Экологический коллапс

Материал из Циклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Экологический коллапс, или коллапс экосистемы, — это разрушение экосистемы. Экосистемы, или экологические системы, представляют собой сложную структуру, состоящую из живых организмов и окружающей их среды[1]. Они никогда не бывают статичными и постоянно подвержены как стабилизирующим, так и дестабилизирующим процессам[2]. Экосистемы способны адаптироваться к изменениям в окружающей среде и восстанавливаться после них. Однако, если изменения становятся слишком сильными и быстрыми, они могут привести к разрушению экосистемы, или экологическому коллапсу[3][4].

Экологический коллапс не подразумевает полного исчезновения жизни на определённой территории, но приводит к утрате ключевых характеристик исходной экосистемы, в том числе экосистемных услуг. Обычно разрушение экосистемы необратимо[5][6][7]. Экосистемы с низкой устойчивостью могут разрушиться даже в относительно стабильное время, что обычно приводит к их замене более устойчивыми системами в биосфере, однако даже устойчивые экосистемы могут исчезнуть во время быстрых изменений окружающей среды.[4]

Изображение Аральского моря в 1989 (слева) и 2014 (справа) годах. Аральское море представляет собой пример разрушенной экосистемы[6].

В современном мире продолжающееся голоценовое вымирание в значительной степени обусловлено влиянием человека на окружающую среду. Наибольшие потери биоразнообразия происходят из-за деградации и фрагментации среды обитания, что приводит к разрушению целых экосистем и может иметь катастрофические последствия[8]. В истории было множество примеров подобного разрушения экосистем, например, крах промысла трески в северо-западной части Атлантического океана. По оценкам специалистов, 87 % поверхности океанов и 77 % суши подверглись изменениям в результате деятельности человека, 30 % площади суши деградировало, а устойчивость экосистем снизилась во всем мире[9][5]. Вырубка тропических лесов Амазонии — это наглядный пример того, как одна из самых крупных и разнообразных экосистем находится под угрозой разрушения из-за вырубки леса. Кроме того, она сталкивается с менее заметной, но постоянно растущей угрозой изменения климата.[10][11]

Биологическое сохранение может помочь защитить как виды, находящиеся на грани исчезновения, так и экосистемы, которым грозит исчезновение. Однако необходимо вовремя принять меры. Так, например, чтобы сохранить вид, нужно действовать до того, как его популяция сократится до критического уровня, после которого вымирание неизбежно. Аналогично, чтобы защитить экосистему, необходимо принимать меры при первых признаках опасности, пока не пройдена точка невозврата, после которой изменения станут необратимыми. Кроме того, существует значительный разрыв между объёмом научных знаний о механизмах вымирания и пониманием процессов разрушения экосистем[6][5].

Определение[править]

Коллапс экосистемы определяется как «трансформацию идентичности, потерю характерных черт и замену их новыми элементами» и подразумевает утрату «ключевых биотических или абиотических характеристик», включая способность поддерживать жизнеспособность видов, ранее характерных для данной экосистемы[6]. Согласно другому определению, это «отклонение от исходного состояния, когда экосистема теряет ключевые определяющие характеристики и функции», которое проявляется в сокращении площади, усилении деградации окружающей среды, уменьшении или исчезновении ключевых видов, нарушении биотических процессов и, как следствие, утрате экосистемных услуг и функций[5]. Коллапс экосистемы также называют «аналогом вымирания видов», который во многих случаях необратим: в таком случае возникает новая экосистема, которая может сохранять некоторые характеристики предыдущей экосистемы, но имеет сильно изменённую структуру и функции[12]. Однако могут быть случаи, когда экосистема может восстановиться после коллапса, однако для этого потребуется активное вмешательство и/или длительный период времени.[5][6]

Драйверы[править]

Экологические коллапсы могут происходить в результате естественных изменений экосистемы — в результате пожаров, оползней, наводнений, суровых погодных явлений, болезней или инвазии видов. Однако в современном мире заметно возросло число нарушений, вызванных деятельностью человека[3]. Сочетание изменений в окружающей среде и антропогенного воздействия пагубно сказывается на экосистемах всех типов, поскольку человеческая деятельностьчасто приводит к увеличению риска резких и потенциально необратимых изменений[13].

На диаграмме показаны типичные факторы, которые могут привести к разрушению экосистем[6]

Причины, вызывающие трансформацию экосистемы, включают:

  • вмешательство человека в баланс природного разнообразия региона (например, путём интродукции новых видов или чрезмерного использования ресурсов),
  • изменение химического баланса окружающей среды из-за загрязнения,
  • изменение климата или погоды в результате деятельности человека,
  • разрушение или фрагментация среды обитания в наземных и морских экосистемах,
  • чрезмерный выпас скота, который может привести к деградации земель и таким образом способствовать экологическому кризису и потере природных ландшафтов[14].

Однако прогнозирование экологического коллапса представляет собой сложную задачу. Коллапс может произойти, когда численность экосистемы падает ниже минимально допустимого уровня или когда ключевые биотические процессы и характеристики исчезают из-за деградации окружающей среды или нарушения биотических взаимодействий. Различные сценарии коллапса могут служить критериями для оценки вероятности коллапса экосистемы.[15][16] При этом состояние коллапса экосистем часто оценивается количественно, и лишь немногие исследования предоставляют адекватное описание перехода от исходного состояния к коллапсу[17][18].

Исторические примеры разрушенных экосистем[править]

На острове Пасхи больше не встречаются субтропические леса с широколиственными деревьями. Преобладают пастбища, на которых растёт нга'ату или камыш (Schoenoplectus californicus tatora), особенно в кратерных озёрах Рано-Рараку и Рано-Кау.

Субтропические широколиственные леса Рапануи на острове Пасхи, в которых раньше преобладала эндемичная пальма, считаются разрушенными из-за сочетания нескольких факторов: чрезмерной эксплуатации, изменения климата и завезенных экзотических крыс[19].

Аральское море было бессточной областью между Казахстаном и Узбекистаном. Когда-то оно считалось одним из крупнейших озер в мире. Однако в 1960-х годах реки, которые питали это озеро, были перенаправлены для масштабных ирригационных проектов. В результате Аральское море начало мелеть. К 1997 году его площадь сократилась до 10% от первоначальной. Затем озеро разделилось на множество мелких водоёмов с высоким содержанием соли, а территории, которые раньше были под водой, превратились в пустынные степи[20][6].

Смена режима в экосистеме северной части системы апвеллинга Бенгельского течения можно рассматривать как пример разрушения экосистемы в открытых морских пространствах[21]. Сардины были доминирующими потребителями позвоночных до 1970-х годов. Однако чрезмерный вылов рыбы и два неблагоприятных климатических явления — Бенгельское ниньо в 1974 и 1984 годах, когда в северную часть системы апвеллинга Бенгельского течения вошёл толстый слой тёплой воды с низким содержанием питательных веществ — привели к снижению биомассы сардин и увеличению численности медуз и пелагического бычка[22].

Другой яркий пример - тресковый кризис в Канаде в начале 1990-х годов, когда чрезмерный вылов рыбы сократил ее популяцию до 1% от исторического уровня[9].

Современные риски[править]

Существует логарифмическая линейная зависимость между пространственным масштабом и длительностью 42 наблюдаемых изменений в режиме функционирования земной системы.[23]

Для оценки рисков для экосистем и биоразнообразия обычно используются два подхода: общие методы оценки рисков и стохастические модели имитации. Наиболее заметным из этих двух тактик является метод оценки риска, особенно благодаря Красной книге экосистем МСОП, которая может быть использована для многих экосистем даже при недостатке информации. Однако, поскольку данный инструмент основан на сравнении систем с набором критериев, он часто ограничен в своей способности рассматривать упадок экосистем как единое целое. Поэтому его часто применяют вместе с имитационными моделями, которые учитывают больше аспектов упадка, таких как экосистемная динамика, будущие угрозы и социально-экологические взаимосвязи[16].

IUCN RLE — это международный стандарт, разработанных для оценки рисков, угрожающих различным природным комплексам на локальном, региональном, национальном и глобальном уровнях, а также направленная на стимулирование мер по защите окружающей среды в условиях беспрецедентного ухудшения состояния природных систем[24][18].

Концепция коллапса экосистемы используется в системе для определения категорий риска классификации рисков, связанных с экосистемами. Категория «Коллапс» служит в качестве предельного значения для оценки риска. Другие категории риска (уязвимые, находящиеся под угрозой исчезновения и находящиеся под критической угрозой исчезновения) определяются с учётом вероятности или риска коллапса[6]. В исследовании Бланда и других учёных были предложены четыре критерия для определения коллапса экосистемы при оценке риска[17]:

  • качественное определение начального и разрушенного состояний экосистемы;
  • описание процессов перехода от коллапса к восстановлению;
  • определение и выбор индикаторов коллапса;
  • установление количественных порогов коллапса.

Раннее обнаружение и мониторинг[править]

Появляются признаки снижения устойчивости лесов к изменению климата[25]

Учёные могут прогнозировать критические моменты в процессе разрушения экосистем. Наиболее распространённой моделью для предсказания краха пищевой сети является R50, которая представляет собой надёжный инструмент для оценки прочности пищевой сети[26]. Однако существуют и другие модели. Например, для анализа морских экосистем можно использовать базу данных RAM Legacy Stock Assessment Database. В одном из исследований было рассмотрено 154 вида морских рыб. Целью было выявить связь между нагрузками на популяции рыб, такими как чрезмерный вылов и изменение климата, и такими характеристиками популяций, как скорость роста, а также определить риск коллапса экосистемы[27].

Метод оценки «критического замедления» (CSD) — это один из способов создания сигналов, которые могут предупредить о возможном или вероятном наступлении коллапса. Суть метода заключается в отслеживании постепенного замедления восстановления после различных нарушений.[28][29]

В одном из научных трудов, опубликованных в 2020 году, было высказано предположение о том, что после достижения критической точки разрушения будут происходить не постепенно, а стремительно. В частности, тропические леса Амазонии могут превратиться в саванну, состоящую из деревьев и травы, в течение 50 лет, а коралловые рифы Карибского бассейна — в течение 15 лет после того, как будет достигнуто состояние коллапса. Другое исследование показало, что при более интенсивном изменении климата крупные разрушения экосистем произойдут раньше. Согласно прогнозу RCP8.5, предполагающему высокий уровень выбросов, уже к 2030 году экосистемы тропических океанов столкнутся с серьёзными изменениями, а к 2050 году за ними последуют тропические леса и полярная среда. В общей сложности в 15 % экологических сообществ более 20 % видов будут существенно повреждены, если глобальное потепление достигнет 4 °C (7,2 °F). Однако если потепление не превысит 2 °C (3,6 °F), это затронет менее 2% видов[30].

Коллапс тропических лесов[править]

Под коллапсом тропических лесов понимается фактический прошлый и теоретический будущий экологический коллапс тропических лесов. Он может включать фрагментацию среды обитания до такой степени, что биом тропических лесов практически исчезнет, а их обитатели будут вынуждены выживать в изолированных убежищах. Одной из причин фрагментации среды обитания является строительство дорог. Когда люди начинают вырубать деревья для заготовки древесины, появляются дополнительные дороги, которые затем оказываются заброшенными. На таких участках растениям тропического леса сложно восстановиться. Кроме того, фрагментация лесов способствует незаконной охоте. Животным становится трудно найти новое место для жизни на этих фрагментах, что приводит к экологическому коллапсу. В результате многие виды животных в тропических лесах могут оказаться на грани исчезновения[31].

Деревья вырубают на Калимантане, индонезийской части острова Борнео, чтобы освободить место для нового проекта по добыче угля
Вырубка тропических лесов в Боливии в 2016 году

В большинстве тропических лесов, включая леса Амазонии, наблюдается классическая картина фрагментации лесов, что вызывает беспокойство не только из-за утраты биомассы с множеством неиспользованных ресурсов и массовой гибели живых существ, но и потому, что вымирание видов растений и животных коррелирует с фрагментацией среды обитания[32].

В 2022 году было проведено исследование, которое показало, что более 75% тропических лесов Амазонки с начала 2000-х годов становятся менее устойчивыми из-за вырубки и изменения климата, что замедляет их способность восстанавливаться после кратковременных нарушений и подтверждает теорию о приближении к критическому переходу[11][10].

Коралловые рифы[править]

Одной из главных проблем для морских биологов является разрушение экосистем коралловых рифов[33]. Из-за глобального потепления уровень моря повышается, что может привести к затоплению рифов или обесцвечиванию кораллов. Деятельность человека, такая как рыболовство, добыча полезных ископаемых и вырубка лесов, представляет опасность для коралловых рифов, поскольку влияет на их среду обитания. Например, исследования показывают, что потеря 30–60% разнообразия коралловых рифов связана с деятельностью человека, такой как загрязнение сточными водами и промышленными выбросами[34].

Вследствие деятельности человека в атмосферу выделяется значительное количество углекислого газа, что вызывает повышение температуры воды в океане, что негативно сказывается на морской фауне и коралловых рифах.

Предотвращение коллапса[править]

Существует не так много информации об эффективных методах сохранения или предотвращения экосистемного коллапса. Напротив, всё большее внимание уделяется прогнозированию коллапса экосистем, его потенциальной возможности и перспективности изучения[18]. Вероятно, это связано с тем, что подробное изучение экосистем, находящихся под угрозой, является более поздним направлением в экологии[4].

Примечания[править]

  1. ↑ Chapin F. Stuart III Glossary // Principles of terrestrial ecosystem ecology. — 2nd. — New York: Springer. — ISBN 978-1-4419-9504-9.
  2. ↑ (19 February 2012) «Stability criteria for complex ecosystems». Nature 483 (7388): 205–208. DOI:10.1038/nature10832.
  3. ↑ 3,0 3,1 Ecological collapse (en-US). The Global Challenges Foundation. Проверено 3 декабря 2021.
  4. ↑ 4,0 4,1 4,2 Canadell Josep G., Jackson Robert B. Ecosystem Collapse and Climate Change: An Introduction // Ecosystem Collapse and Climate Change. — Springer International Publishing. — Т. 241. — P. 1–9. — ISBN 978-3-030-71329-4.
  5. ↑ 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 (25 February 2021) «Combating ecosystem collapse from the tropics to the Antarctic». Global Change Biology 27 (9): 1692–1703. DOI:10.1111/gcb.15539.
  6. ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 6,4 6,5 6,6 6,7 (2013) «Scientific Foundations for an IUCN Red List of Ecosystems». PLOS ONE 8 (5). DOI:10.1371/journal.pone.0062111. PMID 23667454. Bibcode: 2013PLoSO...862111K.
  7. ↑ Сабитова А. Р. Экологический коллапс - ужас будущего или наша реальность // Экономика и социум. — 2016. — № 12-2 (31).
  8. ↑ Living Planet Report. World Wildlife Fund.
  9. ↑ 9,0 9,1 (January 2001) «Outport adaptations: Social indicators through Newfoundland's Cod crisis». Human Ecology Review 8 (2): 1–11.
  10. ↑ 10,0 10,1 (March 2022) «Pronounced loss of Amazon rainforest resilience since the early 2000s» (en). Nature Climate Change 12 (3): 271–278. DOI:10.1038/s41558-022-01287-8. ISSN 1758-6798. Bibcode: 2022NatCC..12..271B.
  11. ↑ 11,0 11,1 Carrington, Damian. Climate crisis: Amazon rainforest tipping point is looming, data shows англ., The Guardian (март 2022 года).
  12. ↑ (2014) «Challenging the Scientific Foundations for an IUCN Red List of Ecosystems». Conservation Letters 8 (2): 125–131. DOI:10.1111/conl.12111.
  13. ↑ (2013-02-06) «Diversity loss with persistent human disturbance increases vulnerability to ecosystem collapse». Nature 494 (7435): 86–89. DOI:10.1038/nature11869. ISSN 0028-0836. PMID 23389543. Bibcode: 2013Natur.494...86M.
  14. ↑ (2015-07-03) «Exploring the Impact of Overgrazing on Soil Erosion and Land Degradation in a Dry Mediterranean Agro-Forest Landscape (Crete, Greece)». Arid Land Research and Management 29 (3): 360–374. DOI:10.1080/15324982.2014.968691. ISSN 1532-4982.
  15. ↑ (2016) «Habitats on the grid: The spatial dimension does matter for red-listing». Journal for Nature Conservation 32: 1–9. DOI:10.1016/j.jnc.2016.03.007. Bibcode: 2016JNatC..32....1G.
  16. ↑ 16,0 16,1 (2017) «Meso-American Reef: Using multiple lines of evidence to assess the risk of ecosystem collapse». Proceedings of the Royal Society B 284 (1863). DOI:10.1098/rspb.2017.0660. PMID 28931744.
  17. ↑ 17,0 17,1 (2018) «Developing a standardized definition of ecosystem collapse for risk assessment». Frontiers in Ecology and the Environment 16 (1): 29–36. DOI:10.1002/fee.1747.
  18. ↑ 18,0 18,1 18,2 (27 February 2017) «Meeting the Global Ecosystem Collapse Challenge». Conservation Letters 11 (1): e12348. DOI:10.1111/conl.12348. ISSN 1755-263X.
  19. ↑ (2010) «Humans, climate or introduced rats – which is to blame for the woodland destruction on prehistoric Rapa Nui (Easter Island)?». Journal of Archaeological Science 37 (2). DOI:10.1016/j.jas.2009.10.006. Bibcode: 2010JArSc..37..417M.
  20. ↑ Reclaiming the Aral Sea, Scientific American (март 2008 года).
  21. ↑ (2018) «Assessing risks to marine ecosystems with indicators, ecosystem models and experts». Biological Conservation 227: 19–28. DOI:10.1016/j.biocon.2018.08.019. ISSN 0006-3207.
  22. ↑ (2016) «Regime shifts in the Northern Benguela ecosystem: Challenges for management». Ecological Modelling 331: 151–159. DOI:10.1016/j.ecolmodel.2015.10.027. ISSN 0304-3800.
  23. ↑ (10 March 2020) «Regime shifts occur disproportionately faster in larger ecosystems» (en). Nature Communications 11 (1). DOI:10.1038/s41467-020-15029-x. ISSN 2041-1723. PMID 32157098. Bibcode: 2020NatCo..11.1175C.
  24. ↑ Red List of Ecosystems англ.. IUCN (2015-12-08). Проверено 7 декабря 2021.
  25. ↑ (August 2022) «Emerging signals of declining forest resilience under climate change» (en). Nature 608 (7923): 534–539. DOI:10.1038/s41586-022-04959-9. ISSN 1476-4687. PMID 35831499.
  26. ↑ (2015-04-01) «The reliability of R50 as a measure of vulnerability of food webs to sequential species deletions». Oikos 124 (4): 446–457. DOI:10.1111/oik.01588. ISSN 1600-0706.
  27. ↑ (2015-08-22) «Fishing, fast growth and climate variability increase the risk of collapse». Proc. R. Soc. B 282 (1813). DOI:10.1098/rspb.2015.1053. ISSN 0962-8452. PMID 26246548.
  28. ↑ (June 2007) «Slow recovery from perturbations as a generic indicator of a nearby catastrophic shift». The American Naturalist 169 (6): 738–747. DOI:10.1086/516845. ISSN 1537-5323. PMID 17479460.
  29. ↑ (9 December 2014) «Critical slowing down as early warning for the onset of collapse in mutualistic communities». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 111 (49): 17546–17551. DOI:10.1073/pnas.1406326111. ISSN 0027-8424. PMID 25422412. Bibcode: 2014PNAS..11117546D.
  30. ↑ (8 April 2020) «The projected timing of abrupt ecological disruption from climate change». Nature 580 (7804): 496–501. DOI:10.1038/s41586-020-2189-9. PMID 32322063. Bibcode: 2020Natur.580..496T.
  31. ↑ (2015-04-01) «Legacy of logging roads in the Congo Basin: How persistent are the scars in forest cover?». Ecosphere 6 (4): art64. DOI:10.1890/ES14-00488.1. ISSN 2150-8925.
  32. ↑ Rosenzweig Michael L. Species diversity in space & time. — Cambridge, United Kingdom: Cambridge University Press, 1995.
  33. ↑ Knowlton, Nancy (2001-05-08). «The future of coral reefs». Proceedings of the National Academy of Sciences 98 (10): 5419–5425. DOI:10.1073/pnas.091092998. ISSN 0027-8424. PMID 11344288. Bibcode: 2001PNAS...98.5419K.
  34. ↑ (1998-08-01) «Reef degradation and coral biodiversity in Indonesia: Effects of land-based pollution, destructive fishing practices and changes over time». Marine Pollution Bulletin 36 (8): 617–630. DOI:10.1016/S0025-326X(98)00047-2.
 
Риски глобальных катастроф
↑
[+]
Технологические
Социологические
Экологические
Изменение климата
Всемирный день
экологического долга
Биологические
Вымирание
Прочее
Астрономические
Эсхатологические
Выдуманные
Организации
Рувики

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Экологический коллапс», расположенная по адресу:

—«https://ru.ruwiki.ru/wiki/Экологический_коллапс»

Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий.

Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».

Источник — http://cyclowiki.org/w/index.php?title=Экологический_коллапс&oldid=2404212