Количество лесного покрова может внезапно и неожиданно измениться
Как кока-кола против пепси, экосистемы тропических земель бывают двух видов: леса или пастбища. Новое исследование показывает, что эти два варианта могут резко меняться, и между ними редко бывает что-то среднее.
Если это так, то многие из этих экосистем особенно уязвимы к будущим изменениям, таким как повышение температуры, говорят ученые. При незначительных изменениях количества осадков или других факторов люди, живущие в нынешних тропических лесах, могут внезапно оказаться в зарослях кустарников, населенных другим набором растений и животных, где средства к существованию людей могут резко измениться.
«Этот переход не пройдет гладко, - говорит Милена Холмгрен, эколог из Вагенингенского университета в Нидерландах. «Доказательства показывают, что есть такие большие скачки».
Холмгрен и ее коллеги описывают открытие в журнале Science от 14 октября. Другая группа из Принстонского университета и Национального исследовательского совета Южной Африки делает аналогичные выводы во второй статье в том же журнале.
Теоретически связь между количеством осадков и древесным покровом должна быть простой: чем больше дождя в каком-то месте, тем больше деревьев там вырастет. Но небольшие исследования показали, что изменения могут происходить дискретными шагами. Добавьте больше дождя к травянистой саванне, и она останется саванной с тем же процентом древесного покрова в течение достаточно долгого времени. Затем, при критическом количестве дополнительных осадков, саванна внезапно превращается в полноценный лес.
Но никто не знал, происходили ли такие стремительные преобразования в глобальном масштабе. По отдельности обе исследовательские группы решили изучить данные, собранные приборами MODIS на борту спутников НАСА Terra и Aqua, которые определяют растительный покров и другие особенности поверхности земли. Эта информация включала, какая часть каждого квадратного километра земли была покрыта деревьями, травами или другой растительностью. Обе команды сосредоточились на тропиках и субтропиках Африки, Южной Америки и Австралии, потому что считается, что эти районы наименее затронуты деятельностью человека.
Глядя на цифры, группа Холмгрена определила три различных типа экосистем: лес, саванна и безлесное состояние. Леса обычно имели 80-процентный древесный покров, в то время как в саваннах было 20 процентов деревьев, а в «безлесных» - около 5 процентов или меньше. По словам Холмгрена, промежуточные состояния - скажем, с 60-процентным лесным покровом - крайне редки. К какой категории относится тот или иной ландшафт, во многом зависело от количества осадков.
Пожар может быть еще одним важным фактором в определении древесного покрова, как обнаружила вторая группа. Под руководством аспиранта-эколога из Принстона Карлы Ставер эта команда изучала, как огонь помогает различать лес и саванну. Огонь быстро распространяется в саваннах из-за всех трав и медленно в густых лесах. «Существует переломный момент между тем, где огонь распространяется легко, а где нет», - говорит Ставер.
Эта точка, как выяснили она и ее коллеги, соответствует древесному покрову примерно на 40-45 процентов. Ниже этого числа пожары легко распространяются и препятствуют приживанию новых деревьев. Выше этого числа деревья работают, чтобы поддерживать толстый навес, который действует как барьер, препятствующий распространению огня.
«Эти две статьи говорят нам, что эти обратные связи действительно работают на всех уровнях», - говорит Одри Майер, эколог из Мичиганского технологического университета в Хоутоне. «Они заставят нас пересмотреть некоторые из наших предположений о том, как все изменится в будущем».
Многие модели глобального климата, например, предполагают плавный переход между саванной и лесом при изменении температуры и количества осадков. Но новая работа предполагает, что леса могут появляться или исчезать быстро, говорит Майер, особенно если люди усложняют картину. «Нельзя просто посадить пару деревьев, они вырастут, и лес вернется», - говорит она. «Вы должны бороться с этой внутренней обратной связью».
Ставер и ее коллеги сейчас ищут переходы между саванной и лесом, которые происходят прямо сейчас. «Эти вещи определенно происходят, - говорит она, - и новая работа говорит нам, что они могут быть даже более распространенными, чем мы думали». Изучение того, где меняются ландшафты, может помочь ученым лучше понять, что заставляет экосистемы переходить из одной категории в другую.
Со своей стороны, голландские ученые разработали «карты устойчивости», которые показывают, какие места с наибольшей вероятностью перейдут из саванны в лес или наоборот. Фермеры, зарабатывающие на жизнь в Западной Африке, или владельцы ранчо, пасущие скот на окраинах Амазонки, могут использовать такие карты, чтобы узнать, насколько жизнеспособными будут их средства к существованию в ближайшие десятилетия.
Таким образом, местные жители могли бы тратить больше времени и энергии на сохранение экосистемы такой, какая она есть, возможно, путем создания дополнительных резервуаров для хранения воды или сокращения лесозаготовок. Или жители могли бы вырубить больше деревьев, чтобы превратить лес в пастбища для своих животных. «Эти карты могут быть отличным инструментом для всех видов организаций», - говорит Холмгрен.
Майер говорит, что хотела бы, чтобы анализ распространился на Северное полушарие, где, как она подозревает, результаты могут быть такими же. Через некоторые части Иллинойса и Индианы, например, тянется узкая полоса высокотравных прерий, окруженная лесами, получившая название «полуостров прерий». Полуостров, вероятно, оставался травянистым из-за вековых пожаров и выпаса скота, потому что иначе он тоже превратился бы в лес.
Предыстория - Глаза на высоте
НАСА Видимая Земля
Многое из того, что ученые знают об изменениях на поверхности Земли, получено благодаря двум приборам дистанционного зондирования под названием MODIS для спектрорадиометра с визуализацией среднего разрешения. Один MODIS был запущен в 1999 году на спутнике NASA Terra, а второй взлетел в космос три года спустя на борту родственного спутника Aqua. Регулярно измеряя широкий диапазон светового и другого излучения, отражающегося от поверхности Земли, MODIS может создать картину с высоким разрешением изменений планетарных явлений, таких как облачный покров, вырубка лесов и даже дым от лесных пожаров в Боливии, показанный слева. Терра проходит над экватором каждое утро, а Аква - каждый день. Вместе они видят всю поверхность Земли каждый день или два, что делает их всевидящим, никогда не спящим оком в небе для динамики окружающей среды.