Понимание повышения уровня моря

Повышение уровня моря является долгосрочным, ускоряющим явлением, вызванным потеплением планеты. В то время как два основных механизма - тепловое расширение и таяние наземного льда - хорошо документированы, скорость, с которой происходят эти процессы, заметно увеличилась за последние несколько десятилетий. Согласно Шестому отчету об оценке МГЭИК , глобальный средний уровень моря поднялся примерно на 0,20 метра (0,66 фута) между 1901 и 2018 годами, причем скорость роста утроилась с 1990-х годов. Это ускорение является прямым следствием продолжающихся выбросов парниковых газов, которые нагревают атмосферу и океаны, что приводит к большей потере льда из Гренландии, Антарктиды и горных ледников во всем мире.

Только тепловое расширение составляет примерно половину наблюдаемого повышения уровня моря. Поскольку океанские воды поглощают более 90% избыточного тепла, захваченного парниковыми газами, они расширяются в объеме. Между тем, оставшаяся половина поступает от добавления талой воды. Однако вклад изменений в накопление подземных вод, таких как истощение подземных вод или накопление резервуаров, может либо незначительно увеличить, либо компенсировать повышение уровня моря, хотя эти факторы намного меньше, чем потеря льда и тепловое расширение. Прогнозы на 2100 год варьируются от 0,28 до 1,01 метра в сценариях с низким и высоким уровнем выбросов соответственно, с некоторыми исследованиями, предполагающими еще более высокие значения, если динамика ледяного покрова быстро дестабилизируется. Эти диапазоны непосредственно угрожают прибрежным рельефам и экосистемам, которые развивались при относительно стабильном уровне моря за последние 6000 лет.

Влияние на прибрежные формы земель

Прибрежные формы рельефа являются продуктом тонкого баланса между осадочным снабжением, волновой энергией и базовым уровнем (уровень моря). Когда уровень моря повышается, этот баланс нарушается, вызывая набор геоморфических реакций, которые могут происходить в течение многих лет до столетий. Конкретное воздействие на любой данный рельеф суши зависит от местной геологии, наличия осадочных пород, приливного диапазона и скорости самого повышения уровня моря.

Пляжи и дюны

Пляжи, возможно, наиболее заметно затронутые рельефы. Повышение уровня моря увеличивает глубину воды, приближающейся к берегу, позволяя более крупным волнам достигать пляжного лица. Это усиливает эрозивную энергию и заставляет пляжный профиль сдвигаться к земле и вверх - процесс, известный как «отступление береговой линии» или «прибрежное сжатие». Геологическая служба США оценивает, что более 50% песчаных пляжей в мире могут испытывать серьезную эрозию к 2100 году при сценариях умеренных выбросов. Дюны, которые служат естественными барьерами против штормового нагона, подрываются, поскольку их носовой платок на море разрушается. Без адекватного песчаного снабжения или растительности, чтобы удерживать их, дюны могут переворачиваться или полностью удаляться, оставляя прибрежный уязвимый для затопления.

Барьерные острова и косы

Барьерные острова представляют собой тонкие, вытянутые песчаные тела, которые параллельны материку и защищают устья и лагуны. Они чрезвычайно динамичны и естественным образом мигрируют на суше с течением времени. Однако нынешние темпы повышения уровня моря могут опережать способность барьерных островов идти в ногу с перемыванием процессов и строительством дюн. Когда это происходит, остров сужается, а заднебарьерное болото или лагуна могут быть преобразованы в открытую воду. В крайних случаях остров может потерять свою целостность и разорваться, как это видно в частях дельты реки Миссисипи и Внешних берегов Северной Каролины. С другой стороны, косы и связанные с ними особенности, которые полагаются на перенос длинных отложений, могут быть истощены, если источники выше по течению эрозированы или если повышение уровня моря утопает источники песка.

Клиффы и Рокки Шорс

Хотя часто считается, что скалистые скалы также подвержены влиянию. Повышение уровня моря поднимает зону волнового действия выше на скалу, концентрируя эрозию на новой высоте. Это может ускорить отступление скал, особенно в более мягких скальных образованиях, таких как сланец или мел. Узлы, вырезанные волновой истиранием, углубляются, что приводит к чрезмерному усечению и возможному обрушению. Во многих регионах сочетание повышения уровня моря и повышенной штормов приводит к более частым скальным оползням и оползням, меняя береговую линию со скоростью, невиданной в исторической памяти.

Убежища и дельты

Устья являются переходными зонами, где пресная речная вода встречается с морской водой соли, и на их форму влияют приливные потоки и осаждение осадков. Повышение уровня моря толкает клин соленой воды дальше вверх по течению, изменяя динамическое равновесие сети каналов. В дельтах, где исторически построенные осадочные породы снижают способность рек поддерживать площадь суши. Кроме того, многие дельты спадают из-за добычи подземных вод или извлечения нефти и газа, усугубляя относительный подъем уровня моря. Национальное управление океанических и атмосферных исследований предупреждает, что дельты являются одними из наиболее уязвимых форм суши, с потенциалом для широкого утопления, если снабжение осадками недостаточно для подъема поверхности вместе с поднимающейся водой.

Влияние на прибрежные экосистемы

Прибрежные экосистемы тесно связаны с уровнем моря; их распределение, здоровье и функция зависят от узкого диапазона приливных высот и порогов солености.По мере повышения уровня моря эти системы должны либо мигрировать на суше, аккреционно вертикально, либо погибнуть.Темпы современного повышения уровня моря часто превышают естественную адаптивную способность многих экосистем, приводя к гибели, изменению состава и потере экосистемных услуг.

Водно-болотные угодья и соляные болота

Соленые болота являются одними из самых продуктивных экосистем на Земле, обеспечивая защиту от штормов, фильтрацию воды и среду обитания для рыб. Они могут идти в ногу с умеренным повышением уровня моря, захватывая осадочные породы и накапливая органическое вещество. Однако, когда скорость повышения уровня моря превышает порог (обычно несколько миллиметров в год, в зависимости от наличия осадочных пород), болота начинают тонуть. Показатели утопления включают прудирование в интерьере, потерю кордграсса и превращение в грязи. Многие болота вдоль восточного побережья США и Мексиканского залива уже демонстрируют эти признаки. Без существенного ввода осадочных пород или способности мигрировать внутри страны (часто блокируемые прибрежным развитием), эти водно-болотные угодья резко сократятся.

Мангровые леса

Мангровые леса процветают в приливных зонах тропических и субтропических побережий, с их корневыми системами, стабилизирующими осадочные породы и уменьшающими эрозию. Они могут приспосабливаться к медленно растущим морям, создавая рост корней и улавливание осадков. Однако быстрый подъем уровня моря опережает эту вертикальную аккрецию, особенно там, где приливные диапазоны низки. Кроме того, мангровые леса требуют определенного окна солености; поскольку морская вода вторгается дальше внутрь страны, пресноводные виды могут быть заменены более солеустойчивыми, меняя состав экосистем. Потеря мангровых лесов особенно серьезна для прибрежных сообществ, потому что эти леса обеспечивают отличное ослабление штормового нагона и служат поглотителями углерода. Международный союз охраны природы (МСОП) подчеркивает, что до 30% мангровых лесов могут исчезнуть к 2050 году, если повышение уровня моря ускорится.

Коралловые рифы

Коралловые рифы часто считаются «дождевыми лесами моря», но сталкиваются с многочисленными стрессорами от изменения климата. В то время как повышение уровня моря само по себе может позволить некоторым видам кораллов не отставать, увеличиваясь вверх, если позволяет прозрачность воды и температура, комбинация потепления океанов, подкисления океана и осаждения от береговой эрозии уже вызвала широкое обесцвечивание. Повышение базового уровня также увеличивает доступность света на более глубоких рифовых плоскостях, но чистый эффект часто отрицательный, потому что кораллы уже борются. Когда рифы ухудшаются, защита, которую они предлагают береговым линиям - рассеивая энергию волны - уменьшается, ускоряя эрозию соседних пляжей и рельефов.

Сиграс Медоуз

Морские травы — цветущие растения, которые колонизируют мелководные песчаные или мутные дно. Они требуют достаточного света для фотосинтеза, так как уровень моря повышается, более глубокая вода уменьшает количество света, достигающего навеса морской травы. Если водная колонна становится мутной из-за повышенной эрозии, это воздействие усиливается. Морские травы могут мигрировать в сторону берега, если существует подходящая среда обитания, но развитие или жесткая береговая защита могут предотвратить эту миграцию. Потеря лугов морской травы уменьшает среду обитания дюгоней, морских черепах и бесчисленных видов рыб, а также высвобождает накопленный углерод из осадков в водную колонну.

Виды в опасности

Каскад изменений в рельефах и экосистемах напрямую приводит к сокращению популяции видов, которые зависят от этих мест обитания. Шорберды, такие как трубочисты и устрицы, гнездятся на пляжах и песчаных отмели, которые сокращаются или становятся более часто затопленными. Морские черепахи, которые возвращаются к конкретным гнездовым пляжам, могут обнаружить, что их предпочтительные места разрушаются или заменяются менее подходящим песком. Рыбы, такие как лосось и полосатый окунь, полагаются на нерестилища эстуариев; вторжение соленой воды может изменить сроки потоков пресной воды и уменьшить успех нереста. Морские млекопитающие, такие как ламантины и морские выдры, зависят от посевов морских трав или лесов водорослей для пищи, и эти места обитания меняются. Во многих случаях эти виды не могут перемещаться внутри страны из-за человеческой инфраструктуры, что приводит к локальным вымираниям. Связь между рельефами и видами тесная - потеря одного часто означает потерю другого.

Глобальные и региональные различия

Повышение уровня моря не является однородным по всему миру. Океанские течения, гравитационные эффекты ледяных щитов и тектонические движения создают региональные горячие точки. Например, восточное побережье США и Мексиканский залив испытывают темпы повышения уровня моря в 3-4 раза выше, чем в среднем по миру из-за динамики океана и оседания суши. Дельта Миссисипи является ярким примером региона, где естественное оседание и сокращение предложения осадочных пород в сочетании с ускоренным повышением эвстатического уровня моря создают темпы потери земли более 40 квадратных километров в год. В Юго-Восточной Азии мегаполисы, такие как Бангкок, Хошимин и Джакарта, сталкиваются с комплексными угрозами от местной добычи подземных вод и повышения уровня моря, что приводит к чрезвычайно быстрому относительному повышению уровня моря, которое подавляет как природные экосистемы, так и инженерную защиту.

Малые островные государства, особенно атоллы, такие как Мальдивы, Тувалу и Кирибати, сталкиваются с экзистенциальными угрозами. Их рельефы низменные и состоят в основном из кораллового песка и щебня; эти острова образованы эоловыми и волновыми процессами, которые строят хребты. С повышением уровня моря, перенасыщение волн и загрязнение соленой воды уже влияют на пресноводные линзы и сельское хозяйство. Сами рельефы могут быть физически изменены, с островами, смещающимися, но не обязательно исчезающими полностью - процесс, называемый «островной динамизм». Однако обитаемость этих островов серьезно скомпрометирована, особенно если запасы пресной воды исчерпаны.

Стратегии смягчения и адаптации

Для решения проблемы повышения уровня моря необходимо как уменьшить источник (смягчение), так и адаптироваться к неизбежным изменениям (адаптация). Для прибрежных форм рельефа и экосистем существуют две широкие категории вмешательства: решения на основе природы и инженерные подходы.

Природные решения

Восстановление прибрежных мест обитания является одной из наиболее эффективных стратегий адаптации. Проекты восстановления болот, такие как проекты на Чесапикском заливе, могут увеличить вертикальную аккрецию, поощряя улавливание осадков. Восстановление мангровых лесов в Юго-Восточной Азии оказалось успешным в стабилизации береговых линий и обеспечении среды обитания. «Живые береговые линии» используют устричные рифы, подводную водную растительность и местные болотные растения для поглощения энергии волн и улавливания осадков, удерживая береговую линию на месте, позволяя экосистемам мигрировать внутри страны. Эти подходы часто стоят дешевле, чем жесткая инженерия в долгосрочной перспективе и обеспечивают сопутствующие выгоды, такие как поглощение углерода и улучшение качества воды.

Кроме того, питание пляжей - процесс выемки песка с берега и размещения его на разрушающихся пляжах - может временно восстановить рекреационную и экологическую функцию. Однако питание должно быть повторено, поскольку уровень моря продолжает расти, а источники песка конечны. Более устойчивый путь может включать в себя «управляемую перестройку», где береговая оборона перемещается на суше, позволяя создавать интертидные среды обитания, поскольку береговая линия естественным образом отступает.

Инженерные решения

Жесткие инженерные сооружения, такие как морские стены, ограждения и паховые участки, исторически были ответом по умолчанию на эрозию и затопление. Хотя они предлагают немедленную защиту основных фондов, они часто ухудшают эрозию на прилегающих пляжах, прерывая перенос осадочных пород на берегу и отражая энергию волн. При повышении уровня моря эти структуры становятся более склонными к перегрузке и, возможно, их необходимо будет неоднократно поднимать, что приводит к увеличению затрат. Нидерланды, мировой лидер в управлении прибрежными районами, используют массивные барьеры штормовых нагонов и дамбы, но теперь также включают больше пространства для воды и «строительства с природой» принципы для поддержания экологической связи.

Управляемое отступление — запланированное удаление инфраструктуры из зон повышенного риска — все чаще признается необходимой, хотя и политически спорной стратегией. Такие общины, как на острове Жан-Шарль, штат Луизиана, получили федеральное финансирование для переселения всего населения. Такой подход позволяет прибрежным экосистемам мигрировать внутри страны, не борясь с естественными силами повышения уровня моря.

Политика и планирование

Эффективная адаптация требует интеграции прогнозов повышения уровня моря в планирование землепользования. Зоонирование, которое ограничивает новое развитие в районах, подверженных наводнениям, прокатные сервитуты, которые позволяют мигрировать на побережье в будущем, и сохранение прибрежных буферов, являются критически важными инструментами политики. Международные соглашения, такие как Парижское соглашение, направлены на ограничение выбросов, но даже с агрессивным смягчением, совершенный рост уровня моря в течение следующего столетия означает, что адаптация неизбежна. Инициатива Sea Level Rise.org собирает местные данные и оценки рисков, чтобы помочь общинам планировать активно.

Заключение

Повышение уровня моря меняет береговые линии мира с беспрецедентной скоростью, преобразуя рельефы и экосистемы, которые обеспечивали среду обитания и защиту на протяжении тысячелетий. Пляжи, дюны, барьерные острова, водно-болотные угодья, мангровые леса и коралловые рифы сталкиваются с экзистенциальным давлением, поскольку скорость роста опережает естественную адаптацию. Виды, которые зависят от этих мест обитания - от береговых птиц до морских млекопитающих - пойманы в затягивающем пороке потери среды обитания и фрагментации. Тем не менее, история не только потеря. Благодаря сочетанию амбициозных сокращений выбросов, интеллектуальных решений на основе природы и долгосрочного планирования, которое позволяет прибрежным экосистемам мигрировать, мы можем сохранить многие функции и ценности, которые обеспечивают эти экосистемы. Окно для эффективных действий сужается, но с информированной политикой и целенаправленным восстановлением, воздействием повышения уровня моря на прибрежные формы суши и экосистемы можно управлять, даже если не полностью обратить вспять.