7 Minuten
A planetary boundary in retreat
Žmogiška veikla išstūmė didžiąją Žemės sausumos dalį už lokaliai apibrėžtų saugių ribų tam, ką mokslininkai dabar vadina „funkciniu biosferos integralumu“. Daugiatautė komanda, vadovaujama Potsdamo klimato poveikio tyrimų instituto (PIK) su partneriais iš BOKU Vienos universiteto, detaliai žemėlapiavo šią planetinę ribą erdviniu ir istorinio pobūdžio tikslumu. Straipsnyje, paskelbtame One Earth, daroma išvada, kad maždaug 60 % pasaulio sausumos dabar yra už lokaliai apibrėžtos saugios veikimo erdvės ribų, o 38 % yra didelės rizikos būsenoje. Šie pokyčiai atsispindi šimtmečius trukusiu žemės naudojimo pokyčiu, intensyviausiai Europoje, Azijoje ir Šiaurės Amerikoje.
Žmonių visuomenės priklauso nuo biosferos dėl maisto, pluošto, kuro ir didėjančių ambicijų naudoti biomasę klimato švelninimui. Tačiau pati ši paklausa – žemės ūkis, miškininkystė, atliekų rinkimas ir auganti biomasės energetika – mažina vegetacijos gebėjimą palaikyti anglies, vandens ir azoto ciklus, kurie užtikrina stabilias ekosistemas.
What is functional biosphere integrity and why it matters
Funkcinis biosferos integralumas apibūdina augalijos ir susijusių ekosistemų gebą fiksuoti ir paskirstyti fotosintezės energiją taip, kad būtų palaikomi medžiagų srautai – anglis, vanduo ir azotas –, stabilizuojantys Žemės sistemos procesus. Tai yra kertinis Planetos ribų (Planetary Boundaries) sistemos elementas. Kai vegetacija ir natūrali ekosistemų struktūra nebegali palaikyti šių srautų, ekosistemos tampa trapesnės: silpsta anglies sankaupos, keičiasi vandens balansas, sutrinka maistinių medžiagų ciklai ir mažėja biologinė įvairovė.
2023 m. atnaujinimas Planetos ribų sistemoje išryškino fotosintetiniais procesais varomus energijos srautus kaip esminį planetos stabilumo veiksnį. Naujas PIK vadovaujamas tyrimas operacionalizuoja šią įžvalgą, matuodamas dvi papildomas indikacijas per erdvę ir laiką: dalį natūralios biomasės produktyvumo, kurią žmonės priskyrė sau (per derlių, medieną, likučius ir žemės konversiją), ir atskirą ekosistemų nestabilumo rizikos indikatorį, kuris fiksuoja struktūrinius vegetacijos pokyčius bei vandens, anglies ir azoto ciklų disbalansus.
Methods: high‑resolution, long‑term modeling
Komanda naudojo pasaulinį biosferos modelį LPJmL, kad simuliuotų kasdienius vandens, anglies ir azoto srautus visame pasaulyje maždaug pusės laipsnio erdvės raiška. LPJmL integruoja klimatą, žemės dangos ir žmonių žemės naudojimo duomenis, kad atstatytų metines sąlygas nuo 1600 m. iki dabar. Kombinuodami modeliuotą fotosintetinį produktyvumą su istoriniais derliaus ir žemės panaudojimo modeliais bei lygindami rezultatus su žinomais ekologiniais slenkstais iš literatūros, tyrėjai priskyrė kiekvieną tinklelio langelį vienai iš trijų būsenų: Safe Operating Space, Zone of Increasing Risk arba High Risk Zone.
Two indicators, one picture of stress
- Human appropriation of biomass productivity: Šis rodiklis kiekybiškai nustato, kokia dalis natūralaus vegetacinio produktyvumo nukreipiama žmogaus reikmėms arba prarandama dėl žemės ūkininkavimo ir užstatymo. Didelės dalys reiškia mažiau ekologinės energijos, likusios palaikyti natūralius procesus.
- Ecosystem destabilization risk: Daugiavektorius indikatorius, fiksuojantis struktūrinius vegetacijos pokyčius ir sisteminius vandens, anglies bei azoto ciklų disbalansus – ankstyvi signalai, kad ekosistemos artėja link kritinių ribų.
Šių indikatorių derinys sukuria erdviškai aiškų žemėlapį, kur biosferos funkcinės ribos buvo peržengtos ir kur rizika didėja.
Historical trajectory and regional patterns
Modelių rezultatai rodo, kad pirmieji reikšmingi lokalių biosferos ribų pažeidimai prasidėjo vidutinėse platumose apie 1600 m. Iki 1900 m. apie 37 % žemės buvo už lokaliai apibrėžtų saugių ribų, o 14 % buvo didelės rizikos. Šios dalys nuo to laiko išaugo iki atitinkamai 60 % ir 38 %. Ši laiko juosta parodo, kad intensyvus žemės naudojimas ir ekosistemų pertvarkymas vyko anksčiau nei antropogeninis klimato atšilimas tapo dominuojančiu planetos stresoriu; žemės naudojimo pokyčiai ilgai formavo Žemės sistemos stabilumą.
Erdviškai stipriausi peržengimai fiksuojami regionuose, kuriuose ilgą laiką buvo intensyviai plėtojamas žemės ūkis ir vykdyta žemės konversija – Europoje, didelėse Azijos dalyse ir daugelyje Šiaurės Amerikos. Tropiniai regionai taip pat rodo augančią įtampą, kur žemės ūkio, ganyklų ir plantacijų plėtra sumažino natūralų produktyvumą ir ekosistemų integralumą.
Implications for climate policy, nature‑based solutions and bioenergy
Tyrimas pabrėžia kritinį kompromisą: pasiūlymai didinti biomasės kiekį energetikai ar anglies pašalinimui (pvz., bioenergija su anglies sugavimu ir saugojimu – BECCS) gali dar labiau pakenkti būtent toms biosferos funkcijoms, kurios padeda reguliuoti klimatą, jei jie bus įgyvendinti kaip didelės monokultūros plantacijos arba mažins likusias natūralias anglies sankaupas. Kaip teigia Johan Rockström, PIK direktorius ir bendras autorius, politikai turi vertinti biosferos apsaugą ir klimato veiksmus kaip vieningą, integruotą iššūkį. Atkurti ir saugoti natūralią vegetaciją, mažinti perteklinę biomasės paklausą ir prioritetizuoti žemės naudojimo praktikas, palaikančias arba stiprinančias fotosintetinius energijos srautus, yra esminiai veiksmai.
Technologijos ir politikos priemonės, galinčios sumažinti spaudimą biosferai, apima regeneracinį žemės ūkį, agrolesybos sistemas, geresnį derliaus efektyvumą, natūralių ekosistemų konversijos stabdymą ir pirmenybės teikimą mažos biomasės klimato strategijoms, kai tai įmanoma. Tikslūs, didelės raiškos modeliai, tokie kaip LPJmL, ir palydovinės nuotolinio stebėjimo pažangos yra kritiškai svarbūs rizikos židiniams identifikuoti ir pažangai stebėti laikui bėgant.
Expert Insight
Dr. Maya Chen, žemės ekologė ir laikinai dirbanti profesorė Institute for Global Environmental Change, komentuoja: "Šis tyrimas yra lemtingas, nes tiesiogiai sujungia žmogaus biomasės naudojimą su biosferos reguliavimo galios praradimu. Neužtenka matuoti tik CO2; turime matuoti energijos srautus, kurie palaiko ekosistemas. Politikams žinia aiški: biomasės didinimas be griežtų kriterijų biologinei įvairovei, dirvožemio sveikatai ir vandens balansui rizikuoja menkinti, o ne stiprinti anglies sekvestraciją ir atsparumą."
Dr. Chen priduria, kad veiksmai, kuriuos galima įgyvendinti, apima labiausiai degraduotų ir ribinių žemių atkūrimą, investicijas į aukšto derlingumo tvarias maisto sistemas siekiant sumažinti žemės poreikį ir gamtai palankias anglies mažinimo iniciatyvas, kurios saugo esamas anglimi turtingas ekosistemas.
Broader scientific and policy context
PIK tyrimas remiasi tarpdisciplininėmis Žemės sistemos mokslų ir planetos ribų tyrimų pažangomis. Jis papildo palydovines žemės dangos pokyčių įvertinimo studijas, empiriinius ekosistemų funkcijų tyrimus ir politinių analizų apie žemės pagrindu paremtas švelninimo galimybes. Suteikdamas metinį, globalų funkcinio biosferos integralumo žemėlapį nuo 1600 m., darbas pateikia istorinę bazę, kuri gali padėti įvertinti atkūrimo tikslus ir vesti tarptautines klimato derybas.
Tarptautinei klimato ir biologinės įvairovės politikai pagrindinė išvada yra ta, kad funkcinio biosferos integralumo išlaikymas arba atkūrimas stiprina klimato švelninimą: sveikos ekosistemos išlaiko anglies atsargas, reguliuoja hidrologinius ciklus ir mažina klimato ekstremalių reiškinių poveikį. Priešingai, nuolatinis fotosintetinės energijos pernaudojimas ir masinė žemės konversija apribos žmonijos galimybes stabilizuoti klimatą.
Conclusion
Nauja PIK ir partnerių analizė rodo, kad didžioji Žemės sausumos dalis nebeveikia lokaliai apibrėžtų saugių biosferos ribų ribose: 60 % yra už saugios zonos ribų ir 38 % priskiriama didelės rizikos kategorijai. Vairuotojai yra ilgalaikiai – visų pirma žemės ūkis ir kitos biomasės panaudojimo formos – o pasekmės apima klimato atsparumą, biologinę įvairovę ir žmonių gerovę. Fotosintetiniais procesais varomų energijos srautų atkūrimas ir likusių natūralių anglies sankaupų apsauga turi būti laikomi pagrindiniais veiksmingos klimato politikos principais. Aukštos raiškos biosferos modeliavimas, griežtesnė žemės naudojimo valdymo politika ir gamtai palankios investicijos sudaro kelią rizikai sumažinti ir atkurti saugią veikimo erdvę žmonėms ir planetai. Funkcinio biosferos integralumo žemėlapis, parengtas šio tyrimo, suteikia diagnostinį įrankį – ir įspėjimą – apie tai, kaip glaudžiai žmonių gerovė susijusi su gyvosios planetos sveikata.
Quelle: sciencedaily
Kommentare