Table of Contents

Взаимосвязанность климатических зон и моделей биоразнообразия

Климатические зоны имеют основополагающее значение для понимания распределения жизни на Земле. Взаимодействие между климатическими факторами - температурой, осадками, солнечной радиацией и сезонностью - создает различные экологические оболочки, которые определяют, какие виды могут выжить и размножаться в данной области. Эта взаимосвязь не является односторонней; биоразнообразие само по себе может влиять на местный климат посредством обратной связи, такой как эвапотранспирация и альбедо. Однако основным фактором остается крупномасштабный климатический режим, который задает основу для экологических сообществ. Признавая эту взаимосвязь имеет важное значение для прогнозирования того, как экосистемы будут реагировать на быстрые глобальные изменения и для разработки эффективных стратегий сохранения. Поскольку деятельность человека продолжает изменять климатическую систему планеты, модели биоразнообразия изменяются в режиме реального времени, от чего зависит человечество.

Понимание климатических зон

Климатические зоны — географические пояса, отличающиеся долгосрочными моделями погодных переменных. Наиболее широко используемая система классификации, система Кёппена — Гейгера, делит мир на пять первичных групп: тропическая (A), засушливая (B), умеренная (C), континентальная (D) и полярная (E). Каждая группа далее подразделяется на основе моделей осадков и температурных порогов. Эти зоны не являются статическими; они постепенно меняются с естественной изменчивостью климата и более резко под антропогенным воздействием. Понимание их определяющих характеристик является первым шагом в связывании их с биоразнообразием.

Тропические климатические зоны

Тропический климат (Кёппен Аф, Ам, Ав) встречается вблизи экватора, между примерно 25° северной и южной широты. Для них характерны высокие средние температуры (выше 18°C круглогодично) и обильные осадки, часто превышающие 2000 мм в год. Отсутствие холодного сезона позволяет растениям расти непрерывно, что приводит к огромной биологической продуктивности и структурной сложности. Дождевые леса, отличительный биом тропического влажного климата, содержат более половины наземных видов в мире, несмотря на то, что покрывают только около 7% поверхности суши.

Засушливые климатические зоны

Засушливые и полузасушливые зоны (Кёппен Б) покрывают примерно треть земной суши. Осадки скудны и сильно изменчивы, в среднем менее 250 мм в год в истинных пустынях. Экстремальные перепады температуры между днем и ночью, а также между сезонами создают суровые условия. Растения и животные в засушливых зонах демонстрируют специализированные адаптации, такие как хранение воды, ночная активность и глубокие корневые системы. Несмотря на низкую продуктивность и плотность видов по сравнению с тропическими лесами, в засушливых зонах обитают уникальные эндемичные виды и замечательные эволюционные излучения, особенно у сочных растений и рептилий.

Умеренные климатические зоны

Умеренные зоны (Köppen C) занимают средние широты, где температуры умеренные с различными сезонными изменениями. Осадки обычно адекватны для роста растений, в пределах от 500 до 1500 мм в год. Четыре различных сезона позволяют для лиственных лесов, лугов и средиземноморских кустарников. Биоразнообразие в умеренных регионах умеренно, но очень адаптировано к сезонным сигналам. Например, умеренные леса восточной Северной Америки, Европы и Восточной Азии разделяют много родов растений из-за древних сухопутных связей, но также содержат много уникальных видов.

Континентальные климатические зоны

Континентальный климат (Кёппен Д) встречается во внутренних районах крупных массивов суши в Северном полушарии, вдали от океанической умеренности. Зимы длинные и холодные, лето может быть жарким, а годовые температурные диапазоны большие. Осадки часто концентрируются в летние месяцы. Доминирующими биомами являются бореальные леса (тайга) и умеренные луга. Биоразнообразие ниже, чем в умеренных или тропических зонах из-за суровой зимы и короткого вегетационного периода, но присутствующие виды часто очень устойчивы и образуют обширные популяции. Большие районы Сибири и Канады поддерживают обширные хвойные леса, которые хранят огромное количество углерода.

Полярные климатические зоны

Полярный климат (Кёппен Е) встречается на высоких широтах и на высоких горных вершинах. Средние температуры остаются ниже 10°C даже в самый теплый месяц. Осадки низкие, но поскольку испарение минимальное, вода часто накапливается как лед и снег. Доминирующим биомом является тундра, характеризующаяся низкими кустарниками, травами, мхами и лишайниками. Биоразнообразие низкое по богатству видов, но многие виды специализированы и имеют глобальное природоохранное значение, такие как белые медведи, арктические лисы и перелетные птицы, которые размножаются в короткое лето. Вечная мерзлота лежит в основе большей части полярного региона, создавая уникальные гидрологические и геохимические условия.

Климат как движущая сила биоразнообразия

Гипотеза о наличии энергии предполагает, что более теплый климат обеспечивает больше тепловой энергии для метаболических процессов, что позволяет более высокие скорости видообразования и более низкие темпы вымирания. динамика воды и энергии сочетает осадки с температурой для прогнозирования производительности; районы с высокой температурой и высокой влажностью, как правило, наиболее продуктивны. Производительность, в свою очередь, поддерживает больше людей и больше нишевых возможностей. Сезонность также играет роль: регионы с сильными сезонными циклами часто имеют меньше видов, потому что организмы должны больше инвестировать в борьбу с изменчивостью, но они также могут генерировать различные адаптации, которые приводят к обороту через градиенты.

Возвышение создает свои климатические зоны за счет скорости провисания: температура падает примерно на 6,5 °C на километр восхождения. Это позволяет горным хребтам сжимать многие климатические зоны на небольшой площади, производя высокое местное бета-разнообразие (оборот видов с возвышением). Взаимодействие топографии с региональным климатом создает микроклиматы, которые могут буферизировать организмы от более широких изменений или служить рефугией.

Производительность и видовое богатство

Чистая первичная продуктивность (NPP) - количество углерода, зафиксированное растениями - сильно коррелирует с богатством видов в больших масштабах. Тропические тропические леса имеют самую высокую АЭС на суше, и они также принимают самое большое количество видов. Засушливые регионы имеют низкое АЭС и низкое богатство видов на единицу площади, хотя они могут содержать уникальные виды, адаптированные к низкой производительности. Отношения не идеально линейны; некоторые продуктивные экосистемы, такие как прибрежные болота или сельскохозяйственные земли, имеют относительно низкое богатство из-за беспорядков или управления человеком. Тем не менее, широкая картина держит: больше энергии и воды производят больше жизни, которая, в свою очередь, поддерживает более сложные пищевые сети.

Биоразнообразие в климатических зонах

Картирование распределения видов по климатическим зонам показывает четкие глобальные закономерности. широтный градиент разнообразия является одним из самых надежных экологических закономерностей: богатство видов обычно уменьшается от экватора к полюсам. Этот градиент очевиден практически во всех таксонах — деревьях, млекопитающих, птицах, насекомых, морских организмах — и сохраняется для наземных и пресноводных систем. Градиент обусловлен в первую очередь климатом, хотя исторические факторы, такие как оледенение и размещение континента, также имеют значение.

Высокое биоразнообразие в тропиках

Тропические зоны содержат самую высокую концентрацию биоразнообразия. Только тропические леса Амазонки содержат приблизительно 10% всех известных видов. Юго-восточные азиатские тропические леса, бассейн Конго и остров Новой Гвинеи также богаты. Причины включают: высокие и стабильные температуры, обильные осадки, древнюю геологическую стабильность (позволяющую непрерывную эволюцию) и высокую производительность. В тропиках также находится много специализированных взаимодействий, таких как между инжиром и инжирными осами, или между муравьями-листорезами и грибами.

Снижение биоразнообразия в засушливых зонах

Засушливые зоны имеют меньше видов на единицу площади, но они не лишены интереса. Пустыня Намиб, например, содержит уникальную флору суккулентов, которые соперничают с тропическими лесами в эндемизме. Пустыня Соноран в Северной Америке поддерживает знаковые виды, такие как кактус сагуаро и чудовище Гила. Многие виды пустыни имеют узкие экологические допуски, что делает их особенно уязвимыми к изменению климата и фрагментации среды обитания. Доступность воды, а не температура, является ограничивающим фактором в этих регионах.

Сезонные умеренные зоны

Умеренные зоны показывают сильные сезонные циклы, которые приводят к фенологическим событиям: возникновение листьев, цветение, миграция и спячка. Богатство видов умеренно, но включает в себя много лиственных деревьев, певчих птиц и млекопитающих. Умеренные зоны также сильно населены людьми, что приводит к широко распространенному преобразованию среды обитания. Оригинальные умеренные леса Европы, Восточной Азии и восточной Северной Америки были в значительной степени очищены для сельского хозяйства, но многие виды сохраняются в фрагментированных участках.

Континентальные и полярные зоны как фильтры

Континентальные и полярные зоны действуют как экологические фильтры, позволяющие сохраняться только видам с определенными физиологическими чертами. Например, многие бореальные деревья имеют игольчатые листья и морозостойкие ткани. Биом тундры имеет очень короткий вегетационный период (2-3 месяца) и низкое видовое богатство, но высокое обилие определенных видов, таких как карибу и мигрирующие гуси. Эти зоны также испытывают быстрое потепление, что приводит к продвижению линии деревьев и расширению кустарников, что изменяет среду обитания для холодно адаптированных видов.

Горячие точки биоразнообразия и климатические зоны

Горячие точки биоразнообразия - это регионы с по меньшей мере 1500 эндемичными сосудистыми видами растений и с по меньшей мере 30% первоначальной среды обитания, потерянной. Эти 36 горячих точек, как определено Международным агентством по сохранению , часто расположены в определенных климатических зонах:

  • Тропический: Амазонка, бассейн Конго, мезоамериканские леса, Западные Гаты, Сундаленд и многие другие. Эти горячие точки содержат более половины видов растений в мире всего в 2,4% площади суши.
  • Средиземноморский бассейн, Калифорнийская Флористическая провинция, Капская Флористическая область Южной Африки, Центральная долина Чили и юго-западная Австралия. В этих регионах мягкие, влажные зимы и сухое лето — климат, который способствует высокому эндемизму в растениях, адаптированных к огню и засухе.
  • Температура и континентальность:] Кавказ, горы Центральной Азии и Гималайская окраина.Эти районы имеют высокое топографическое разнообразие, которое создает много микроклиматов, позволяя видам из нескольких зон сосуществовать.

Горячие точки не только богаты, но и находятся под угрозой исчезновения. Многие из них находятся в тропических низинах, которые быстро вырубаются для сельского хозяйства и добычи полезных ископаемых. Другие, такие как средиземноморские регионы, сталкиваются с урбанизацией и инвазивными видами. Защита горячих точек является высокоэффективным способом концентрации ресурсов на сохранении самого уникального биоразнообразия.

Изменение климата и меняющиеся модели

Изменение климата реорганизует модели биоразнообразия во всех климатических зонах. След изменения климата виден в сдвигах ареала видов, измененной фенологии и измененных составах сообществ. Знаковое исследование в Наука показало, что виды движутся в сторону полюса со средней скоростью 16,9 км в десятилетие на суше и 72 км в десятилетие в океане Чен и др., 2011 . Горные виды смещаются вверх примерно на 12,2 м в десятилетие.

Сдвиги диапазона и несоответствия

По мере потепления климата виды перемещаются на более высокие широты или возвышенности, чтобы отслеживать свои предпочтительные температурные оболочки. Однако не все виды могут двигаться с одинаковой скоростью. Медленно рассеивающиеся виды (например, многие растения, беспозвоночные почвы) и виды, которые живут на вершинах гор, некуда идти, сталкиваются с особой опасностью. Сдвиги хребта также могут создавать новые взаимодействия: хищники могут прибыть в экосистему до того, как их добыча, или патогены могут столкнуться с наивными хозяевами. Это может привести к экологическим нарушениям, которые каскадируются через пищевые сети.

Фенологические изменения

Многие биологические события происходят в начале года: времена цветения, даты откладывания яиц птиц и появление насекомых продвигаются на дни до недель в десятилетие. Это может разъединить взаимозависимые виды, такие как опылители и цветущие растения. Например, в Арктике сроки роста растений продвигаются быстрее, чем прибытие перелетных птиц, потенциально снижая доступность пищи для птенцов. В Шестом оценочном докладе МГЭИК МГЭИК документирует широко распространенные фенологические сдвиги в наземных и морских системах.

Риски вымирания

Виды с узкими климатическими допусками, небольшими популяциями или ограниченными возможностями рассеивания подвергаются наибольшему риску исчезновения. Эндемичные виды в горячих точках биоразнообразия особенно уязвимы, потому что они не могут легко перемещаться. Потепление 1,5-2 ° C, по прогнозам, стирает 10-40% текущей климатической оболочки для многих видов. В тропических зонах даже небольшое потепление может вытолкнуть виды за пределы их тепловых пределов, потому что многие тропические организмы уже живут близко к их максимальным температурам. В полярных зонах потеря морского льда угрожает всей пищевой сети от водорослей до белых медведей.

Стратегии сохранения в условиях меняющегося климата

Для сохранения биоразнообразия в условиях изменения климата сохранение должно быть адаптивным и взаимосвязанным. Традиционные статические охраняемые районы могут стать неадекватными, если виды сместятся за пределы своих границ. Следующие стратегии поддерживаются Международным союзом охраны природы :

Расширение и соединение охраняемых территорий

Сети охраняемых районов должны быть больше и лучше связаны, чтобы позволить видам перемещаться вдоль климатических градиентов. Коридоры, которые связывают низменные районы с более высокими возвышениями или которые соединяют изолированные места обитания, могут способствовать сдвигу диапазона. Например, инициатива Йеллоустоун-Юкон направлена на создание непрерывного коридора для крупных млекопитающих через западную Северную Америку. Морские охраняемые районы должны быть спроектированы с буферными зонами, которые учитывают виды, перемещающиеся в ответ на потепление океана.

Восстановление экосистем и содействующая миграция

Восстановление деградированных мест обитания может повысить устойчивость за счет повышения неоднородности и обеспечения рефугии. В некоторых случаях может потребоваться пособничество колонизации — перемещение видов в места, где они, как ожидается, будут иметь подходящий климат в будущем — хотя это сопряжено с рисками инвазивных видов или изменения местных сообществ. Восстановление прибрежных мангровых зарослей и водно-болотных угодий также обеспечивает естественную адаптацию к климату путем буферизации штормов и хранения углерода.

Горячие точки биоразнообразия, защищающие климат

Приоритетное внимание к защите горячих точек биоразнообразия, охватывающих несколько климатических зон, может служить климатической рефугией. Горные горячие точки, такие как Восточный афромонтан или Тропические Анды, предлагают градиенты высоты, которые позволяют видам мигрировать вверх. Снижение неклиматических стрессоров, таких как обезлесение, загрязнение и чрезмерная эксплуатация, повышает способность видов противостоять изменению климата. Этот подход часто называют подходом к управлению микроклиматом, который включает в себя поддержание лесного покрова, прибрежных буферов и топографического разнообразия.

Адаптация и политика на уровне сообществ

Успешное сохранение требует привлечения местных общин, которые часто имеют глубокие знания о динамике экосистем. Земли, управляемые коренными народами, часто содержат большое биоразнообразие и могут служить эффективными коридорами. С точки зрения политики, интеграция соображений биоразнообразия в климатическую политику, такую как определяемые на национальном уровне вклады в соответствии с Парижским соглашением, имеет решающее значение. Защита и восстановление природных экосистем также является экономически эффективным способом улавливания углерода, создавая синергию между смягчением последствий изменения климата и сохранением биоразнообразия.

Заключение

Климатические зоны обеспечивают стадию, на которой биоразнообразие выполняет свою эволюционную игру. От пышных тропических лесов до ветровой тундры полюсов климат устанавливает фундаментальные пределы и возможности для жизни. Модели видового богатства, эндемизма и функционального разнообразия неразрывно связаны с температурой, осадками и сезонностью. По мере ускорения антропогенного изменения климата эти модели разрушаются с беспрецедентной в истории человечества скоростью. Сдвиги в ареале, фенологические несоответствия и повышенные риски исчезновения угрожают упростить экосистемы и ухудшить предоставляемые ими услуги. Тем не менее понимание взаимосвязанности климатических зон и моделей биоразнообразия предлагает дорожную карту действий. Расширяя охраняемые районы, восстанавливая среду обитания, уменьшая другие стрессоры и привлекая сообщества, мы можем повысить устойчивость природных систем. Будущее биоразнообразия зависит от нашей способности как смягчать изменение климата, так и адаптировать наши стратегии сохранения к быстро меняющемуся миру.