EVE – Equilibrium Vegetation Ecology), opartą na miesięcznych danych klimatycznych z lat 1950-1980 (Jon Bergengren i inni, 2011).
—
Oszacowując korelację zmian klimatu z przewidywanymi zmianami biosfery, naukowcy posłużyli się w swoich badaniach tzw. modelem ekologicznej równowagi roślinności (EVE – Equilibrium Vegetation Ecology), który symulował ciągły opis ziemskich zbiorowisk roślinnych. Mierniki ekologicznej czułości, zastosowane do symulacji biosfery pod koniec XXI wieku, wskazały, że 49% całej powierzchni lądowej Ziemi będzie podlegać zmianom zbiorowisk roślinnych, a 37% ekosystemów na Ziemi również będzie podlegać zmianom w skali biomów. Badacze podkreślają, że dalsze ocieplanie się klimatu wpłynie na to, że będą następować wymiany gatunków, ale ekosystemy w większości zachowają swoją stabilność.
Główny autor pracy Jon Bergengren w serwisie NASA Global Climate Change stwierdził: 2
Nasze badanie wprowadza nowe spojrzenie na zmiany klimatu, badając implikacje ekologiczne kilku stopni globalnego ocieplenia. Podczas gdy ostrzeżenia o topnieniu lodowców, podnoszącym się poziomie morza i innych zmianach środowiska są ilustracyjne i ważne, ostatecznie to najważniejsze są konsekwencje ekologiczne.
Jest to zadanie bardzo pilne gdyż prędkość klimatyczna przyspiesza wraz z coraz szybszym z dekady na dekadę wzrostem średniej temperatury powierzchni Ziemi, zarówno w oceanach, jak i w atmosferze.
—
Co najmniej połowa gatunków roślin i zwierząt na wielu obszarach tropikalnych, takich jak jak np. Amazonia i Wyspy Galapagos, jest zagrożona lokalnymi wyginięciami do końca XXI wieku z powodu zmian klimatu, jeśli emisje węgla będą nadal rosły bez kontroli.
W przełomowym badaniu Rachel Warren, z Centrum Badań Zmian Klimatu im. Tyndalla na Uniwersytecie Wschodniej Anglii, na łamach serwisu EurekAlert powiedziała: 3,4
Nasze badania ukazują korzyści płynące z ograniczenia globalnego ocieplenia do 2°C dla gatunków na 35 najbardziej bogatych w przyrodę obszarach świata. Przebadaliśmy 80 000 gatunków roślin , ssaków, ptaków, gadów i płazów, i stwierdziliśmy, że 50% gatunków może zostać utraconych z tych obszarów, jeśli nie weźmie się pod uwagę polityki klimatycznej. Jeśli jednak globalne ocieplenie zostanie ograniczone do 2°C względem okresu przedindustrialnego, można tą liczbę ekstynkcji zmniejszyć do 25%. Nie zbadano ograniczenia ocieplenia do 1,5°C, ale oczekuje się, że ochroni ono jeszcze więcej dzikich zwierząt.
Raport ten wykazał, że:
– około 90% płazów, 86% ptaków i 80% ssaków, w tym afrykańskich dzikich psów, może potencjalnie wyginąć lokalnie w lasach Miombo w Południowej Afryce
– Amazonia może stracić 69% gatunków roślin.
– w południowo-zachodniej Australii 89% płazów może wyginąć na miejscu
– 60% wszystkich gatunków jest zagrożonych wyginięciem na Madagaskarze
– w Fynbos, w regionie Zachodniego Przylądka w Południowej Afryce, doświadczającym silnej suszy, niedobory wody, takie jakie wystąpiły w Kapsztadzie, mogą przyczynić się do lokalnego wyginięcia jednej trzeciej gatunków tam występujących, z których wiele jest unikatowych dla tego regionu
– zmniejszające się opady deszczu w basenie Morza Śródziemnego, na Madagaskarze i w ekosystemach trawiastych Cerrado i bagiennych Pantanalu w Argentynie doprowadzą do kurczenia się różnorodności biologicznej
– coraz mniejsze zasoby wodne doprowadzą do śmierci z pragnienia wiele osobników słoni afrykańskich, które muszą pić 150-300 litrów wody dziennie
– 96% terenów lęgowych tygrysów na Sundarbanach może zostać zatopionych przez coraz wyższy i szybszy wzrost poziomu morza
– grożba wyginięcia żółwi morskich z powodu występowania stosunkowo małej liczby narodzonych męskich osobników żółwi morskich ze względu na to, że przy wysokich temperaturach rodzi się więcej osobników żeńskich
Przy wzroście średniej temperatury globalnej o 2°C, jeśli gatunki mogą swobodnie przemieszczać się w nowe miejsca, ryzyko lokalnego wyginięcia zmniejsza się z około 25 do 20%. Jeśli gatunki nie mogą przemieszczać się, mogą niestety być narażone w 100% na lokalne wyginięcie. Większość roślin takich jak storczyki, czy większość płazów i gadów, takich jak żaby i jaszczurki, nie może poruszać się wystarczająco szybko, aby nadążyć za tymi zmianami klimatycznymi.
—
Fot.1. Byk słonia afrykańskiego w Parku Narodowym Krugera (Wikipedia).
—
W badaniu zastosowany został model Wallace Initiative (Warren i in., 2013), który modelował obecne i przyszłe rozmieszczenie 80 000 gatunków z pięciu taksonów lądowych (roślin, płazów, gadów, ptaków i ssaków) w różnych scenariuszach globalnych zmian klimatycznych, z rozdzielczością przestrzenną 20 km × 20 km z wykorzystaniem szeregu modeli ogólnej cyrkulacji (GCM – Global Circulation Model).
—
Fot.2. Tygrysica bengalska w rezerwacie tygrysów Kanha w Indiach (Wikipedia).
—
Powyższe modele w badaniu symulowały emisje w następujących scenariuszach ustalonych na Porozumieniu Paryskim (rysunek poniżej):
- Scenariusz biznes jak zwykle (BAU – business as Usual): Bez redukcji emisji i łagodzenia zmian klimatu i zignorowanie osiągnięcia celów Porozumienia Paryskiego, (pod koniec wieku globalna średnia roczna temperatura powierzchni osiągnie 4,5°C w stosunku do okresu przedprzemysłowego).
- Scenariusz INDC-wysoki: kraje osiągają cele zobowiązań dobrowolnych (INDC – Intended Nationally Determined Contributions) na 2030 r., ale nie dokonują dalszych redukcji emisji (pod koniec wieku jest 3,2°C w stosunku do okresu przedprzemysłowego).
- Scenariusz INDC-niski: kraje osiągają cele INDC na 2030 r., ale nie dokonują dalszych redukcji emisji (pod koniec wieku jest 2,7°C w stosunku do okresu przedprzemysłowego).
- Scenariusz 2°C: przy rygorystycznym ograniczaniu antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych ocieplenie jest ograniczone do 2°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej do 2100 r., a następnie ocieplenie nie wzrasta.
—
Rys.3. Trwałość refugiów w miejscach priorytetowych z adaptacją i bez adaptacji. Wykres przedstawia średni procent (w obrębie taksonów i miejsc priorytetowych) obszaru miejsca priorytetowego, który ma pełnić funkcję ostoi w zmienionym klimacie (Rachel Warren 2018).
—
Stuart C. Brown, pracownik naukowy na Uniwersytecie Adelaide, powiedział, że hipoteza stabilności klimatu dla gradientu szerokości geograficznej dla różnorodności biologicznej zakłada, że regiony o względnie stabilnych temperaturach, w okresach gwałtownych globalnych zmian klimatu, zapewnią ważne schronienia klimatyczne dla pobliskich organizmów, umożliwiając im przetrwanie, rozwój i zapoczątkowanie nowych linii rodowych. 5
—
Rys.4. Obszary nakładania się warunków stabilnej temperatury powierzchni (≤25 percentyla) i niestabilnych opadów (≥75 percentyla) na lądzie a, b, Przeszłość (a) i przyszłość zgodnie z RCP 8.5 (b). Obszary nakładania się (regiony, w których przypuszcza się, że warunki klimatyczne napędzają większe współczesne bogactwo gatunków) zaznaczono na niebiesko. Obszary zaznaczone na pomarańczowo w b pokazują różnice między przeszłością a przyszłością (to znaczy obszary nakładania się, które zostały utracone). Przezroczyste zielone regiony nałożone na mapy to gorące punkty różnorodności biologicznej (Stuart C. Brown et al., 2020).
—
Bezpośrednio przetestowano tę teorię przy użyciu 21 000 lat ciągłych danych klimatycznych, nowych wskaźników do obliczania i klasyfikacji stabilności klimatu oraz milionów zapisów występowania gatunków.
Na łamach portalu Ecology & Evolution Stuart Brown powiedział: 6
Stabilność klimatu prowadzi do wysokiego poziomu specjacji i zmniejszenia tempa wymierania, kształtując wzorce bogactwa gatunków.
Zapalne miejsca różnorodności gatunkowej często pokrywają się z regionami, które doświadczyły stabilnych temperatur i być może zmiennych wskaźników opadów w późnym czwartorzędzie. W tychże miejscach potencjalnie występuje wiele gatunków o małej zmienności i o niewielkich zasięgach geograficznych, co czyni je bardziej podatnymi na przyszłe zmiany ekoklimatyczne.
Naukowcy w swojej pracy stwierdzili, że ponad 58% tropikalnych środowisk lądowych i morskich doświadczyło stabilnych warunków temperaturowych w ciągu ostatnich 21 000 lat. Przez ten okres czasu zachodziło znaczne nakładanie się między stabilną temperaturą a niestabilnymi warunkami opadów. Te ostatnie mogą promować różnorodność biologiczna poprzez podział nisz ekologicznych.
Patrząc na koniec XXI wieku, naukowcy oszacowali, że ponad 75% lądów i oceanów, które w przeszłości wykazywały stabilne warunki temperaturowe, stanie się niestabilna do 2100 roku. Przyszłość jest najbardziej złowieszcza w tropikach ze stratami przekraczającymi 42% regionów klimatycznych na obszarach lądowych o stabilnych temperaturach i niestabilnych warunkach opadów. Straty te prawdopodobnie będą miały silny wpływ na różnorodność biologiczną w regionach takich jak wilgotne tropikalne tereny Australii, Madagaskaru i lasów gwinejskich w Afryce Zachodniej, Andów i gorącego punktu Indo-Birmy w tropikalnej Azji. Co ciekawe, znalezione zostały podobne wzorce zmian względem bioróżnorodności, zarówno w scenariuszach emisji na wysokim (RCP8.5), jak i na średnim poziomie (RCP4.5).
—
Referencje:
- Bergengren J. C. et al., 2011 ; Ecological sensitivity: a biospheric view of climate change ; Climatic Change ; https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-011-0065-1
- Buis A., 2011 ; Climate change may bring big ecosystem changes ; NASA Global Climate Change ; https://climate.nasa.gov/news/645/climate-change-may-bring-big-ecosystem-changes/
- Warren R. et al., 2018 ; The Implications of the United Nations Paris Agreement on climate change for globally significant biodiversity areas ; Climatic Change ; https://link.springer.com/article/10.1007/s10584-018-2158-6
- Univesity of East Anglia, 2018 ; Climate change risk for half of plant and animal species in biodiversity hotspots ; EurekAlert ; https://www.eurekalert.org/news-releases/481692
- Brown S. C. et al., 2020 ; Persistant Quarternary climate refugia are hospices for biodiversity in the Anthropocene ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/s41558-019-0682-7
- Brown S. C., 2020 ; Biodiversity hotspots are most vulnerable to global Warming ; Ecology & Evolution ; https://ecoevocommunity.nature.com/posts/61222-biodiversity-hotspots-are-most-vulnerable-to-global-warming