Table of Contents

Глобальный уровень моря поднялся примерно на 21-24 сантиметра с 1880 года, причем темпы роста ускорялись в течение последних двух десятилетий. Это изменение, обусловленное в первую очередь тепловым расширением морской воды и таянием наземного льда, меняет морские экосистемы беспрецедентными темпами. Последствия для морского биоразнообразия глубоки: береговые линии отступают, критические места обитания затоплены или эродированы, а виды от планктона до высших хищников вынуждены адаптироваться, мигрировать или сталкиваться с истреблением. Понимание этих сдвигов имеет важное значение для прогнозирования будущих состояний экосистем и для разработки эффективных стратегий сохранения в быстро меняющемся океане.

Механизмы повышения уровня моря и их последствия для биоразнообразия

Повышение уровня моря (SLR) является результатом двух основных процессов: теплового расширения морской воды по мере ее нагревания и добавления пресной воды из тающих ледников и ледяных щитов. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) проектирует, что при сценариях с высоким уровнем выбросов глобальный средний уровень моря может подняться до 1 метра к 2100 году, при этом региональные изменения обусловлены океанскими течениями, гравитационными эффектами и оседанием суши. Шестой оценочный доклад МГЭИК подчеркивает, что даже скромное повышение уровня моря может радикально изменить прибрежную геоморфологию, что приведет к эрозии, увеличению наводнений и проникновению соленой воды в пресноводные системы.

Для морского биоразнообразия скорость изменения так же важна, как и величина. Многие прибрежные и мелководные виды имеют ограниченные возможности рассеивания или специфические требования к среде обитания, что делает их уязвимыми для быстрого изменения среды обитания. Например, коралловые рифы, которые поддерживают примерно одну четверть всех морских видов, не могут идти в ногу с нынешними темпами повышения уровня моря во многих регионах, потому что вертикальная аккреция ограничена проникновением света и запасом осадков. Аналогичным образом мангровые заросли и соляные болота, которые обеспечивают среду обитания питомников для рыб и ракообразных, должны мигрировать на суше, чтобы выжить, но часто блокируются прибрежным развитием или крутой топографией.

Потеря среды обитания и трансформация

Погружение прибрежных водно-болотных угодий

Соляные болота и мангровые леса существуют в узком диапазоне возвышений между средним уровнем моря и более высокими приливами. По мере того, как моря поднимаются, эти системы должны либо аккреционировать осадок вертикально, либо мигрировать внутри страны. Там, где запасы осадков недостаточны или где береговые линии бронированы морскими стенами и переборками, водно-болотные угодья утопают. Результатом является потеря критической среды обитания для видов птиц, молодых рыб и беспозвоночных. В США ежегодно теряется около 80 000 акров прибрежных водно-болотных угодий, тенденция, которая, как ожидается, ускорится при сценариях более высокого уровня моря.

В дельте реки Миссисипи оседание в сочетании с повышением уровня моря уже превратило обширные участки солоноватого болота в открытую воду, нарушая рыболовство для видов, зависящих от этих питомников.В глобальном масштабе прогнозы показывают, что без значительного питания осадков или вмешательства в сохранение до 30-40% соляных болот могут исчезнуть к 2100 году.

Коралловые рифы и «игры в кальмаров» света и осадка

Коралловые рифы особенно восприимчивы к повышению уровня моря, потому что их темпы роста ограничены. В то время как некоторые кораллы могут расти вертикально со скоростью, сопоставимой с повышением уровня моря (1-10 мм в год), многие были ослаблены событиями отбеливания, подкисления океана и загрязнения. Ключевым узким местом является мутность: увеличение стока и повторного суспензии осадков уменьшает проникновение света, ограничивая глубину, на которой может происходить фотосинтез симбиотических водорослей (зооксантелл). Следовательно, рифы могут стать «утопленными», поскольку глубина воды увеличивается за пределами точки компенсации для роста кораллов.

Более того, повышение уровня моря усугубляет волновую энергию на рифовых ровах, что приводит к усилению эрозии и фрагментации. Это дестабилизирует трехмерную структуру, которая обеспечивает среду обитания тысячам видов рыб и беспозвоночных. Потеря сложности рифов уменьшает биоразнообразие и снижает береговую защиту, которую предлагают эти экосистемы - двойной удар как для дикой природы, так и для человеческих сообществ.

Новые места обитания и изменения в сообществе

По мере утраты низменных прибрежных мест обитания для колонизации становятся доступными новые районы. Скалистые межприливные зоны, например, могут смещаться вверх по высоте, тогда как ранее наземные зоны могут становиться межприливными или субтидальными. Эти вновь затопленные районы изначально колонизируются оппортунистическими видами, такими как водоросли и ракушки, которые могут переносить переменные условия. Со временем последовательные процессы могут приводить к сообществам, заметно отличающимся от тех, которые существовали исторически. В некоторых регионах мангровые заросли расширяются в сторону полюса в солончаковую территорию, изменяя пищевые сети и биогеохимические циклы.

Такие преобразования могут иметь каскадные эффекты. Например, расширение мангровых лесов в высокоширотные соляные болота может уменьшить среду обитания для прибрежных птиц, которые полагаются на открытые грязевые полы для кормления. И наоборот, некоторые виды могут извлечь выгоду из новой структуры среды обитания. Чистое влияние на региональное биоразнообразие зависит от баланса между выгодами и потерями, но многие исследования указывают на тенденцию к гомогенизации, с генералистскими и инвазивными видами, заменяющими эндемичных специалистов.

Миграция и адаптация видов

Горизонтальные и вертикальные движения

В ответ на изменение условий окружающей среды многие морские виды перемещают свои распределения в сторону полюса или в более глубокие воды.Основное исследование 2013 года, опубликованное в Изменение климата в природе , показало, что центры распределения для морских рыб и беспозвоночных перемещаются со средней скоростью 72 км в десятилетие, причем некоторые группы движутся быстрее, чем наземные виды. Исследование подчеркнуло, что эти темпы варьируются в зависимости от таксономической группы: пелагические виды, как правило, перемещаются быстрее, чем бентические, в то время как коммерчески важные виды, такие как треска и док, изменяют свои исторические ареалы со значительными экономическими последствиями.

Повышение уровня моря усугубляет эти движения, изменяя вертикальный градиент местообитаний. Виды, населяющие континентальный шельф, могут быть вынуждены погружаться в более глубокую воду по мере увеличения глубины дна относительно высоты поверхности моря. Однако более глубокие воды часто более холодные и имеют более низкие уровни кислорода, представляя физиологические ограничения. Эффект «глубинного сжатия» особенно влияет на виды демерсаля, которые полагаются на конкретные типы субстратов - например, скалистые дно для группировочных или песчаные дна для плоских рыб. Если подходящая среда обитания не существует на больших глубинах, могут произойти локальные вымирания.

Потенциал и пределы адаптации

Некоторые виды демонстрируют замечательную адаптивную способность благодаря фенотипической пластичности или быстрой эволюции. Например, популяции атлантического серебристого берега (]Menidia menidia) продемонстрировали наследственные сдвиги в температурной толерантности всего за несколько поколений. Аналогичным образом, некоторые виды кораллов могут корректировать свои симбиотические водорослевые сообщества, чтобы лучше переносить более теплые воды. Однако темпы повышения уровня моря и связанные с ними изменения окружающей среды могут опережать адаптивную способность многих видов, особенно тех, у которых длительное время генерации или низкое генетическое разнообразие.

Критическим ограничивающим фактором является наличие климатической рефугии - районов, где местные условия остаются в пределах диапазона толерантности вида. Для морских видов эти рефугии часто существуют на глубинах с более прохладными температурами или в зонах подъема. Тем не менее повышение уровня моря может изменить модели океанографической циркуляции, потенциально ослабляя апвеллинг и снижая надежность таких убежищ.

Конкуренция и инвазивные виды

По мере того, как виды меняют свои ареалы, они сталкиваются с новыми конкурентами, хищниками и добычей. Это может привести к изменениям в составе сообщества и созданию инвазивных видов, которые конкурируют с местными. Например, расширение на север инвазивного зеленого краба (FLT:0) Carcinus maenas вдоль североамериканского атлантического побережья было связано с потеплением вод и уничтожило популяции моллюсков в Новой Англии. Повышение уровня моря также может создать коридоры для рассеивания, такие как недавно затопленные каналы или лагуны, облегчая распространение неместных видов.

В тропических регионах повышение уровня моря в сочетании с фрагментацией среды обитания может позволить расширить инвазивных львиных рыб (]Pterois volitans) в более глубокие рифовые зоны, где они охотятся на коралловые рифовые рыбные сборки, уже подчеркнутые другими факторами.Взаимодействие между повышением уровня моря и биологическими вторжениями является активной областью исследований, но ранние данные свидетельствуют о том, что повышенный уровень воды может снизить эффективность физических барьеров, таких как песчаные отмели или мелководные подоконники, которые ранее ограничивали вторжение.

Влияние на морские пищевые сети

Изменения в первичной производительности

Повышение уровня моря влияет на первичное производство по нескольким путям. Увеличение вертикального смешивания в мелководных прибрежных водах может вызвать рост питательных веществ, потенциально повышая цветение фитопланктона. И наоборот, усиление стратификации в более глубоких морских водах может снизить повышение питательных веществ, понижая производительность. Чистый эффект является регионально переменным. Например, некоторые эстуарии, испытывающие большую приливную призму из-за более высоких морей, могут видеть повышенную биомассу фитопланктона, в то время как другие, которые теряют приливную среду обитания, могут испытывать снижение отрицательного входа, который поддерживает бентические пищевые сети.

Изменения в первичной продуктивности пульсируют через пищевую сеть. Сообщества зоопланктона изменяются в составе и численности, влияя на успех кормления личиночной рыбы и, следовательно, на силу набора. В Северной Атлантике, например, северное отступление холодноводного копепода Calanus finmarchicus — критического источника пищи для трески — связано с сокращением запасов трески. Ожидается, что такие несоответствия между хищником и добычей будут становиться более частыми, поскольку связанные с уровнем моря изменения взаимодействуют с потеплением.

Динамика Хищника-Прей

По мере изменения мест обитания меняются и скорости столкновения хищников с добычей. Потеря сложных трехмерных мест обитания, таких как рифы морских трав и устричные рифы, уменьшает количество убежищ для мелких рыб и беспозвоночных, делая их более уязвимыми для хищников. Это может привести к локальным столкновениям популяций видов добычи и, в свою очередь, повлиять на хищников, которые на них полагаются.

И наоборот, расширение неместных видов может привести к появлению новых хищников, которых не приспособлены избегать местные жертвы. Например, движение на север хищного ктенофора Mnemiopsis leidyi изменило пищевые сети в европейских прибрежных водах, конкурируя с личинками рыб для зоопланктона. Повышение уровня моря может ускорить такие введения, изменив градиенты солености и температуры воды в устьях и прибрежных заливах.

Питательные циклы и биогеохимические обратные связи

Повышение уровня моря влияет на цикличность углерода, азота и фосфора в прибрежных системах. Водно-болотные угодья являются важными поглотителями углерода, секвестрируя органический углерод в осадочных породах со скоростью, намного превышающей скорость наземных лесов. Однако, поскольку эти водно-болотные угодья затоплены и потеряны, накопленный углерод может быть выпущен обратно в водную колонну, способствуя местному подкислению и потенциально изменяя доступность питательных веществ. Потеря денитрификационной способности в затопленных болотах также может привести к увеличению загрузки питательных веществ и эвтрофикации в смежных водах.

Эти биогеохимические изменения влияют на рост фитопланктона и макроводорослей, которые, в свою очередь, влияют на более высокие трофические уровни. Эвтрофические условия благоприятствуют цветению вредных водорослей, многие из которых производят токсины, представляющие опасность для рыбы, морских млекопитающих и человека. Повышение уровня моря за счет ускорения потери водно-болотных угодий и изменения времени пребывания в воде может усугубить такие цветения в эстуарных системах.

Каскадные эффекты на модели морского биоразнообразия

Местное вымирание и сокращение дальности

Виды с узкими требованиями к среде обитания или ограниченными возможностями рассеивания наиболее подвержены риску. Специалистские виды, которые зависят от конкретных приливных возвышений, таких как определенные приливные трубы или ракушки, могут быть заменены более толерантными генералистами, поскольку приливная зона сдвигается вертикально. В Средиземноморье, например, эндемическая морская трава Posidonia oceanica , которая образует обширные подводные луга, критически важные для хранения углерода и биоразнообразия, испытала отступление из-за береговой эрозии и увеличения глубины от повышения уровня моря. Учитывая ее медленный рост, восстановление маловероятно в текущих сценариях.

Сокращение ареала уже очевидно для нескольких видов морских птиц, которые гнездятся на низменных островах. Гавайский буревестник, например, сталкивается с потерей гнездовой среды, поскольку повышение уровня моря вызывает эрозию прибрежных шельфов скал. Аналогичным образом, морские черепахи, которые откладывают яйца на пляжах, могут найти подходящие места гнездования, уменьшенные до одной трети в некоторых тропических регионах при умеренных прогнозах повышения уровня моря.

Региональное биоразнообразие: выигрыши и потери

В то время как некоторые виды исчезают из определенных мест, другие могут расширяться в новые районы, потенциально увеличивая местное биоразнообразие. Например, миграция по полюсам тепловодных видов рыб обогатила рыбную фауну Северного моря в последние десятилетия. Однако этот чистый прирост богатства видов часто маскирует потерю адаптированных к холоду видов, которые отступают в более высокие широты или более глубокие воды. Полученные сообщества могут иметь более высокое общее разнообразие, но более низкое функциональное разнообразие - им не хватает специализированных ролей, которые когда-то играли холодноводные виды, такие как обработка конкретной добычи или содействие структурам рифов холодной воды.

Изменения в биоразнообразии также имеют обратную связь с устойчивостью экосистем. Сообщества, в которых преобладают универсальные виды, как правило, более устойчивы к инвазии, но менее устойчивы к нарушениям. По мере повышения уровня моря «победителями» в новой среде могут быть те виды, которые уже терпимы к широкому спектру условий, что потенциально приводит к упрощению морских биот в глобальном масштабе.

Последствия для экосистемных услуг

Сдвиги в биоразнообразии из-за повышения уровня моря имеют прямые экономические последствия. Рыболовство, которое зависит от конкретных целевых видов, которые могут смещаться или уменьшаться, сталкивается с неопределенностью. Защита побережья, обеспечиваемая рифами и водно-болотными угодьями, уменьшается по мере деградации этих экосистем. Туризм и рекреационный рыбный промысел также страдают, поскольку знаковые виды исчезают или изменяются в изобилии. По оценкам FLT:0.The Nature Conservancy, потеря прибрежных мест обитания может снизить ежегодную стоимость экосистемных услуг на десятки миллиардов долларов во всем мире к 2050 году.

Стратегии сохранения и управления

Защита и восстановление прибрежных мест обитания

Для смягчения последствий повышения уровня моря для морского биоразнообразия усилия по сохранению должны быть сосредоточены на поддержании устойчивости прибрежных экосистем. Это включает в себя снижение других факторов стресса, таких как загрязнение, чрезмерный вылов рыбы и развитие прибрежных районов. Восстановление мангровых зарослей и соляных болот может помочь этим системам идти в ногу с ростом морей через захват осадков и вертикальную аккрецию. Управляемое отступление - позволяя береговым линиям мигрировать внутри страны - является ключевой стратегией, но оно требует планирования землепользования и часто конфликтует с развитием человека.

Морские охраняемые районы (МОР) могут служить в качестве рефугии для видов, подвергающихся изменениям в ареале обитания, при условии, что они стратегически расположены для учета будущих изменений пригодности среды обитания. Сетевой дизайн, который включает градиенты глубины и коридоры связи, может повысить способность видов перемещаться по мере изменения условий.

Содействие миграции видов

В некоторых случаях активные вмешательства, такие как вспомогательная миграция или транслокация, могут быть необходимы для видов с очень ограниченным распространением. Однако этот подход несет экологические риски и этические соображения. Исследователи изучают возможность перемещения кораллов в более глубокие, более прохладные рифовые зоны в качестве формы вспомогательной адаптации, хотя показатели успеха остаются низкими. Для многих видов наиболее эффективным действием является устранение барьеров для естественной миграции - например, удаление плотин или водоворотов, которые препятствуют прохождению рыбы.

Сокращение выбросов парниковых газов

В конечном счете, наиболее эффективным способом ограничения долгосрочных последствий повышения уровня моря для морского биоразнообразия является сокращение глобальных выбросов парниковых газов. Каждая доля степени потепления, которой удалось избежать, снижает темпы и масштабы повышения уровня моря, давая экосистемам больше времени для адаптации. Международные соглашения, такие как Парижское соглашение, обеспечивают основу, но достижение необходимого сокращения выбросов требует скоординированных усилий во всех секторах общества.

В заключение, повышение уровня моря трансформирует морское биоразнообразие таким образом, что оно является глубоким и далеко идущим. Потеря среды обитания, миграция видов, нарушение продовольственной сети и изменение биогеохимических циклов уже происходят, и темпы изменений ускоряются. Хотя некоторые виды и экосистемы могут адаптироваться или даже приносить пользу, общая тенденция заключается в утрате и гомогенизации. Задача ученых, менеджеров и политиков состоит в том, чтобы предвидеть эти изменения и осуществлять стратегии, которые сохраняют устойчивость и функциональность морских экосистем для будущих поколений. Окно для действий сужается, но при постоянной приверженности все еще возможно смягчить худшие последствия этого глобального явления.