Nagłe załamywanie się ekosystemów - kiedy nastąpi?

Zmiana klimatu prowadzi nie tylko do częstszego występowania ekstremalnych zjawisk pogodowych, zmian w cyrkulacji oceanicznej czy topnienia lodowców. Odbija się także na funkcjonowaniu roślin i zwierząt, a także całych ekosystemów. Kiedy zajdzie na tyle daleko, by zagrozić gwałtownym zakłóceniem funkcjonowania biosfery i poważną utratą bioróżnorodności? Omawiamy publikację Trisosa i in., 2020.

Zwierzęta nad jeziorem w parku narodowym Akagera w Rwandzie

Rysunek 1: Zwierzęta nad jeziorem w parku narodowym Akagera w Rwandzie. Zdjęcie: Abhishek Singh (licencja CC BY-SA 2.0).

Od dłuższego czasu nie ma wątpliwości, że zmiana klimatu stanie się najważniejszym zagrożeniem dla różnorodności biologicznej na Ziemi (np. Urban, 2015, IPBES, 2019). W dotychczasowych projekcjach zmian w biosferze koncentrowano się najczęściej na konkretnych gatunkach i analizowano, które z nich będą zagrożone, lub nie będą w stanie funkcjonować w warunkach, jakie zapanują na naszej planecie np. pod koniec XXI wieku. Tymczasem to, co chcielibyśmy chronić, lub z dobrodziejstw czego korzystamy, to często nie pojedyncze gatunki, lecz całe ekosystemy. Zespoły roślin, zwierząt, grzybów i innych organizmów, połączonych siecią zależności, wykonujących dla nas konkretne „usługi”, takie jak pochłanianie dwutlenku węgla z atmosfery, retencjonowanie wody, ochrona wybrzeża oceanu przed erozją czy dostarczanie pożywienia. Aby skutecznie podtrzymywać ich funkcjonowanie, ułatwić im adaptację do nowych warunków lub przygotować się na ich utratę, potrzebujemy informacji o tym, kiedy mogą ulec załamaniu oraz czy będzie to proces nagły czy powolny (Weber i in., 2018).

Do gwałtownego i poważnego zaburzenia działania ekosystemu dochodzi wtedy, gdy warunki życia stają się nieodpowiednie jednocześnie dla kilku współwystępujących, zależnych od siebie gatunków (patrz m.in. Wernberg i in., 2016, Hughes i in., 2018). Aby oszacować, kiedy takie zjawisko może wystąpić w poszczególnych częściach świata, Christopher H. Trisos, Cory Merow i Alex L. Pigot, autorzy opublikowanego w Nature artykułu The projected timing of abrupt ecological disruption from climate change („Przewidywany termin nagłego załamania ekologicznego spowodowanego zmianą klimatu”) posłużyli się kombinacją danych historycznych i projekcji klimatu.

Poza klimatyczną niszę

Dane dotyczące przeszłości posłużyły badaczom do wyznaczenia historycznych nisz klimatycznych - zakresów warunków, w których poszczególne gatunki bytowały dotychczas w naturze. Projekcje klimatu pozwoliły natomiast określić terminy, w których rzeczywistość może zacząć wykraczać poza te zakresy a przetrwanie gatunków stanie pod znakiem zapytania, ponieważ nie mamy dowodów na to, by mogły funkcjonować poza swoimi historycznymi niszami.

Ekosystem zagrożony zmianą klimatu: rafa koralowa i różne gatunki ryb

Rysunek 2: Rafa koralowa i różne gatunki ryb. Zdjęcie: Joakant (licencja Pixabay).

Następnie z poziomu poszczególnych gatunków naukowcy przeszli do poziomu ekosystemów. Dla zespołów gatunków występujących w różnych częściach świata stworzyli specjalne wykresy (patrz rysunek poniżej) pozwalające określić, kiedy mogą zostać dotknięte przez istotne zaburzenie i jak poważna będzie zmiana. Wykresy obejmują okres od roku 1850 do 2100 i pokazują skumulowany odsetek gatunków z wybranego zespołu, które wyszły poza swoją historyczną niszę (czarna linia). Nagły wzrost tego odsetka („schodek” na wykresie) oznacza nagłą zmianę w ekosystemie, tym poważniejszą im wyższy jest skok.

Dla poszczególnych zespołów badacze określili:

  • 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.

Zagrożenie dla ekosystemu ze strony zmiany klimatu - przykład.

Rysunek 3: 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.

Gdzie i kiedy największe zagrożenie?

W swojej analizie Trisos i współautorzy uwzględnili 30 652 gatunki ptaków, ssaków, gadów, płazów, ryb morskich, morskich bezkręgowców oraz koralowców i traw morskich, tworzących siedliska dla wielu organizmów. Wykorzystali 22 modele klimatu i 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). Jako główne kryterium przetrwania obrali średnią temperaturę roczną, jednak uwzględnili także maksymalne średnie miesięczne oraz roczne sumy opadów nad lądami. Powierzchnię Ziemi podzielili na kwadraty o bokach 100x100 km i dla każdego obszaru ustalili zespół występujących w nim gatunków.

W pesymistycznym scenariuszu RCP8.5, do 2100 w 81% lądowych i 37% morskich zespołów gatunków znajdzie się przynajmniej jeden gatunek, który doświadczy średnich rocznych temperatur wyższych niż kiedykolwiek w swojej historii. Chociaż wzrost temperatury najsilniej uwidacznia się w strefach podbiegunowych, najbardziej narażone będą organizmy żyjące w strefie międzyzwrotnikowej. Historycznie bowiem doświadczały one stosunkowo małej zmienności warunków klimatycznych a dodatkowo dla wielu z nich już obecne warunki stanowią maksimum tego, do czego mogą się adaptować. W roku 2100 w 68% lądowych i 39% morskich międzyzwrotnikowych zespołów gatunków przynajmniej 20% gatunków wyjdzie ze swojej historycznej niszy klimatycznej (próg grożący poważnym spadkiem bioróżnorodności Newbold i in., 2016, Hooper i in., 2012). W pozostałych regionach będzie to dotyczyć 7% zespołów lądowych i 1% morskich (patrz mapa poniżej).

Zmiana klimatu a ekosystemy: zasięg zmiany bioróżnorodności

Rysunek 4: 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 100x100 km. Źródło: Trisos i in., 2020.

W wielu przypadkach (patrz mapa poniżej) należy liczyć się z tym, że zmiana w składzie gatunkowym ekosystemów może zachodzić bardzo gwałtownie. Dotyczy to w szczególności organizmów morskich (ssaków i gadów, głowonogów, traw morskich i koralowców).

Zmiana klimatu a ekosystemy: nagłość zmiany bioróżnorodności

Rysunek 5: 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 100x100 km. Źródło: Trisos i in., 2020.

Taki wynik obliczeń może być częściowo wyjaśniony historyczną zbieżnością warunków, w jakich funkcjonowały dotąd zespoły gatunków – np. jeśli średnie roczne temperatury w pewnym regionie nie przekraczały dotąd określonej wartości, to wyższej żaden lokalny gatunek nie miał po prostu okazji doświadczyć. Wyznacza to dla nich wspólną granicę historycznej niszy klimatycznej. Naukowcy zauważyli jednak, że wiele gatunków mających do dyspozycji cieplejsze siedliska (w odległości najwyżej 1000 km od znanych) jednak ich nie zasiedliło. Prawdopodobnie istnieją więc inne przyczyny, dla których nisze klimatyczne wielu współwystępujących gatunków są zbliżone – np. przystosowanie ewolucyjne albo wzajemne zależności między gatunkami. Nagłe załamania się ekosystemów są więc zagrożeniem, które należy poważnie brać pod uwagę.

Smutnym, ale nie zaskakującym wnioskiem (biorąc pod uwagę na przykład epizody wybielania raf koralowych w ostatnich latach, Sully i in., 2019) z pracy Trisosa i współpracowników jest ten, że w niektórych zespołach gatunków dekada maksymalnego narażenia już trwa.

Zmiana klimatu a ekosystemy: termin możliwego załamania

Rysunek 6: 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 100x100 km. Źródło: Trisos i in., 2020.

W regionie Karaibów czy Wysp Salomona kolejne gatunki doświadczają zupełnie nowych dla siebie warunków, co zakłóca działanie lokalnych ekosystemów i może prowadzić do ich zniszczenia czy drastycznej przebudowy. Projekcje wskazują, że w scenariuszu wysokich emisji już w ciągu najbliższych 30 lat podobne ryzyko obejmie lasy deszczowe Amazonii, Indonezji i Konga.

Bioróżnorodność a cel Porozumienia paryskiego

Zgodnie z Porozumieniem paryskim z 2015 roku ludzkość będzie starała się ograniczyć ocieplanie się klimatu do poziomu 2°C względem epoki przedprzemysłowej. Obliczenia Trisosa i in. wskazują, że jeśli to się powiedzie, najwyżej 2% zespołów gatunków na świecie będzie narażonych na znaczącą utratę bioróżnorodności (przynajmniej 20% składających się na nie gatunków znajdzie się w warunkach, których dotąd nie doświadczyły). Niestety jednak zagrożenie szybko rośnie wraz ze wzrostem średniej temperatury i przy ociepleniu o 4°C zagrożenie dotknie już 15% zespołów. Oznacza to, że nagłe i poważne spadki bioróżnorodności są w obliczu zmiany klimatu realnym zagrożeniem.

Aleksandra Kardaś, konsultacja merytoryczna: dr Barbara Pietrzak i dr hab. Krzyszof Kujawa.

Opublikowano: 2020-09-07 09:34
Tagi

skutki zmiany klimatu biosfera

Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.