Изменение глобальной экосистемы в период потепления климата

УДК 574.24:502.3:504.7 ББК 28.080.1

Е.С. Орлеанская

изменение глобальной экосистемы в период потепления климата

Рассматриваются тренды глобальной температуры и индекса живой планеты за период с 1970 по 2005 гг., показана связь биоразнообразия с потеплением климата. Представлены потенциальные угрозы биологическому разнообразию. На основе прогноза глобальной температуры воздуха проведена оценка изменений индекса живой планеты.

Ключевые слова:

биологическое разнообразие, биосфера, глобальная температура, индекс живой планеты, кризис природных ресурсов, потепление климата, экосистема.

Важным условием существования биосферы является ее разнообразие, которое обеспечивает непрерывный биохимический круговорот вещества и потоки энергии, поддерживая связи атмосферы, литосферы, гидросферы, создавая целостность природной среды. Именно биологическое разнообразие обеспечивает системе устойчивость через множество внутренних и внешних взаимосвязей и взаимодействий. В биосфере имеется большой набор процессов регулирования с обратной связью и, как следствие, набор циклических процессов, позволяющих ей компенсировать изменяющиеся условия. В докладе «Живая Планета» рассматривается параметр, характеризующий состояние глобальной биосферы - индекс живой планеты, отражающий общее состояние биологического разнообразия [3].

Индекс живой планеты, определяемый на основе популяций 1686 позвоночных видов во всех регионах мира, сократился за последние 35 лет почти на 30% [10]. Хотя в отдельных областях с умеренным климатом ситуация стабилизировалась, индекс живой планеты в целом продолжает снижаться. Достижение даже скромной цели снижения темпов потери глобального биоразнообразия к 2010 г., поставленной Конвенцией по биологическому разнообразию, представляется все менее вероятным [1].

Конференция ООН по окружающей среде и развитию, состоявшаяся еще в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро, констатировала безальтернативность развития цивилизации на основе баланса между негативными последствиями социальноэкономического прогресса, с одной стороны, и сохранением и воспроизведением биологического разнообразия - с другой. Спустя несколько лет академик и почетный член Королевского и Американского

метеорологических обществ К.Я. Кондратьев напишет: «не требуется спасать по отдельности и окружающую среду и биоту. Эта задача действительно неразрешимая. Достаточно лишь ослабить антропогенное давление на естественную биоту, снизив уровень ее освоения» .[1].

В настоящее время российские и зарубежные ученые выделяют два основных внешних фактора, влияющих на экосистему - потепление климата и антропогенная деятельность. Существует огромное количество публикаций, содержащих информацию о наступлении глобального экологического кризиса (см. [11]), который проявляется в глобальном потеплении климата, обезлесивании и опустынивании территорий, загрязнении атмосферы и гидросферы, росте повторяемости опасных гидрометеорологических явлений, что, в конечном счете, приводит к уменьшению биоразнообразия. В свою очередь это неизбежно сказывается на ухудшении качества жизни людей, что может привести к возникновению мировой социальной нестабильности [10].

Важнейшим параметром климата является глобальная приповерхностная температура воздуха (ПТВ). Ее относительно достоверные оценки по инструментальным измерениям могут быть получены примерно с середины Х1Х-го столетия. До указанного периода оценки ПТВ основаны на косвенных данных по годичным кольцам деревьев, возрасту кораллов, пробам керна льда и другой палеоклиматической информации.

С практической точки зрения наибольший интерес представляют короткопериодные колебания климата, т.е. не превышающие сотни лет. В этом случае остается не так уж и много климатообразующих факторов: вулканизм, состав атмосферы, крупномасштабные процессы взаимодейс-

Среда обитания

Terra Humana

твия океана и атмосферы, антропогенная деятельность [2]. Важно, что эти факторы, как правило, связаны между собой, в результате чего довольно сложно определить истинные причины изменений климата.

Рассмотрим межгодовой ход аномалий ПТВ для северного и южного полушарий и земного шара в целом по инструментальным данным за период 1880-2005 гг. (рис. 1). При этом аномалии ПТВ отсчитывались от базового периода за 1950-1980 гг. Нетрудно видеть, что в целом отмечается согласованный характер изменений ПТВ в каждом из полушарий. В северном полушарии не только дисперсия колебаний температуры, но и величина ее тренда несколько выше по сравнению с южным полушарием.

Можно отметить, что примерно до начала 1940-х гг. ХХ-го столетия наблюдался сравнительно быстрый рост температуры. Особенно ярко он проявлялся в высоких широтах северного полушария. Поэтому 20-40-е годы получили название «потепление Арктики». Затем вплоть до середины 70-х гг. в северном полушарии отмечалось практически повсеместное похолодание, характеризуемое значимым отрицательным трендом. В данный период тренд в южном полушарии отсутствовал. И только

после этого произошел резкий рост ПТВ, продолжающийся до настоящего времени. Отметим, что последнее десятилетие ХХ столетия и 2005 г. считаются самыми теплыми за весь период инструментальных измерений температуры воздуха.

Многочисленным формам жизни на Земле всегда приходилось приспосабливаться к изменению климата. Необходимость адаптации к новым режимам температур и осадков в значительной степени определяла те эволюционные изменения, которые привели к появлению современных растений и животных. Тем не менее, согласно результатам оценки экосистем на пороге тысячелетия, изменение климата представляет собой на сегодняшний день одну из самых серьезных угроз для биологического разнообразия планеты и, судя по прогнозам, его роль как приводного механизма, вызывающего изменения в последующие десятилетия, будет постоянно возрастать [12].

Существует несколько причин, по которым растениям и животным сложнее приспосабливаться к глобальному потеплению. Одна из них заключается в чрезвычайной стремительности темпов изменений - ожидается, что в следующем столетии средние глобальные температу-

Рис. 1. Распределение аномалий приповерхностной температуры воздуха по полушариям

и земному шару в целом.

ры будут повышаться быстрее, чем в какой-либо другой период истории планеты, по крайней мере, за прошедшие 10 тыс. лет. Многие виды просто не смогут достаточно быстро адаптироваться к новым условиям или переместиться в районы, более подходящие для их выживания [1].

Индекс живой планеты показывает, что дикие виды и естественные экосистемы испытывают давление во всех биомах и регионах мира [14]. Наибольшей угрозой для исчезновения видов является изменение климата, которое приводит не только к уменьшению биоразнообразия, но и является причиной природных катастроф, наводнений и засух в южных странах.

В связи с этим представляет интерес рассмотреть тенденции изменения гло-

бальной температуры и индекса живой планеты во времени. На рис. 2 представлен межгодовой ход глобальной температуры и индекса живой планеты (данные из [3]) за период с 1970 по 2005 гг. и их линейные тренды. Нетрудно видеть: тренд глобальной температуры земного шара положителен, тренд индекса живой планеты - отрицателен, причем тренд последнего описывает 98% дисперсии исходного ряда = 0,98).

Между временными рядами отмечается очень высокая корреляция [4] с отрицательным знаком, т.е. связь между ними обратная и равна за период 1970-2005 гг. г = -0,91. Поскольку на корреляцию между рядами может оказывать определенное влияние тренд, то исключив его, заново

Рис. 2. Распределение аномалий глобальной температуры и индекса живой планеты за период с

1970 по 2005 гг.

О

я

2

О

X

т

о:

со

х

о-

>.

>-

сс

о.

СИ

с

Рис. 3. Распределение глобальной температуры и индекса живой планеты без учета тренда.

Среда обитания

Terra Humana

рассчитаем корреляцию между глобальной температурой и индексом живой планеты (рис. 3). «Чистая» корреляция составляет г = -0,60, т.е. и в этом случае она является высокой.

На следующие два десятилетия для целого ряда сценариев выбросов согласно «Специальному докладу МГЭИК о сценариях выбросов» (СДСВ - SRES) прогнозируется потепление приблизительно на 0,2°С за десятилетие [13]. Даже если бы концентрации всех парниковых газов и аэрозолей удерживались на уровне 2000 г., ожидалось бы дальнейшее потепление приблизительно на 0,1°С за десятилетие [13]. Таким образом, на основе прогноза глобальной температуры воздуха на ближайшие десятилетия становится возможной оценка изменений индекса живой планеты. С этой целью было рассчитано уравнение линейной регрессии вида:

I = а ГТВ + а, ,

о 1 ’ ' '

где I - индекс живой планеты; ГТВ - аномалии глобальной температуры воздуха.

Оценки неизвестных коэффициентов в данном уравнении определены методом наименьших квадратов. Отметим, что влияние климата описывает приблизительно половину дисперсии индекса живой планеты, а другая часть дисперсии, очевидно, обусловлена антропогенной деятельностью.

Подставляя в уравнение (1) прогностические значения ГТВ, нетрудно определить оценки индекса живой природы (табл. 1). Видно, что индекс живой планеты снижается, и к 2025 г. его величина может уменьшиться почти в 2 раза. При сохранении неизменных условий в климатической системе в будущем, к 2055 г. индекс I может опуститься до нуля. Однако учитывая наличие обратных связей в климатической системе и огромные адаптационные возможности процессов биосферы к изменениям внешних условий, в том числе к изменениям климата, подобный сценарий вряд ли может осуществиться.

Таблица 1

Фактические и прогностические оценки аномалий глобальной температуры воздуха

Исходные данные ГТВ и I Прогностические оценки ГТВ и I

Год 1975 1985 1995 2005 2015 2025 2055

ГТВ, °С -0,07 0,10 0,24 0,41 0,61 0,81 1,41

I 1,12 1,07 0,90 0,72 0,64 0,5 0,09

Глобальное изменение климата приводит к усилению частоты и интенсивности опасных гидрометеорологических явлений (ОГЯ) [6]. За 1990-2007 гг. их число удвоилось и достигло примерно 350-400 в год (в 2006 и 2007 годах 387 и 436 случаев соответственно) [6]. Более того, Росгидромет предсказывает последующее удвоение числа ОГЯ за 10 лет, то есть на территории России предполагается по два явления каждый день. По оценке Всемирного банка, ежегодный ущерб от различных ОГЯ, в число которых входят и последствия изменения климата, в России составляет 1-2 млрд долларов.

Чужеродные виды, преднамеренно или непреднамеренно перемещающиеся из одних регионов мира в другие, становятся конкурентами, хищниками или паразитами для аборигенных видов, приводя к сокращению многих популяций последних. Эта проблема особенно актуальна для островных и пресноводных экосистем, где вселение чужеродных видов, как считается, представляют особой основную угрозу для эндемичных видов [8].

Наибольшей потенциальной угрозой для биоразнообразия в ближайшие десятилетия является изменение климата. Его ранние воздействия ощущаются в приполярных, горных, прибрежных и морских экосистемах, в частности, экосистемах коралловых рифов. Будущие воздействия на местном уровне труднопредсказуемы, однако любая экосистема может оказаться уязвимой при изменении температуры или погодных условий [15].

Наблюдаемое потепление климата пока оценивается как благоприятное для сельского хозяйства России. Оно привело к заметному уменьшению числа зим с опасными для озимых культур понижениями температуры воздуха. Во многих регионах период вегетации растений удлинился на 5-10 дней. Впрочем, изменение периода вегетации в основном происходит в северных районах, а в черноземной зоне и в других главных житницах России этот эффект совсем невелик [5].

В докладе Н. Стерна выдвигается, в частности, предположение, что для расположенных в высоких широтах Канады, РФ и Скандинавии потепление на 2-3оС явится, скорее, благоприятным фактором, благодаря повышению урожайности, снижению смертности от низких температур, сокращению отопительного периода и, возможно, роста туризма [16]. Однако именно в этих регионах изменения климата будут наиболее быстрыми, что негатив-

но скажется на инфраструктуре, здоровье населения, местных укладах жизни и биоразнообразии [9].

В заключении можно сказать, что непринятие срочных мер по сохранению биосферы в недалеком будущем поставит человечество в такую ситуацию, когда уже никакие меры не в состоянии будут предотвратить глобальную экологическую катастрофу. Индекс живой планеты об-

ратно пропорционален росту глобальной температуры воздуха, его величина, которая в 1970 г. была принята равной 1, может уменьшиться к 2025 г. до 0,5. Это означает сокращение биологических видов в 2 раза. В сложившейся ситуации необходимо четкое понимание масштаба проблем и готовность к незамедлительному решению, как на государственном, так и региональном уровнях.

Список литературы:

[1] Биоразнообразие и изменение климата. Международный день биоразнообразия. - Секретариат Конвенции о биологическом разнообразии, 2007. - Интернет-ресурс. Режим доступа: http://www. biodiversity.ru/programs/climate_and_biodiversity/pub/biodiversity_and_climate.pdf

[2] Догановский А.М., Малинин В.Н. Г идросфера Земли. - СПб.: Г идрометеоиздат, 2004. - 630 с.

[3] Доклад «Живая планета - 2008». - wWf Intl / WWF России, 2008. - 48 с. - Интернет-ресурс. Режим доступа: http://www.wwf.ru/resources/publ/book/311/

[4] Малинин В.Н. Статистические методы анализа гидрометеорологической информации. - СПб.: Изд-во РГГМУ, 2008. - 406 с.

[5] Материалы XII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону». Том первый. Естественные и точные науки. Технические и прикладные науки. - Ставрополь: СевКавГТУ, 2008. - 298 с.

[6] Карлин Л.Н., Самусевич И.Н. Глобальный климат, история и культура. // Общество. Среда. Развитие - 2010, №1. - С. 130-138.

[7] Карнаухов А.В. Роль биосферы в формировании климата Земли. Парниковая катастрофа // Биофизика. Т. 46. - 2001, вып 6. - С.1138-1149.

[8] Катцов В.М., Мелешко В.П., Чичерин С.С. Изменение климата и национальная безопасность Российской Федерации. // Право и безопасность. - 2007, № 1-2 (22-23). - С. 62-68.

[9] Кокорин А.О., Кураев С.Н., Юлкин М.А. Обзор доклада Николаса Стерна «Экономика изменения климата». Изд. 2-ое, доп. и перераб. - М.: WWF России, 2009. - 60 с.

[10] Кондратьев К.Я., Донченко В.К. Экодинамика и геополитика Т.1. Глобальные проблемы. - СПб, 1999. - 1032 с.

[11] Кравчук М.А., Краснов Ю.И., Малинин В.Н. Глобальные экологические проблемы: стратегия выживания // Общество. Среда. Развитие. - 2009, № 1. - С. 194-205.

[12] Яншин А.Д. Научные проблемы охраны природы и экологии. / Экология и Жизнь. - 1999, № 3. -С. 42-43.

[13] Emission Scenarios. A Special Report. - IPCC, 2000.

[14] Collen B., Loh J., McRae L., Holbrook S., Amin R., Baillie J.E.M. Monitoring change in vertebrate abundance: the Living Planet Index // Conservation Biology. - 2009, № 23(2). P. 317-27.

[15] Smithers R.J., Cowan C., Harley M., Hopkins J.J., Pontier H., Watts O. England Biodiversity Strategy Climate Change Adaptation Principles. Conserving biodiversity in a changing climate. - London: Nobel House, 2008. - 16 p.

[16] Stern N. The economics of climate change. - Cambridge, 2006.

Среда обитания