Пятая часть экосистем мира находится под угрозой коллапса

Согласно последним исследованиям, каждая пятая страна находится под угрозой разрушения своих экосистем, что угрожает более чем половине мирового ВВП (42 триллиона долларов США или 32 триллиона фунтов стерлингов). Эта страшно звучащая статистика вызывает множество вопросов. Что на самом деле означает «крах экосистемы»? Что вызывает коллапс экосистемы и как узнать, когда это произошло? Возможно, самое главное, что будет дальше?

Фото: https://trends.rbc.ru/

Экологи используют термин «коллапс» для описания процесса, напоминающего неудачное суфле или лопнувший футбольный мяч. Когда экосистемы рушатся, они быстро теряют свою структуру и функции, с резкими изменениями их размера или протяженности или видов, которые их составляют. Эти потери имеют тенденцию к гомогенизации и упрощению экосистемы – меньше видов, меньше местообитаний и меньше связей между ними.

Управление крахом

Когда зрелые леса рушатся, они обычно переходят в более открытые леса с кустарником и травами, в зависимости от присутствующих пастбищных животных и климата. Яркий коралловый риф превращается в склеп из щебня, который медленно изнашивается. В лесах водорослей, где охотились на каланов, необузданные морские ежи могут наводнять водоросли, создавая пустынную равнину с несколькими видами, известными как бесплодные ежи. Загрязнение может быстро превратить озера из чистой воды, извивающейся с лососем, в зеленые и мутные бассейны, заполненные токсичными водорослями.

Эти изменения фактически означают, что первоначальная экосистема вымерла на местном уровне. Услуги, которые она могла ранее предоставлять – питание, хранение углерода или фильтрация воды – утрачены или сокращены. Но «коллапс» остается расплывчатым термином, поскольку причины и конечные результаты различаются от экосистемы к экосистеме. Для человека не все изменения экосистемы плохие или недавние. На протяжении тысячелетий люди полагались на изменение экосистем – осушение водно-болотных угодий, перекрытие рек, вырубка леса – для создания новых сельскохозяйственных угодий. Эти среды поддерживаются в искусственно сжатом состоянии с целью максимального использования определенной формы пищи и клетчатки.

Они могут еще больше разрушиться, если, например, ветер и дождь выветрили достаточно почвы, чтобы перевести сельскохозяйственные угодья в бесплодное состояние с небольшими или отсутствующими экосистемными услугами. Дальнейшая деградация в рамках и без того упрощенной экосистемы должна быть, по крайней мере, относительно простой для мониторинга и управления. Но настоящая опасность исходит от незапланированного коллапса, непреднамеренных последствий чрезмерной нагрузки на экосистему, которая была почти естественной и в которой не преобладали люди.

Фото: https://theconversation.com/

Переломные моменты

Природные экосистемы могут противостоять стрессам от деятельности человека или климата в течение длительного времени – но лишь до определенного предела. Через некоторое время эти нагрузки вызывают петли положительной обратной связи, которые подталкивают систему к критической точке. Большая часть вырубки лесов в бассейне Амазонки происходит отдельными участками. Но по мере того, как расчищается больше локальных участков, лес открывается и делает региональный климат более сухим, чему способствует глобальное потепление. В результате весь лес становится более подверженным засухе и лесным пожарам.

Положительные петли обратной связи присутствуют и в других коллапсах. Капание питательных веществ в озеро из удобрений, стекающих с сельскохозяйственных угодий, вызовет рост водорослей. По мере того, как водоросли цветут и разлагаются, они выщелачивают кислород из воды, что высвобождает питательные вещества в дне озера, ускоряя рост и истощение запасов кислорода.

Мы знаем, что риск разрушения экосистем сегодня повышается из-за сильного стресса со стороны промышленности, сельского хозяйства и рыболовства, которые часто действуют вместе и в тандеме с глобальным потеплением. Ученые пытаются смоделировать воздействие стресса на экосистемы, используя компьютерные модели, чтобы оценить вероятность коллапса. Но что-то говорить пока рано, нужен более тщательный мониторинг тонких изменений в структуре и функциях экосистемы, которые формируют ранние предупреждающие признаки роста механизмов положительной обратной связи.

Мы знаем, что продолжительность коллапса зависит от размера экосистемы. Чем больше экосистема, тем медленнее она разрушится, потому что больше видов и связей потерпят неудачу. Также существует большая вероятность того, что более крупные системные коллапсы будут вызваны одновременно в нескольких местах, как в случае лесных пожаров 2019-2020 годов в Австралии. Но не следует думать, что большие экосистемы не рухнут при нашей жизни. Исследования показывают, что коралловые рифы Карибского моря могут разрушиться всего за несколько лет, а весь тропический лес Амазонки может исчезнуть в течение нескольких десятилетий.

Фото: https://www.meteo-tv.ru/

Так насколько же окончателен крах экосистемы? Эксперимент 19-го века в Ротамстеде в Англии показал, что огороженное возделываемое поле в конечном итоге превратится в разнообразный лесной массив примерно через 120 лет. Простое снятие стресса (в данном случае вспашка и выпас скота) привело к появлению новых контуров положительной обратной связи. Сорные виды-первопроходцы колонизировали голую землю, обеспечивая тени и влажные саженцы почвенных кустов, необходимые для закрепления, что, в свою очередь, привело к появлению деревьев и, в конечном итоге, лесных массивов.

Обратное движение возможно, но, как правило, чем сильнее механизмы обратной связи, вызвавшие коллапс, тем труднее восстановление. Полное устранение стресса, приводящего к коллапсу экосистемы, может оказаться трудным. Восстановление разрушенного озера может потребовать прекращения практически всех потоков питательных веществ из удобрений и сточных вод через большие водосборы, что может привести к прекращению регионального сельского хозяйства. Но восстановление исходного состояния экосистемы может быть невозможно, потому что внешние условия, от которых она зависела – климатический режим или свойства почвы – просто больше не существуют.