Формирование и погружение островов в поднимающееся море

Формирование и погружение островов в поднимающееся море

Острова представляют собой одни из самых динамичных и геологически активных рельефов на Земле. Эти изолированные массивы суши, выступающие из обширных океанических просторов, формируются сложным взаимодействием геологических, климатических и биологических сил. Хотя их возникновение часто ощущается постоянным на человеческих временных масштабах, острова находятся в состоянии постоянного потока, подверженного процессам формирования, которые строят их вверх и разрушительным силам, которые тянут их обратно в море. Ускоряющиеся темпы глобального повышения уровня моря принесли новую актуальность для понимания того, как рождаются острова, как они сохраняются и почему некоторые из них теперь исчезают под волнами.

Геологические механизмы формирования островов

Рождение острова обычно начинается глубоко под поверхностью океана, где мощные геологические силы действуют в течение миллионов лет. Эти процессы формирования делятся на несколько основных категорий, каждая из которых производит отдельные типы островов с уникальными характеристиками и уязвимостями.

Формирование вулканического острова

Вулканическая активность является одним из самых драматических механизмов создания островов. Когда магма из мантии Земли проталкивается через океаническую кору, она извергается на морское дно. По мере последовательных извержений накапливаются охлажденная лава и вулканический мусор, строятся подводные горы, которые постепенно поднимаются к поверхности. Когда эти вулканические сваи наконец пробивают поверхность океана, рождается новый остров. Классическими примерами являются Гавайские острова, архипелаг Галапагос и Исландия, где над уровнем моря возникает Среднеатлантический хребет.

Вулканические острова часто образуются вдоль границ тектонических плит, особенно на расходящихся краях, где плиты раздвигаются, или в конвергентных зонах, где одна плита субдукция под другой. Вулканизм Hotspot, как видно из гавайско-императорской цепи подводных гор, происходит, когда тектоническая плита движется по неподвижному мантийному шлейфу, производя след вулканических островов и подводных гор. Эти острова могут быстро расти в геологическом плане, с некоторыми извержениями, добавляя значительную площадь земли в течение нескольких дней или недель.

Продолжительность жизни вулканических островов сильно зависит от их размера, состава и тектонической обстановки. Крупные щитовые вулканы, такие как Мауна-Лоа и Мауна-Кеа на Большом острове Гавайи, поднялись на тысячи метров над морским дном, но они также достаточно тяжелы, чтобы вызвать медленное оседание подстилающей литосферы. В течение миллионов лет эрозия и охлаждение заставляют эти острова сокращаться и опускаться, в конечном итоге становясь подводными горами или гайотами.

Острова Кораллового рифа и атоллы

Биологические процессы также создают острова, в первую очередь за счёт накопления карбонатных скелетов кальция, выделяемых коралловыми полипами и другими рифообразующими организмами.Коралловые острова образуются в теплых, неглубоких, залитых солнцем водах, где условия благоприятствуют быстрому росту кораллов.Береговые рифы развиваются вдоль береговых линий, барьерные рифы растут дальше от берега, а атоллы образуются, когда вулканические острова стихают, оставляя кольцо кораллового рифа, окружающего центральную лагуну.

Атоллы представляют собой замечательную последовательность эволюции островов. Чарльз Дарвин впервые предположил, что атоллы начинаются как окаймляющие рифы вокруг вулканического острова. По мере того, как вулканический остров медленно спадает, коралл продолжает расти вверх, сохраняя свое положение в фотической зоне. В конце концов, вулканический пик исчезает под поверхностью, оставляя только коралловое кольцо. Со временем волновое действие и штормы нагружают коралловые обломки на рифовую плоскость, образуя низменные моту — песчаные, растительностные островки, которые характеризуют современные атоллы. Мальдивы, Тувалу и Маршалловы острова — знаковые атоллы, сталкивающиеся с экзистенциальными угрозами со стороны поднимающихся морей.

Коралловые острова исключительно уязвимы для повышения уровня моря, поскольку они состоят из неконсолидированных карбонатных отложений, а не из твердых пород. Их максимальная высота редко превышает от двух до трех метров над средним уровнем моря, что делает даже незначительное повышение уровня моря катастрофическим.

Тектонические Подъёмные и Появляющиеся острова

Тектонические силы могут также поднимать над морем существующие земли, создавая возникающие острова или добавляя к существующим возвышенности.Когда сталкиваются две тектонические плиты, полученное сжатие может поднимать участки морского дна, образуя острова, состоящие из осадочных или метаморфических пород. Остров Тимор, часть Индонезийского архипелага, образовался в результате столкновения австралийской и евразийской плит. Аналогично, Барбадос в Карибском бассейне обязан своим существованием тектоническому подъему над зоной субдукции.

Поднятые известняковые острова, такие как острова на Багамах или остров Ниуэ в Тихом океане, представляют собой другую историю. Эти острова начинались как коралловые рифы или карбонатные платформы, которые впоследствии были подняты над уровнем моря тектоническими силами. Их относительно высокое возвышение — иногда превышающее 30 метров — обеспечивает некоторую защиту от повышения уровня моря, хотя они остаются уязвимыми для эрозии и засоления грунтовых вод.

Осадочные и дельтаические острова

Не все острова вулканические или коралловые. Многие острова образуются из накопления осадочных пород, переносимых реками и океанскими течениями. Дельтаические острова, такие как в дельте реки Миссисипи или в дельте Ганга-Брахмапутры, возникают там, где осаждение осадочных пород превышает эрозию и оседание. Эти острова обычно низменные, плодородные и густонаселенные, но они очень динамичны, меняют форму с сезонными наводнениями и штормовыми явлениями.

Барьерные острова, распространённые вдоль Атлантического и Мексиканского побережий США, образуются из песка, переносимого дальнемагистральными течениями и отложенного параллельно материку.Эти узкие, вытянутые острова защищают прибрежные лагуны и эстуарии от энергии открытого океана, но они по своей природе неустойчивы, мигрируют наземно в ответ на повышение уровня моря и штормовые нагоны.Внешние берега Северной Каролины являются примером этого островного типа, с их постоянным переформированием ураганами и ни'востоками.

Процессы, приводящие к погружению острова

Пока формация строит острова вверх, погружение тянет их вниз. Баланс между этими противоборствующими силами определяет, растет ли остров, сохраняется ли он или исчезает. Понимание погружения требует изучения как природных геологических процессов, так и ускоренных человеком изменений окружающей среды.

Повышение эвстатического уровня моря

Поднятие уровня моря в евстатическом состоянии относится к глобальным изменениям объема океана, обусловленным в первую очередь двумя факторами: тепловым расширением морской воды по мере ее нагревания и добавлением талой воды из ледников и ледяных щитов. Со времени промышленной революции средний уровень моря в мире вырос примерно на 21-24 сантиметра, причем скорость ускорялась с примерно 1,4 миллиметра в год в начале 20-го века до более 3,6 миллиметра в год в 2010-х годах. Межправительственная группа экспертов по изменению климата продолжает ускоряться, с потенциальным повышением на 0,6 до 1,1 метра к 2100 году при сценариях с высоким уровнем выбросов.

Для низменных островов даже умеренное повышение уровня моря имеет глубокие последствия. Более высокие уровни моря увеличивают частоту и интенсивность прибрежных наводнений во время приливов и штормов. Они ускоряют эрозию береговой линии, позволяя волнам достигать дальше вглубь страны с большей энергией. Они также поднимают уровень воды, вызывая вторжение соленой воды в пресноводные линзы, которые поддерживают островную растительность и население.

Ледниковая изостатическая коррекция и субсидирование

В дополнение к глобальным изменениям уровня моря, местные вертикальные движения суши значительно влияют на погружение острова. Ледниковая изостатическая корректировка (GIA) относится к продолжающейся реакции земной коры на таяние ледяных щитов плейстоцена. В регионах, которые были сильно оледеневшими, таких как Скандинавия и Канада, земля продолжает отскакивать, вызывая относительное падение уровня моря. И наоборот, регионы, периферийные ледяным щитам, включая большую часть Восточного побережья США и многие тропические острова, испытывают оседание, когда выпуклость рушится.

Тектоническое оседание, распространенное в вулканических горячих точках, заставляет острова постепенно опускаться в течение миллионов лет. Гавайские острова дают ясный пример: по мере того, как Тихоокеанская плита движется на северо-запад, она охлаждается и сжимается, заставляя острова спадать со скоростью до 2-4 миллиметров в год. В сочетании с эрозией это оседание превращает высокие вулканические острова в более низкие, меньшие формы суши в геологических временных масштабах.

Деятельность человека также способствует оседаниям. Добыча подземных вод, добыча нефти и газа и дренаж органических почв вызывают уплотнение и погружение во многих прибрежных и дельтаических районах. Джакарта на острове Ява испытывает темпы оседания до 25 сантиметров в год в некоторых районах, что значительно превышает темпы повышения уровня моря и создает серьезную опасность наводнений.

Эрозия и осадковое голодание

Волновая эрозия, особенно во время штормов и высокоэнергетических событий, постепенно удаляет материал с берегов острова.На вулканических островах прибрежные скалы отступают, поскольку волны их подрезают, в то время как на коралловых островах рифовая структура обеспечивает естественную защиту.Однако, когда коралловые рифы разрушаются из-за отбеливания, подкисления или загрязнения, они теряют способность рассеивать энергию волн, подвергая островные берега ускоренной эрозии.

Осадочный голод усугубляет эту проблему. Здоровые коралловые рифы производят карбонатный осадок, который пополняет пляжи и моту. Когда продуктивность рифов снижается, количество осадков уменьшается, а острова начинают терять объем. Плоды и отводы рек также захватывают осадок, который в противном случае достиг бы дельтаических островов, переворачивая баланс от аккреции к эрозии. Сочетание эффектов снижения входа осадков и увеличения эрозии приводит к сокращению или фрагментации многих островов.

Биологическая деградация рифовых экосистем

Экосистемы коралловых рифов являются основой, от которой зависят многие острова. Когда кораллы отбеливаются из-за повышенной температуры моря, или когда подкисление океана снижает скорость кальцификации, вся система рифов ослабевает. Выщелоченные и мертвые рифы более восприимчивы к биоэрозии такими организмами, как попугаи, ежики и скучные губки, которые физически разрушают структуру рифа. Со временем риф плоский опускается, уменьшая его способность ослаблять энергию волн и производить осадок.

Потеря рифовых рамок также снижает способность островов динамически адаптироваться к повышению уровня моря. Здоровые рифы могут расти вертикально со скоростью до 10 миллиметров в год в оптимальных условиях, потенциально не отставая от повышения уровня моря. Однако нынешние темпы снижения рифов предполагают, что многие рифы будут отставать, оставляя связанные с ними острова все более открытыми.

Экологические и человеческие последствия

Погружение островов вызывает каскадные экологические и гуманитарные кризисы. Эти последствия наиболее остры в низменных атоллах, но распространяются на прибрежные сообщества во всем мире.

Утрата среды обитания и сокращение биоразнообразия

На островах распространен непропорционально высокий уровень эндемизма — виды, которые больше нигде не встречаются на Земле. Когда островные среды обитания сокращаются или исчезают, эти уникальные виды сталкиваются с исчезновением. Морские черепахи теряют гнездовые пляжи; морские птицы теряют гнездовые колонии; а наземные растения и животные теряют свой единственный дом. Остров Науру, например, видел значительные потери местной растительности из-за добычи полезных ископаемых и повышения уровня моря, с каскадным воздействием на его эндемичную популяцию птиц и насекомых.

Особенно уязвимы мангровые леса, обеспечивающие критически важное место обитания рыб и защищающие береговые линии от эрозии. Мангровые леса требуют стабильного уровня моря для поддержания своего положения в приливной зоне. Когда уровень моря поднимается быстрее, чем мангровые леса могут накапливать осадочные породы или мигрировать на суше, они тонут. Потеря мангровых лесов еще больше ускоряет береговую эрозию и снижает способность к поглощению углерода.

Нехватка пресной воды и вторжение соленой воды

Многие острова полагаются на пресноводные линзы — линзы плавучей пресной воды, которые плавают на вершине более плотной морской воды в водоносном горизонте. Эти линзы заряжаются от осадков и очень чувствительны к изменениям уровня моря. По мере повышения уровня моря пресноводная линза истончается, сжимается и становится более восприимчивой к загрязнению соленой водой во время штормовых нагонов и приливов. На островах шириной менее нескольких сотен метров пресноводная линза может полностью исчезнуть, что делает остров непригодным для жизни.

Республика Кирибати, Мальдивы и Тувалу уже испытывают нехватку пресной воды, связанную с повышением уровня моря. Жители должны полагаться на сбор дождевой воды, опреснение или импортную воду, все из которых дороги и логистически сложны. Без адекватной пресной воды сельское хозяйство терпит неудачу, системы санитарии разрушаются, а общественное здравоохранение ухудшается.

Перемещение и климатическая миграция

Наиболее глубокая человеческая цена затопления острова — перемещение. Целое население сталкивается с перспективой отказа от своих родовых домов. Кирибати приобрела землю на Фиджи в качестве потенциального места переселения, а Мальдивы рассматривали возможность строительства искусственных островов на более высоких высотах. Перемещение целых общин ставит ошеломляющие проблемы, связанные с сохранением культуры, экономическими средствами к существованию и правовым статусом.

Климатическая миграция с островов — не будущий сценарий; это уже происходит.На Картеретских островах Папуа — Новой Гвинеи жители с 2000-х годов переселяются на остров Бугенвиль из-за нехватки продовольствия и вторжения соленой воды. Острова Торресова пролива испытывают аналогичное давление, жители стремятся переехать на материковую Австралию. Эти случаи дают ранние уроки о логистических, психологических и политических сложностях планируемого переселения.

В соответствии с Конвенцией Организации Объединенных Наций по морскому праву остров должен быть способен поддерживать человеческое жилье или экономическую жизнь для создания исключительной экономической зоны (ИЭЗ). Если остров становится непригодным для жизни или полностью погружается, окружающая ИЭЗ и связанные с ней права на рыболовство и полезные ископаемые могут быть утрачены, что имеет глубокие последствия для национального суверенитета и региональной геополитики.

Мониторинг, адаптация и смягчение

Решение проблем, связанных с затоплением островов, требует скоординированных усилий по мониторингу, адаптации и смягчению последствий. Хотя сокращение глобальных выбросов парниковых газов имеет важное значение для замедления повышения уровня моря, меры по адаптации крайне необходимы для островных общин, уже сталкивающихся с последствиями.

Продвинутый мониторинг и моделирование

Технологии дистанционного зондирования, включая спутниковую альтиметрию, GPS и LiDAR, предоставляют критически важные данные о тенденциях уровня моря, топографии островов и изменении береговой линии. Портал уровня моря NASA предлагает доступные данные и визуализации, отслеживающие глобальное и региональное повышение уровня моря. Цифровые модели рельефа с высоким разрешением позволяют ученым определять, какие острова сталкиваются с наибольшими рисками, и моделировать сценарии наводнений в рамках различных путей выбросов.

Сети мониторинга на местах, такие как датчики приливов и программы мониторинга коралловых рифов, дополняют спутниковые данные. Постоянная служба среднего уровня моря обеспечивает долгосрочные данные датчиков приливов, необходимые для калибровки спутниковых измерений и понимания изменчивости местного уровня моря. Усилия по мониторингу коралловых рифов, такие как координируемые Глобальная сеть мониторинга коралловых рифов , отслеживают здоровье рифов и его последствия для стабильности острова.

Экосистемная адаптация

Решения на основе природы предлагают многообещающие пути для оказания помощи островам в сохранении. Восстановление и защита мангровых лесов, лугов и коралловых рифов повышает естественную защиту от волн и штормов. Восстановление коралловых рифов, включая выращивание термических коралловых штаммов, направлено на поддержание темпов роста рифов, которые могут идти в ногу с повышением уровня моря. Управляемые бюджеты осадочных пород, включая питание пляжей и стратегические дноуглубительные работы, могут пополнять разрушающиеся береговые линии.

На некоторых островах сохранение растительности и лесовосстановление с местными видами помогает стабилизировать почвы и уменьшить эрозию. Создание морских охраняемых районов может защитить рифовые экосистемы и способствовать восстановлению после отбеливания. Эти подходы обеспечивают многочисленные сопутствующие выгоды, включая сохранение биоразнообразия, поглощение углерода и устойчивое рыболовство.

Инженерные решения и планирование переселения

Жесткие инженерные меры, такие как морские стены, огороженные участки и пах, обеспечивают краткосрочную защиту, но часто вызывают непреднамеренные последствия, такие как пляжная чища и эрозия нисходящего потока. Мальдивы построили искусственный остров Хулхумале, построенный на высоте 2 метра над уровнем моря для удовлетворения роста населения и миграции климата. Однако такие проекты дороги и могут быть нежизнеспособны для небольших, рассеянных островных общин.

Планируемое переселение или управляемый отступление все чаще признаются в качестве неизбежной стратегии для наиболее уязвимых островов. Всемирный банк и другие международные организации поддерживают программы по устойчивости к изменению климата, которые включают планирование переселения, вовлечение общин и диверсификацию средств к существованию. Успешное переселение требует свободного, предварительного и осознанного согласия затронутых общин, уважения культурного наследия и предоставления адекватного жилья, инфраструктуры и экономических возможностей в районах назначения.

Рамки международной политики

Глобальные меры реагирования на затопление островов включены в Рамочную конвенцию Организации Объединенных Наций об изменении климата (РКИКООН), Парижское соглашение и Сендайскую рамочную программу по снижению риска бедствий. Варшавский международный механизм по убыткам и ущербу рассматривает остаточные последствия изменения климата, к которым нельзя адаптироваться, включая потерю территории. Островные страны, организованные через Альянс малых островных государств (АОСИС), были активными сторонниками амбициозного сокращения выбросов и финансовой поддержки адаптации.

Несмотря на эти рамки, прогресс был медленным. Финансовые обязательства по адаптации в малых островных развивающихся государствах (МРЭС) остаются намного ниже предполагаемых потребностей. Продолжаются правовые дебаты о статусе государственности, когда территория исчезает, причем некоторые ученые утверждают, что государственность должна сохраняться до тех пор, пока население и правительство продолжают функционировать. Другие выступают за признание «детерриториализированных государств», которые могут существовать как правительства в изгнании или как субъекты с правами на исторические морские зоны.

Синтез и перспективы будущего

Формирование и погружение островов — естественные процессы, протекавшие на протяжении всей истории Земли.Вулканические извержения, рост кораллов и тектонический подъём продолжают строить новые острова, а эрозия, оседание и изменение уровня моря постепенно их восстанавливают.Однако нынешние темпы антропогенного повышения уровня моря беспрецедентны в истории человечества, и они подавляют естественную устойчивость многих островных систем.

Будущее островов в мире потепления зависит от выбора, сделанного сегодня. Глубокое и быстрое сокращение выбросов парниковых газов может замедлить повышение уровня моря до уровня, к которому некоторые острова потенциально могут адаптироваться, особенно те, у которых здоровые рифовые экосистемы и достаточное количество осадочных пород. В сценариях с высоким уровнем выбросов многие низменные атоллы могут стать непригодными для жизни в течение десятилетий, независимо от усилий по адаптации.

Острова являются не просто пассивными жертвами подъема морей. Это динамические системы, которые могут реагировать в определенных пределах на рост вертикальных рифов, накопление осадков и миграцию на суше. Поддержка этих естественных мер реагирования посредством защиты и восстановления экосистем представляет собой наиболее устойчивый путь вперед. В то же время мировое сообщество должно противостоять реальности исчезновения некоторых островов, требуя достойных и справедливых решений для перемещенных лиц.

История островов — это микрокосм более масштабной климатической проблемы: испытание способности человечества понимать сложные системы, действовать с предвидением и солидарностью и защищать наиболее уязвимых среди нас.По мере того, как моря поднимаются, наша коллективная решимость должна сохранять то, что можно сохранить, и ориентироваться в потерях, которых нельзя избежать.