Table of Contents

Оригинальное название: Life on the Typhoon Frontier

Прибрежные экосистемы вдоль склонных к тайфуну береговых линий - от западной части Тихого океана до Карибского бассейна и Бенгальского залива - сталкиваются с некоторыми из самых экстремальных повторяющихся возмущений на Земле. Один тайфун может сглаживать стоянки мангровых зарослей, разбивать разветвленные кораллы и полосить русла морских трав в течение нескольких часов. Тем не менее, эти экосистемы не просто выживают; они сохраняются, восстанавливаются и часто процветают, потому что они развили набор замечательных адаптаций на протяжении тысячелетий. Понимание этих адаптаций - это не просто экологическое любопытство - это необходимо для планирования сохранения и восстановления в эпоху усиливающихся штормов, вызванных изменением климата. В этой статье рассматриваются уникальные структурные, физиологические и экологические стратегии, которые позволяют прибрежным экосистемам выдерживать и восстанавливаться от частой активности тайфунов.

Коралловые рифы и устойчивость к штормам

Коралловые рифы часто изображаются как деликатные, но многие рифовые системы в поясах тайфунов — это что угодно, кроме того, их устойчивость проистекает из сочетания физической архитектуры, биологической избыточности и быстрой способности к восстановлению.

Структурные адаптации: строительство для брелок

Кораллы, которые сохраняются в высокоэнергетических волновых средах, обычно демонстрируют устойчивые, массивные формы роста. Кораллы валуна, такие как , пориты и , развивают плотные скелеты с закругленными профилями, которые минимизируют сопротивление переворачиванию. Эти массивные колонии могут весить сотни килограммов, закрепляя их даже против самого сильного всплеска. Напротив, разветвленные кораллы, такие как , которые доминируют в более спокойных водах, более восприимчивы к поломке, но в часто нарушаемых местах они часто растут в низкорельефных, инкрустирующих формах или зарослях, которые сливаются вместе, создавая стабильную структуру. Некоторые виды даже демонстрируют «покрытие» морфологий, которые направляют поток воды над колонией, уменьшая силы удара.

Регенерация и фрагментация

Поврежденные кораллы не обязательно мертвы. Многие виды обладают замечательными регенеративными способностями. После того, как тайфун разбивает разветвляющиеся кораллы на фрагменты, эти фрагменты могут оседать на завалах и прикрепляться, по существу, используя повреждения от шторма в качестве естественной формы распространения. Это размножение фрагментации особенно распространено у видов Acropora и Pocillopora, которые могут производить жизнеспособные колонии даже из мелких кусочков. Кроме того, поврежденные полипы могут восстанавливать ткани по сломанным краям в течение нескольких недель, запечатывая раны и предотвращая разрастание водорослей. Способность быстро восстанавливаться усиливается высокими температурами воды и ясными условиями, которые часто следуют за штормами, обеспечивая короткое окно оптимального роста.

Кораллово-алгальские мутуализмы под давлением

Тайфуны могут снижать уровень света за счет мутности и ресуспензии осадков. Во время этих событий кораллы полагаются на свои симбиотические зооксантеллы, чтобы переносить низкий свет, а некоторые виды хозяев могут переключиться на гетеротрофное кормление — захват планктона — чтобы компенсировать снижение фотосинтеза. Эта питательная гибкость является ключевой адаптацией, которая позволяет кораллам выживать в неделях мутных, низколегких условий, которые следуют за сильными штормами, в то время как менее устойчивые виды могут отбеливаться или голодать.

Недавние исследования показывают, что коралловые сообщества в часто нарушаемых районах могут также демонстрировать более высокие пропорции термически толерантных типов симбионтов (например, Symbiodinium клада D), которые также придают некоторую устойчивость к стрессу осаждения. Для обзора устойчивости коралловых рифов к нарушениям см. Программа сохранения коралловых рифов NOAA .

Мангровые леса и защита от наводнений

Мангровые леса, возможно, являются наиболее адаптированными к тайфуну прибрежными экосистемами на планете, их уникальные корневые архитектуры и физиологические терпимости делают их фронтовыми защитниками от штормовых нагонов, волнового действия и эрозии.

Гибкие корневые системы: поглотители природных потрясений

Корни мангровых деревьев бывают разных форм — пропрутовые корни в Ризофора, пневмофоры в Авиценния, коленные корни в Бругиера — все из которых имеют свойство быть гибкими и взаимосвязанными.Когда тайфун нагоняет и раскачивает мангровые леса, корни изгибаются и раскачиваются, рассеивая энергию волн, преобразуя кинетическую энергию в тепло и турбулентность. Это затухание волн удивительно эффективно: здоровые мангровые леса могут уменьшить высоту волны на расстояние до 66% на расстоянии 100 метров, как это документально подтверждено работой IUCN по мангровым зарослям и береговой обороне.

Осадочный лов и наземное строительство

Мангровые корни также выступают в качестве осадочных ловушек. Сложная решетка корней и плотная сеть надземных структур замедляют поток воды, заставляя оседать взвешенные осадки. Со временем этот процесс поднимает высоту дна леса, не отставая от повышения уровня моря и обеспечивая буфер против эрозии. В дельтах, подверженных тайфунам, таких как дельта Меконга, мангровые леса, как было показано, улавливают до 5 килограммов осадка на квадратный метр в год. Эта аккреция жизненно важна: сохраняя их высоту относительно уровня моря, мангровые леса обеспечивают сохранение функциональных штормовых барьеров на протяжении десятилетий.

Стратегии восстановления после шторма

Мангровые леса также приспособлены к восстановлению после катастрофического повреждения. Многие виды производят крупные, плавучие пропаганды, которые могут рассеиваться на большие расстояния по океанским течениям. После тайфуна полосы листвы и срубленных деревьев эти пропаганды могут быстро колонизировать нарушенные грязевых пятен. Кроме того, мангровые рощи обладают эпикормовыми почками под корой, которые могут отрасти после того, как ветви оторваны. Эта способность копирования позволяет людям частично отрасти в течение месяцев, быстро восстанавливая некоторый защитный покров. Некоторые виды, такие как Sonneratia alba, могут даже переносить полное захоронение своих корневых систем штормовым осадком, посылая новые корни над слоем захоронения.

Однако устойчивость зависит от тяжести и частоты штормов. Если тайфуны вернутся до восстановления мангровых зарослей, система может ухудшиться, подчеркивая необходимость сохранения здоровых обширных лесов. Узнайте больше о глобальном распределении мангровых зарослей и угрозах из работы мангровых зарослей Программы ООН по окружающей среде .

Сиграссовые кровати и стабилизация осадка

Морские травы часто упускаются из виду в дискуссиях о стойкости к штормам, но они играют важнейшую роль в стабилизации морского дна и поддержке восстановления других экосистем после тайфунов. Их адаптации более тонкие, чем у кораллов или мангровых зарослей, но не менее важные.

Морфологические адаптации к высоким энергиям

Виды морских трав в районах, подверженных тайфуну, как правило, имеют гибкие, похожие на ремни листья, которые лежат плоскими при высокой скорости тока, уменьшая сопротивление. В западной части Тихого океана такие виды, как Thalassia hemprichii и Enhalus acoroides , имеют удлиненные листья длиной 50-100 см, но очень податливые. Когда шторм проходит, отдельные листья ориентируются параллельно потоку, минимизируя повреждение. Кроме того, морские травы имеют сильные, разветвляющиеся корневища системы, которые закрепляют растения в мягких отложениях. Эти корневища могут простираться горизонтально на метров, образуя плотный подземный коврик, который эффективно «сшивает» осадок вместе.

Быстрое вегетативное восстановление

В отличие от кораллов, морские травы редко полагаются на половое размножение для восстановления после возмущения. Вместо этого они используют вегетативное размножение: даже если штормовой нагой измельчает листья, подповерхностные корневища часто выживают целыми. В течение нескольких недель растения могут выталкивать новые побеги листьев из меристем. В исследованиях с Филиппин грядки морских трав восстановили 70-80% своей площади листьев до тайфуна в течение трех месяцев. Этот быстрый рост подпитывается запасами углеводов в корневищах, которые могут быть мобилизованы после дефолиации.

Стабилизация осадка и компенсация света

Связывая осадок, морские травянистые пласты уменьшают реанимацию мелких частиц, которые в противном случае задушили бы кораллы или мангровые заросли после шторма. Они также действуют как фильтр, захватывая осадок, смытый с земли. Кроме того, некоторые виды морских трав проявляют физиологическую способность фотосинтезировать при очень низких уровнях освещенности - до 1% поверхностного облучения - что позволяет им пережить недели мутной воды, которые следуют за тайфуном. Этот пункт компенсации при слабом освещении имеет решающее значение для их устойчивости в средах с высоким уровнем возмущения.

Кроме того, луга морской травы являются важными поглотителями углерода. Недавнее исследование показало, что отложения морской травы в подверженных штормам регионах могут хранить до четырех раз больше углерода на гектар, чем наземные леса. Хотя тайфуны могут вызывать некоторую эрозию, уровень захоронения углерода, как правило, достаточно высок, чтобы перевесить потери. Для получения более подробной информации о устойчивости морской травы см. доклад ЮНЕП об устойчивости морской травы к изменению климата .

Соленые болота и смягчение штормового натиска

Соленые болота не так распространены в тропическом поясе тайфунов, как мангровые леса, но они доминируют в прибрежных зонах более высоких широт, которые также испытывают интенсивные штормы (например, побережья Атлантического океана и Персидского залива, умеренные зоны Восточной Азии).

Гибкие стебли и канализация

Соль болотных трав, таких как Spartina alterniflora и Spartina patens, имеют тонкие, гибкие стебли, которые изгибаются под волновым напряжением, не разрушаясь. Их плотная надземная биомасса создает шероховатую поверхность, которая замедляет поток воды и улавливает осадок. На самом деле болота могут уменьшить высоту штормового нагона до 1 сантиметра на километр ширины болота — скромный, но осмысленный эффект. Недавнее моделирование предполагает, что каждый гектар соленого болота может хранить достаточно воды для нагона, чтобы уменьшить внутреннее наводнение на 1-2 процента на 100 метров ширины болота.

Нижеследующая устойчивость: корни и резомы

Реальная прочность соляных болот лежит под землей. Корневые системы этих трав обширны и глубоки, часто простираются на 1-2 метра в почву. Они образуют плотный, волокнистый коврик, который сопротивляется эрозии во время штормов. После урагана, когда надземные побеги погибают от затопления соленой водой или физического повреждения, корни и корневища остаются живыми в аноксичном осадке. Новые побеги могут прорастать из корней, как только штормовой нагон отступает и соленость нормализуется, как правило, в течение нескольких недель.

Восстановление через семенные банки и их разброс

Соленые болота также поддерживают постоянный банк семян, который может прорастать после возмущения. Семена таких видов, как Саликорния и Суаэда, требуют высокой солености, чтобы нарушить спячку, поэтому штормовое осаждение соли может фактически вызвать вербовку. Кроме того, плавающие семена и фрагменты корневища могут быть рассеяны паводковыми водами, что позволяет болотам восстанавливаться в новых областях, которые ранее не были растительностью. Эта способность к быстрой колонизации делает соляные болота очень динамичными и устойчивыми перед лицом частых штормов.

Системы Дюны и Барьерные острова

Хотя не всегда считаются «экосистемами» в традиционном смысле, прибрежные дюны и барьерные острова формируются взаимодействием ветра, волн и растительности, они являются защитниками первой линии от перемывания тайфуна.

Дюна-строительная растительность

Растения типа Ammophila breviligulata (Американская пляжная трава) и Ipomoea pes-caprae (пляжная утренняя слава) адаптированы к высокоэнергетическим, песчаным средам. Их глубокие корневые системы и быстрорастущие корневища задерживают выдувающийся песок, строя дюны. После тайфуна, который срезает новый вход или разрушает линию дюн, эти растения могут быстро колонизировать свежие песчаные отложения, стабилизируя их перед следующим штормом. Форма роста важна: травяные лезвия жесткие и прокатные, уменьшая площадь поверхности и потери воды.

Физическая морфология Дюны как адаптация

Сами дюны адаптируются к штормам. Если дюна низкая и нерастительная, она быстро разрушится. Но растительные дюны с высоким бюджетом осадка могут «прокатиться» — то есть песок, эродированный с морской стороны, откладывается на наземной стороне, позволяя всей системе дюн мигрировать на наземную сторону нетронутым. Этот естественный процесс является адаптацией на геоморфном уровне, позволяя барьерным островам «ходить» внутри страны по мере повышения уровня моря и усиления штормов. Человеческое вмешательство в строительство дюн (например, строительство слишком близко к береговой линии) нарушает эту адаптацию.

Рокки-Шор и приливные зоны

Скалистые приливные зоны подвергаются воздействию полной силы волн, но организмы там развили цепкие стойкие и жизненные циклы, которые переносят избиение.

Организмологические адаптации

Барнаклы постоянно цементируются в скале; мидии производят подмышечные нити, которые сцепляются с прочностью на растяжение до 2 ньютонов. После того, как шторм вытесняет многих людей, выжившие быстро размножаются, чтобы заполнить промежутки. Водоросли, такие как Fucus и Porphyra имеют гибкие тали, которые трэшируют волнами, но редко рвутся. Некоторые красные водоросли производят каррагинан, который придает им резиновую текстуру, чтобы противостоять силам сдвига.

Наследование и динамика патчей

Тайфуны создают голые пятна на скалистых берегах, но они быстро реколонизируются. Споры ранних последовательных водорослей оседают в течение нескольких дней, за которыми следуют пастбища улиток, которые обрезают биопленку и позволяют более поздним видам набирать. Все сообщество может собираться в течение одного вегетационного периода. Этот высокий коэффициент текучести является адаптацией к частым нарушениям, где «стратегия» заключается в принятии пластичности и полагаться на постоянный пул пропаганд из текущих областей.

Синтез и последствия сохранения

Описанные выше адаптации иллюстрируют общую тему: прибрежные экосистемы не сопротивляются возмущению настолько, насколько они его поглощают, восстанавливают и реорганизуют. Будь то гибкие корни, стриженные листья, бесполая регенерация или геоморфные процессы, эти системы эволюционировали, чтобы жить с катастрофой. Однако устойчивость не бесконечна. Когда тайфуны становятся слишком частыми или слишком интенсивными - из-за изменения климата - окно восстановления сокращается, и система может перейти в альтернативное состояние, например, от кораллового рифа до водорослевого, или от мангрового леса до грязевых рифов.

Менеджеры по охране природы должны учитывать эти изменения. Стратегии включают:

  • Защита популяций источников , которые поставляют личинки, фрагменты или пропаганды для восстановления после штормов.
  • Поддерживает связь с средой обитания , чтобы изолированные пятна могли восстанавливаться от внешних входов.
  • Снижение местных стрессоров , таких как загрязнение, чрезмерный вылов рыбы и сток на суше, которые подрывают устойчивость, которую обеспечивают естественные адаптации.
  • Восстановление естественных геоморфических особенностей , таких как дюнные хребты и приливные каналы, что позволяет экосистемам мигрировать и переворачиваться.

В эпоху повышения температуры поверхности моря и прогнозируемого увеличения интенсивности тропических циклонов понимание уникальных адаптаций прибрежных экосистем не просто академическое — это основа для управления, основанного на фактических данных. Эти экосистемы выдерживали штормы на протяжении тысячелетий. Изучая их стратегии, мы можем разработать более эффективные меры по сохранению и восстановлению, которые помогут им продолжать защищать береговые линии и сообщества, которые от них зависят.

Для дальнейшего чтения о том, как изменение климата может изменить режимы тайфуна и устойчивость прибрежных районов, см. Шестой оценочный доклад МГЭИК о воздействии, адаптации и уязвимости .