Informace

5.2: Změna klimatu - biologie


Teplota Země je vyrovnávací zákon

Teplota Země závisí na rovnováze mezi energií vstupující a vystupující z planety. Když se sluneční energie odráží zpět do vesmíru, Země se vyhne oteplování. Když se energie uvolní ze Země do vesmíru, planeta se ochladí. Mnoho faktorů, přírodních i lidských, může způsobit změny v energetické bilanci Země, včetně:

  • Změny ve skleníkovém efektu, který ovlivňuje množství tepla zadržovaného zemskou atmosférou;
  • Variace sluneční energie dopadající na Zemi;
  • Změny v odrazivosti zemské atmosféry a povrchu.

Vědci sestavili obraz klimatu Země, který se datuje stovky tisíc let, analyzováním řady nepřímých měření klimatu, jako jsou ledová jádra, letokruhy, velikost ledovců, počet pylů a oceánské sedimenty. Vědci také studovali změny na oběžné dráze Země kolem Slunce a aktivitu samotného Slunce.

Historický záznam ukazuje, že klima se přirozeně mění v celé řadě časových období. Obecně lze klimatické změny před průmyslovou revolucí v 17. století vysvětlit přirozenými příčinami, jako jsou změny sluneční energie, sopečné erupce a přirozené změny koncentrací skleníkových plynů (GHG). Nedávné změny klimatu, nelze to však vysvětlit pouze přirozenými příčinami. Výzkum naznačuje, že je velmi nepravděpodobné, že by přirozené příčiny vysvětlovaly většinu pozorovaných oteplování, zejména oteplování od poloviny 20. století. Je spíše velmi pravděpodobné, že lidské aktivity, zejména naše spalování fosilních paliv, vysvětluje většinu tohoto oteplování. Vědecký konsensus je jasný: prostřednictvím změn uhlíkového cyklu mění lidé globální klima zvyšováním účinků něčeho známého jako skleníkový efekt.

Skleníkový efekt způsobí, že atmosféra udrží teplo

Zahradníci, kteří žijí v mírném nebo chladném prostředí, používají skleníky, protože zachycují teplo a vytvářejí prostředí, které je teplejší než venkovní teploty. To je skvělé pro rostliny, které mají rády teplo nebo jsou citlivé na chladné teploty, jako jsou rostliny rajčat a pepře. Skleníky obsahují sklo nebo plast, který propouští viditelné světlo ze slunce. Toto světlo, což je forma energie, je absorbováno rostlinami, půdou a povrchy a ohřívá je. Část této tepelné energie je pak vyzařována ven ve formě infračerveného záření, jiné formy energie. Sklo skleníku na rozdíl od viditelného světla blokuje infračervené záření, čímž zachycuje tepelnou energii, což způsobuje zvýšení teploty ve skleníku.

Ke stejnému jevu dochází za slunečného dne v automobilu. Všimli jste si někdy, jak moc se auto může ohřívat ve srovnání s venkovní teplotou? Světelná energie ze slunce prochází okny a je absorbována povrchy v autě, jako jsou sedadla a palubní deska. Tyto teplé povrchy pak vyzařují infračervené záření, které nemůže projít sklem. Tato zachycená infračervená energie způsobí zvýšení teploty vzduchu v autě. Tento proces je běžně známý jako skleníkový efekt.

Ke skleníkovému efektu dochází také na celé Zemi. Naše planeta samozřejmě není obklopena skleněnými okny. Místo toho je Země obalena atmosférou, která obsahuje skleníkové plyny (GHGs). Podobně jako sklo ve skleníku umožňují skleníkové plyny procházející energii viditelného světla ze slunce procházet, ale blokují infračervené záření vyzařované ze Země směrem do vesmíru (obrázek ( PageIndex {1} )). Tímto způsobem pomáhají zachytit tepelnou energii, která následně zvyšuje teplotu vzduchu. Být skleníkovým plynem je fyzickou vlastností určitých typů plynů; kvůli své molekulární struktuře absorbují vlnové délky infračerveného záření, ale jsou průhledné pro viditelné světlo. Některé pozoruhodné skleníkové plyny jsou vodní pára (H.2O), oxid uhličitý (CO2) a metan (CH4). GHG fungují jako přikrývka, díky čemuž je Země výrazně teplejší, než by jinak byla. Vědci odhadují, že průměrná teplota na Zemi by byla -18 ° C bez přirozeně se vyskytujících skleníkových plynů.

Co je globální oteplování?
Globální oteplování označuje nedávný a pokračující nárůst globální průměrné teploty poblíž zemského povrchu. Je to způsobeno většinou rostoucí koncentrací skleníkových plynů v atmosféře. Globální oteplování způsobuje změnu klimatických vzorců. Globální oteplování však představuje pouze jeden aspekt změny klimatu.
Co je změna klimatu?
Klimatická změna označuje jakoukoli významnou změnu klimatických opatření trvající delší dobu. Jinými slovy, změna klimatu zahrnuje kromě jiných účinků také velké změny teplot, srážek nebo větrných modelů, ke kterým dochází během několika desítek let nebo déle.

Hlavní skleníkové plyny

Mezi nejdůležitější skleníkové plyny přímo emitované lidmi patří CO2 a metan. Oxid uhličitý(CO2) je primární skleníkový plyn, který přispívá k nedávné globální změně klimatu. CO2 je přirozenou součástí uhlíkového cyklu, zapojeného do takových činností, jako je fotosyntéza, dýchání, sopečné erupce a výměna oceán-atmosféra. Lidské činnosti, především spalování fosilních paliv a změny ve využívání půdy, uvolňují velmi velké množství CO2 do atmosféry, což způsobí, že jeho koncentrace v atmosféře stoupne.

Atmosférický CO2 koncentrace se od předindustriální doby zvýšily o 45%, z přibližně 280 dílů na milion (ppm) v 18. století na 408 ppm v roce 2018. Současný CO2 úroveň je vyšší, než byla nejméně za 800 000 let, na základě důkazů z ledových jader, které uchovávají starodávné atmosférické plyny. Lidské aktivity v současné době uvolňují přes 30 miliard tun CO2 do atmosféry každý rok. Zatímco některé vulkanické erupce uvolnily velké množství CO2 v dávné minulosti uvádí americký geologický průzkum (USGS), že lidské aktivity nyní vypouštějí více než 135krát tolik CO2 jako sopky každý rok. Tento lidský způsobený nárůst CO2 v atmosféře je jako vana naplněná vodou, kde z faucetu vytéká více vody, než může odtok odvést.

Metan (CH4) se vyrábí jak přírodními, tak lidskými aktivitami. Například mokřady, zemědělské činnosti a těžba a doprava fosilních paliv - to vše produkuje CH4. Metan je v zemské atmosféře nyní hojnější než kdykoli za posledních 650 000 let. Kvůli lidským aktivitám CH4 koncentrace se po většinu 20. století prudce zvýšily a nyní jsou více než dvaapůlnásobkem předindustriální úrovně. V posledních desetiletích se tempo růstu značně zpomalilo.

Jiné skleníkové plyny

Vodní pára je nejhojnějším skleníkovým plynem a je také nejdůležitější z hlediska jejího příspěvku k přirozenému skleníkovému efektu, přestože má krátkou životnost v atmosféře. Některé lidské činnosti mohou ovlivnit místní hladinu vodní páry. V globálním měřítku je však koncentrace vodní páry řízena teplotou, která ovlivňuje celkovou rychlost odpařování a srážení. Globální koncentrace vodní páry proto není přímo ovlivněna přímými lidskými emisemi.

Přízemní ozón (O3), který má také krátkou životnost v atmosféře, je silným skleníkovým plynem. Chemické reakce vytvářejí ozón z emisí oxidů dusíku a těkavých organických sloučenin z automobilů, elektráren a dalších průmyslových a obchodních zdrojů za přítomnosti slunečního světla (jak je uvedeno v oddíle 10.1). Kromě zachycování tepla je ozón znečišťující látkou, která může způsobit zdravotní problémy s dýcháním a poškodit plodiny a ekosystémy.

Změny v energii Slunce ovlivňují, jak moc energie dosáhne Země

Klima může být ovlivněno přírodními změnami, které ovlivňují, kolik sluneční energie dopadá na Zemi. Tyto změny zahrnují změny ve slunci a změny na oběžné dráze Země. Změny, ke kterým dochází na samotném slunci, mohou ovlivnit intenzitu slunečního světla, které dopadá na zemský povrch. Intenzita slunečního světla může způsobit buď oteplení (v období silnější sluneční intenzity), nebo ochlazení (v obdobích slabší sluneční intenzity). Slunce sleduje intenzitu 11letého cyklu malých vzestupů a pádů, ale vliv na klima Země je malý. Změny tvaru oběžné dráhy Země, naklonění a polohy zemské osy mohou také ovlivnit množství slunečního světla dopadajícího na zemský povrch.

Změny v intenzitě slunce ovlivnily v minulosti klima Země. Například tzv.Malá doba ledová“Mezi 17. a 19. stoletím může být částečně způsobeno fází nízké sluneční aktivity od roku 1645 do 1715, která se shodovala s nižšími teplotami. Malá doba ledová označuje mírné ochlazení Severní Ameriky, Evropy a pravděpodobně dalších oblastí po celém světě. Změny na oběžné dráze Země mají velký vliv na klima po desítky tisíc let. Tyto změny se zdají být primární příčinou minulých cyklů dob ledových, ve kterých Země zažila dlouhá období nízkých teplot (doby ledové), jakož i kratší meziledová období (období mezi dobou ledovou) relativně teplejších teplot.

Změny sluneční energie nadále ovlivňují klima. Sluneční aktivita je však od poloviny 20. století kromě 11letého cyklu relativně konstantní, a proto nevysvětluje nedávné oteplování Země. Podobně změny tvaru oběžné dráhy Země, naklonění a poloha zemské osy ovlivňují teplotu v relativně dlouhých časových intervalech (desítky tisíc let), a proto nemohou vysvětlit nedávné oteplování.

Změny v odrazivosti ovlivňují, jak moc energie vstupuje do zemského systému

Když se sluneční energie dostane na Zemi, může se odrazit nebo absorbovat. Odražené nebo absorbované množství závisí na povrchu Země a atmosféře. Světlé předměty a povrchy, jako je sníh a mraky, mají tendenci odrážet většinu slunečního světla, zatímco tmavší předměty a povrchy, jako oceán a lesy, mají tendenci absorbovat více slunečního světla. Termín albedo označuje množství slunečního záření odraženého od předmětu nebo povrchu, často vyjádřené v procentech. Země jako celek má albedo asi 30%, což znamená, že 70% slunečního světla, které dopadá na planetu, je absorbováno. Absorbované sluneční světlo ohřívá Zemi, vodu a atmosféru.

Albedo je také ovlivněno aerosoly. Aerosoly jsou malé částice nebo kapičky kapaliny v atmosféře, které mohou absorbovat nebo odrážet sluneční světlo. Na rozdíl od skleníkových plynů (skleníkových plynů) se klimatické efekty aerosolů liší v závislosti na tom, z čeho jsou vyrobeny a odkud jsou emitovány. Ty aerosoly, které odrážejí sluneční světlo, například částice ze sopečných erupcí nebo emise síry ze spalování uhlí, mají chladicí účinek. Ty, které absorbují sluneční světlo, jako je černý uhlík (část sazí), mají oteplovací účinek.

Přírodní změny v albedo, jako tání mořského ledu nebo zvětšování oblačnosti, přispěly v minulosti ke změně klimatu, často působí jako zpětná vazba k dalším procesům. Sopky hrály v podnebí znatelnou roli. Sopečné částice, které se dostanou do horních vrstev atmosféry, mohou odrážet dostatek slunečního světla zpět do vesmíru, aby na několik let ochladily povrch planety o několik desetin stupně. Sopečné částice z jediné erupce nevytvářejí dlouhodobé změny, protože zůstávají v atmosféře mnohem kratší dobu než skleníkové plyny.

Lidské změny při využívání půdy a krajinném pokryvu změnily albedo Země. Procesy, jako je odlesňování, opětovné zalesňování, desertifikace a urbanizace, často přispívají ke změnám klimatu v místech, kde se vyskytují. Tyto efekty mohou být významné regionálně, ale jsou menší, pokud jsou zprůměrovány na celém světě.

Vědecký konsensus: Globální změna klimatu je skutečná

The Mezivládní panel pro změnu klimatu (IPCC) byl vytvořen v roce 1988 Programem OSN pro životní prostředí a Světovou meteorologickou organizací. Je pověřen úkolem vyhodnotit a syntetizovat vědecké důkazy o globální změně klimatu. IPCC používá tyto informace k vyhodnocení současných dopadů a budoucích rizik, kromě toho, že poskytuje tvůrcům politik hodnocení. Tato hodnocení se vydávají přibližně jednou za šest let. Nejnovější zpráva, 5. hodnocení, byla vydána v roce 2013. K napsání těchto zpráv jsou vybrány stovky předních vědců z celého světa. Během historie IPCC tito vědci zkontrolovali tisíce recenzovaných, veřejně dostupných studií. Vědecký konsensus je jasný: globální změna klimatu je skutečná a příčinou této změny jsou velmi pravděpodobně lidé.

Kromě toho se hlavní vědecké agentury Spojených států, včetně Národního úřadu pro letectví a vesmír (NASA) a Národní správy oceánů a atmosféry (NOAA), rovněž shodují, že ke změně klimatu dochází a že ji řídí lidé. V roce 2010 dospěla americká národní rada pro výzkum k závěru, že „ke změně klimatu dochází, je velmi pravděpodobně způsobena lidskou činností a představuje významná rizika pro širokou škálu lidských a přírodních systémů“. Mnoho nezávislých vědeckých organizací vydalo podobná prohlášení, a to jak ve Spojených státech, tak v zahraničí. To nemusí nutně znamenat, že každý vědec vidí z očí do očí každou složku problému změny klimatu, ale existuje široká shoda v tom, že ke změně klimatu dochází a je primárně způsobena nadbytkem skleníkových plynů z lidské činnosti. Kritici změny klimatu, poháněni ideologií místo důkazů, se snaží veřejnosti naznačit, že na globální změně klimatu neexistuje vědecký konsenzus. Takové tvrzení je zjevně nepravdivé.

Aktuální stav globální změny klimatu a budoucí změny

Koncentrace skleníkových plynů v atmosféře se budou nadále zvyšovat, pokud se miliardy tun antropogenních emisí každý rok podstatně nesníží. Očekává se, že zvýšené koncentrace:

  • Zvyšte průměrnou teplotu Země,
  • Ovlivněte vzorce a množství srážek,
  • Snížit led a sněhovou pokrývku, stejně jako permafrost,
  • Zvednout hladinu moře,
  • Zvyšte kyselost oceánů.

Tyto změny ovlivní naše dodávky potravin, vodní zdroje, infrastrukturu, ekosystémy a dokonce i naše vlastní zdraví. Rozsah a rychlost budoucích klimatických změn bude primárně záviset na následujících faktorech:

  • Rychlost, jakou se koncentrace skleníkových plynů v naší atmosféře stále zvyšuje,
  • Jak silně reagují klimatické vlastnosti (např. Teplota, srážky a hladina moře) na očekávané zvýšení koncentrací skleníkových plynů,
  • Přírodní vlivy na klima (například vulkanická aktivita a změny intenzity slunce) a přírodní procesy v klimatickém systému (např. Změny v cirkulaci oceánů).

Minulé a současné emise skleníkových plynů ovlivní klima daleko do budoucnosti

Mnoho skleníkových plynů zůstává v atmosféře po dlouhou dobu. Výsledkem je, že i kdyby se emise přestaly zvyšovat, koncentrace atmosférických skleníkových plynů by zůstaly po stovky let stále zvýšené. Pokud bychom navíc stabilizovali koncentrace a složení dnešní atmosféry by zůstalo stabilní (což by vyžadovalo dramatické snížení současných emisí skleníkových plynů), teploty povrchového vzduchu by se nadále oteplovaly. Důvodem je, že oceánům, které uchovávají teplo, trvá mnoho desítek let, než plně reagují na vyšší koncentrace skleníkových plynů. Reakce oceánu na vyšší koncentrace skleníkových plynů a vyšší teploty bude i nadále ovlivňovat klima v příštích několika desetiletích až stovkách let.

Budoucí teplotní změny

Klimatické modely projektují následující klíčové změny související s teplotou:

Klíčové globální projekce

  • Očekává se, že průměrné globální teploty se do roku 2100 zvýší o 2 ° F až 11,5 ° F v závislosti na úrovni budoucích emisí skleníkových plynů a výsledcích různých klimatických modelů.
  • Očekává se, že do roku 2100 se globální průměrná teplota zahřeje nejméně dvakrát tolik, než za posledních 100 let.
  • Očekává se, že teploty přízemního vzduchu se budou na pevnině nadále oteplovat rychleji než oceány.
  • V některých částech světa se předpokládá větší nárůst teploty, než je celosvětový průměr.

Budoucí srážky a bouřky

Vzory srážek a bouří, včetně deště a sněžení, se pravděpodobně změní. Některé z těchto změn jsou však méně jisté než změny související s teplotou. Projekce ukazují, že budoucí změny srážek a bouří se budou lišit podle sezóny a regionu. V některých oblastech může být méně srážek, v některých více srážek a v některých málo nebo vůbec nic. Množství srážek padajících při silných srážkových událostech se ve většině regionů pravděpodobně zvýší, zatímco se předpokládá, že se bouřkové stopy posunou směrem k pólům. Klimatické modely projektují následující změny srážek a bouří:

  • Očekává se, že globální průměrné roční srážky do konce století porostou, i když změny v množství a intenzitě srážek se budou lišit podle regionů.
  • Intenzita srážek se v průměru pravděpodobně zvýší. To bude zvláště výrazné v tropických oblastech a oblastech s vysokými zeměpisnými šířkami, u nichž se rovněž očekává celkový nárůst srážek.
  • Síla větrů spojených s tropickými bouřemi se pravděpodobně zvýší. Pravděpodobně se také zvýší množství srážek spadajících do tropických bouří.
  • V některých oblastech se předpokládá nárůst průměrných ročních srážek a v jiných pokles.

Budoucí led, sněhová pokrývka a permafrost

Arktický mořský led již drasticky klesá. Plocha sněhové pokrývky na severní polokouli se od roku 1970 zmenšila. Teplota permafrostu se v průběhu minulého století zvýšila, takže je náchylnější k tání. V průběhu příštího století se očekává, že mořský led bude nadále klesat, ledovce se budou stále zmenšovat, sněhová pokrývka se bude nadále zmenšovat a permafrost bude i nadále tát.

Na každé 2 ° F oteplování modely předpokládají přibližně 15% pokles rozsahu ročního průměru mořského ledu a 25% pokles v zářijovém arktickém mořském ledu. Očekává se, že pobřežní části grónského a antarktického ledového příkrovu se budou nadále tát nebo sklouzávat do oceánu. Pokud se rychlost tání ledu v 21. století zvýší, ledové příkrovy by mohly významně přispět ke globálnímu vzestupu hladiny moře. Očekává se, že velikost ledovců bude i nadále klesat. Očekává se, že rychlost tání se bude i nadále zvyšovat, což přispěje ke zvýšení hladiny moře.

Budoucí změna hladiny moře

Oteplování přispívá ke zvyšování hladiny moří rozšiřováním oceánské vody, táním horských ledovců a ledovců a způsobováním tání nebo proudění částí grónského a antarktického ledového příkrovu do oceánu. Od roku 1870 se globální hladina moře zvýšila asi o 8 palců.Odhady budoucího nárůstu hladiny moří se v různých regionech liší, ale očekává se, že celosvětová hladina moře pro příští století bude stoupat rychleji než za posledních 50 let. Příspěvek tepelné roztažnosti, ledovců a malých ledovců ke zvýšení hladiny moří je poměrně dobře studován, ale dopady změny klimatu na ledové příkrovy jsou méně chápány a představují aktivní oblast výzkumu. Je tedy obtížnější předpovědět, jak velké změny v ledových příkrovech přispějí ke zvýšení hladiny moře. Grónské a antarktické ledové příkrovy by mohly přispět k dalšímu zvýšení hladiny moře o 1 stopu, v závislosti na reakci ledových příkrovů.

Regionální a místní faktory ovlivní budoucí relativní vzestup mořské hladiny pro konkrétní pobřeží na celém světě. Relativní vzestup hladiny moře například závisí na změnách nadmořské výšky pevniny, ke kterým dochází v důsledku poklesu (potopení) nebo zvedání (stoupání), kromě věcí, jako jsou místní proudy, větry, slanost, teploty vody a blízkost řídnoucích ledových příkrovů . Za předpokladu, že tyto historické geologické síly budou pokračovat, vzestup globální hladiny moře o 2 stopy do roku 2100 by měl za následek následující relativní vzestup hladiny moře:

  • 2,3 stopy v New Yorku
  • 2,9 stopy na Hampton Roads, Virginie
  • 3,5 stopy v Galvestonu v Texasu
  • 1 stopa v Neah Bay ve státě Washington

Budoucí okyselení oceánu

Okyselení oceánů je proces poklesu pH oceánských vod. Oceány se stávají kyselejšími jako oxid uhličitý (CO2) emise v atmosféře se rozpouštějí v oceánu. Tato změna se měří na stupnici pH, přičemž nižší hodnoty jsou kyselejší. Úroveň pH oceánů se od předindustriální doby snížila přibližně o 0,1 jednotky pH, což odpovídá 25% zvýšení kyselosti. Předpokládá se, že hladina pH oceánů se do konce století ještě sníží jako CO2 Očekává se, že koncentrace v dohledné budoucnosti porostou. Okyselení oceánů nepříznivě ovlivňuje mnoho mořských druhů, včetně planktonu, měkkýšů, měkkýšů a korálů. Se zvyšováním acidifikace oceánů bude dostupnost uhličitanu vápenatého klesat. Uhličitan vápenatý je klíčovým stavebním kamenem pro skořápky a kostry mnoha mořských organismů. Pokud atmosférický CO2 Koncentrace se zdvojnásobí, rychlost kalcifikace korálů by měla klesnout o více než 30%. Pokud CO2 Koncentrace nadále rostou jejich současným tempem, korály by se na tropických a subtropických útesech mohly do roku 2050 stát vzácnými.

Šíření nemoci

Tento nárůst globálních teplot zvýší rozsah hmyzu přenášejícího choroby a virů a patogenních parazitů, které v sobě ukrývají. Nemoci se tak rozšíří do nových oblastí světa. Podle Světové zdravotnické organizace je toto šíření již zdokumentováno s horečkou dengue, nemocí, která postihuje stovky milionů ročně. Chladnější teploty typicky omezují distribuci určitých druhů, například komárů přenášejících malárii, protože mrazivé teploty ničí jejich vajíčka.

Nejenže se rozšíří řada hmyzu způsobujícího choroby, rostoucí teploty také zrychlí jejich životní cykly, což jim umožní rychleji se množit a množit a možná i rychleji vyvinout odolnost vůči pesticidům. Očekává se, že kromě horečky dengue se s oteplováním globálního klimatu rozšíří do nových částí světa i další nemoci. Patří sem malárie, žlutá zimnice, západonilský virus, zika virus a chikungunya.

Klimatické změny postihují každého

Naše životy jsou spojeny s klimatem. Lidské společnosti se přizpůsobily relativně stabilnímu klimatu, kterého jsme si užili od poslední doby ledové, která skončila před několika tisíci lety. Oteplování klimatu přinese změny, které mohou ovlivnit naše zásoby vody, zemědělství, energetické a dopravní systémy, přírodní prostředí a dokonce i naše zdraví a bezpečnost.

Oxid uhličitý může zůstat v atmosféře v průměru téměř století, takže Země se bude v příštích desetiletích nadále oteplovat. Čím je teplejší, tím větší je riziko závažnějších změn klimatu a zemského systému. Ačkoli je těžké předpovědět přesné dopady změny klimatu, je jasné, že klima, na které jsme zvyklí, již není spolehlivým vodítkem pro to, co očekávat v budoucnosti.

Můžeme snížit rizika, kterým budeme v důsledku změny klimatu čelit. Rozhodováním, která sníží znečištění skleníkovými plyny, a přípravou na změny, které již probíhají, můžeme snížit rizika vyplývající ze změny klimatu. Naše dnešní rozhodnutí budou formovat svět, ve kterém budou žít naše děti a vnoučata.

Můžeš jednat

Doma, na cestách a ve své kanceláři můžete podniknout kroky ke snížení emisí skleníkových plynů a rizik spojených se změnou klimatu. Mnoho z těchto kroků vám může ušetřit peníze. Některé, jako je chůze nebo jízda na kole do práce, mohou dokonce zlepšit vaše zdraví! Můžete se také zapojit na místní nebo státní úrovni za účelem podpory energetické účinnosti, programů čisté energie nebo jiných klimatických programů.


Citace: Nnadi NE, Carter DA (2021) Změna klimatu a vznik houbových patogenů. PLoS Pathog 17 (4): e1009503. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1009503

Editor: Mary Ann Jabra-Rizk, University of Maryland, Baltimore, SPOJENÉ STÁTY

Zveřejněno: 29. dubna 2021

Autorská práva: © 2021 Nnadi, Carter. Toto je článek s otevřeným přístupem distribuovaný za podmínek licence Creative Commons Attribution License, která umožňuje neomezené použití, distribuci a reprodukci v jakémkoli médiu za předpokladu, že je uveden původní autor a zdroj.

Financování: Autoři pro tuto práci nedostali žádné konkrétní finanční prostředky.

Konkurenční zájmy: Autoři prohlásili, že neexistují žádné protichůdné zájmy.

Role životního prostředí při vzniku a opětovném vzniku infekčních nemocí je stále více uznávána [1,2]. Změna klimatu, definovaná Rámcovou úmluvou OSN o změně klimatu, jako „změna klimatu, která je přímo či nepřímo přičítána lidské činnosti, která mění složení globální atmosféry a která je kromě přirozené variability klimatu pozorována ve srovnatelných časových obdobích ”[3] mohou vytvářet environmentální tlaky, které vedou k novým chorobám způsobeným houbami [4]. Zatímco virovým a bakteriálním chorobám se věnuje největší pozornost jako potenciální příčině morů a pandemií, houby mohou pravděpodobně představovat stejnou nebo dokonce větší hrozbu: Pro houbové patogeny zatím nejsou k dispozici žádné vakcíny, arzenál antimykotik je extrémně omezený a houby mohou žít saprotroficky, produkující velké množství infekčních spór a k navázání infekce nevyžadují kontakt hostitele s hostitelem [5]. Houby se skutečně zdají být jedinečně schopné způsobit úplné vyhynutí hostitele [6]. U drtivé většiny druhů hub schopnost růst při zvýšených teplotách omezuje jejich schopnost infikovat a etablovat se u savců. Houby je však možné vycvičit, aby vyvinuly termotoleranci, a postupné přizpůsobování se zvyšující se teplotě způsobené změnou klimatu by mohlo vést k nárůstu organismů, které mohou způsobit onemocnění [7,8]. Změna klimatu může navíc zvýšit geografický rozsah patogenních druhů nebo jejich vektorů, což vede ke vzniku chorob v oblastech, kde dosud nebyly hlášeny [7]. Narušení životního prostředí v důsledku změny klimatu, jako jsou záplavy, bouře a hurikány, může rozptýlit a aerosolizovat houby nebo je implantovat prostřednictvím traumatických ran, což má za následek infekce dříve velmi vzácnými nebo neznámými druhy hub. Obr. 1 shrnuje potenciální dopady změny klimatu, ukazuje příklady nově se objevujících hub a jejich důsledky spolu s potenciálem vzniku nových a v současnosti neznámých druhů.

Změna klimatu mění vlastnosti houby, životního prostředí a hostitele, což pak může vést ke vzniku nových, neobvyklých nebo přizpůsobených druhů hub s důsledky pro zdraví, biologickou rozmanitost a zabezpečení potravin. Na tomto obrázku plné čáry mezi atributy a houbovými druhy ukazují vazby podporované publikovanými důkazy přerušované čáry ukazují pravděpodobné, ale neprokázané vazby. "?" představuje vznik dosud neznámých druhů hub a neznámé důsledky.

Zde uvádíme současnou literaturu o úloze změny klimatu při vzniku houbových chorob. V kontextu tohoto přehledu považujeme za nově se objevující houbové patogeny ty, u nichž bylo hlášeno, že v posledních 30 letech způsobily onemocnění rostlin nebo živočichů, objevily se v nových zeměpisných oblastech nebo se staly podstatně problematičtějšími, s prokázanými důkazy že tento vznik je přičítán klimatickým změnám.


Předpokládá se, že se globální klima bude během tohoto století i po něm nadále měnit. Rozsah změny klimatu za několik příštích desetiletí závisí především na množství globálně vypouštěných plynů zachycujících teplo a na tom, jak citlivé je klima Země a rsquos na tyto emise.

Ukazatel aktuální globální hladiny moře měřený satelity aktualizovanými každý měsíc.

Vizualizace NASA budoucích scénářů srážek.

Vraťte se vpřed a zpět v čase s touto interaktivní vizualizací, která ukazuje, jak se klima Země změnilo v nedávné historii.


Rostoucí CO (2), změna klimatu a veřejné zdraví: zkoumání vazeb na biologii rostlin

Pozadí: Ačkoli je otázka antropogenních klimatických sil a veřejného zdraví široce uznávána, jeden základní aspekt zůstal nedoceněn: dopad klimatických změn na biologii rostlin a blahobyt lidských systémů.

Cíle: Naším cílem bylo kriticky vyhodnotit existující a pravděpodobné vazby mezi funkcí rostlin a lidským zdravím, a to na základě příslušné literatury.

Diskuse: Zde poskytujeme řadu kritických příkladů, které zasahují do různých zdravotních problémů souvisejících s biologií rostlin a změnou klimatu, včetně aerobiologie, kontaktní dermatitidy, farmakologie, toxikologie a používání pesticidů.

Závěry: Mezi změnami klimatu, biologií rostlin a veřejným zdravím existuje řada jasných vazeb, které jsou stále podceňovány jak vědci rostlin, tak poskytovateli zdravotní péče. Demonstrujeme důležitost těchto vazeb v našem chápání dopadů změny klimatu a poskytujeme seznam klíčových otázek, které pomohou integrovat biologii rostlin do současného paradigmatu týkajícího se změny klimatu a lidského zdraví.

Klíčová slova: aerobiologie kontaktní dermatitida bezpečnost potravin farmakologie toxikologie.


Obsah

Před 80. léty, kdy nebylo jasné, zda oteplování skleníkovými plyny ovládne chlazení vyvolané aerosolem, vědci často používali tento termín neúmyslné změny klimatu odkazovat na dopad lidstva na klima. V 80. letech 20. století pojmy globální oteplování a klimatická změna byly popularizovány, první odkazoval pouze na zvýšené oteplování povrchu, druhý popisoval plný účinek skleníkových plynů na klima. [21] Globální oteplování se stalo nejoblíbenějším termínem poté, co jej použil klimatolog NASA Hans Hansen ve svém svědectví z roku 1988 v Senátu USA. [22] V roce 2000, termín klimatická změna zvýšil popularitu. [23] Globální oteplování se obvykle týká oteplování zemského systému způsobeného člověkem, zatímco změna klimatu může znamenat přirozenou i antropogenní změnu. [24] Tyto dva termíny se často používají zaměnitelně. [25]

Různí vědci, politici a mediální osobnosti přijali podmínky klimatická krize nebo klimatická nouze mluvit o změně klimatu při používání globální vytápění místo globálního oteplování. [26] Šéfredaktor zásad Opatrovník vysvětlil, že tento jazyk zahrnuli do svých redakčních pokynů „aby zajistili, že budeme vědecky přesní a zároveň budeme jasně komunikovat se čtenáři o tomto velmi důležitém problému“. [27] Oxfordský slovník vybrán klimatická nouze jako jeho slovo roku v roce 2019 a definuje termín jako „situaci, ve které jsou nutná naléhavá opatření ke snížení nebo zastavení změny klimatu a zamezení potenciálně nevratným škodám na životním prostředí, které z ní vyplývají“. [28]

Několik nezávisle vytvořených instrumentálních datových souborů ukazuje, že se klimatický systém otepluje [31], přičemž dekáda 2009–2018 je o 0,93 ± 0,07 ° C (1,67 ± 0,13 ° F) teplejší než předindustriální základní linie (1850–1900). [32] V současné době povrchové teploty rostou přibližně o 0,2 ° C (0,36 ° F) za desetiletí, [33] s tím, že rok 2020 dosáhne teploty 1,2 ° C (2,2 ° F) nad předindustriální dobou. [13] Od roku 1950 se počet chladných dnů a nocí snížil a počet teplých dnů a nocí se zvýšil. [34]

Mezi 18. stoletím a polovinou 19. století došlo k malému oteplení sítě. Klimatické servery, zdroje informací o klimatu z přírodních archivů, jako jsou stromy a ledová jádra, ukazují, že přírodní variace kompenzují rané dopady průmyslové revoluce. [35] Záznamy teploměru začaly poskytovat globální pokrytí kolem roku 1850. [36] Historické vzorce oteplování a ochlazování, jako například středověká klimatická anomálie a malá doba ledová, se nevyskytovaly současně v různých regionech, ale teploty mohly dosáhnout stejně vysoké jako na konci 20. století v omezeném souboru regionů. [37] Došlo k prehistorickým epizodám globálního oteplování, jako je Paleocene – Eocene Thermal Maximum. [38] Moderní však pozoroval nárůst teploty a CO
2 koncentrace byly tak rychlé, že ani náhlé geofyzikální události, ke kterým došlo v historii Země, se nepřibližují současným hodnotám. [39]

Důkazy o oteplování z měření teploty vzduchu jsou posíleny řadou dalších pozorování. [40] Došlo ke zvýšení frekvence a intenzity silných srážek, tání sněhu a pevninského ledu a zvýšené atmosférické vlhkosti. [41] Flóra a fauna se také chovají způsobem, který je v souladu například s oteplováním, rostliny kvetou dříve na jaře. [42] Dalším klíčovým indikátorem je ochlazení horních vrstev atmosféry, které ukazuje, že skleníkové plyny zachycují teplo poblíž zemského povrchu a brání jeho vyzařování do vesmíru. [43]

I když se místa oteplování liší, vzory jsou nezávislé na tom, kde jsou emitovány skleníkové plyny, protože plyny přetrvávají dostatečně dlouho na to, aby mohly difundovat po celé planetě. Od předindustriálního období se globální průměrné teploty půdy zvýšily téměř dvakrát rychleji než globální průměrné povrchové teploty. [44] Důvodem je větší tepelná kapacita oceánů a protože oceány ztrácejí více tepla odpařováním. [45] Více než 90% dodatečné energie v klimatickém systému za posledních 50 let bylo uloženo v oceánu, přičemž zbytek ohřívá atmosféru, taje led a zahřívá kontinenty. [46] [47]

Severní polokoule a severní pól se oteplovaly mnohem rychleji než jižní pól a jižní polokoule. Severní polokoule má nejen mnohem více pevniny, ale také více sezónní sněhové pokrývky a mořského ledu, kvůli tomu, jak jsou masy pevniny uspořádány kolem Severního ledového oceánu. Když tyto povrchy po roztátí ledu překlopí z odrazu velkého množství světla do tmy, začnou absorbovat více tepla. [48] ​​K oteplování Arktidy přispívají také lokalizovaná ložiska černého uhlíku na sněhu a ledu. [49] Arktické teploty se zvýšily a předpokládá se, že se budou během tohoto století nadále zvyšovat více než dvakrát rychleji než ve zbytku světa. [50] Tání ledovců a ledových příkrovů v Arktidě narušuje cirkulaci oceánů, včetně oslabeného Golfského proudu, což dále mění klima. [51]

Klimatický systém sám zažívá různé cykly, které mohou trvat roky (například El Niño – jižní oscilace), desetiletí nebo dokonce staletí. [52] Další změny jsou způsobeny nerovnováhou energie, která je „vnější“ vůči klimatickému systému, ale ne vždy vůči Zemi. [53] Mezi příklady vnějšího působení patří změny ve složení atmosféry (např. Zvýšené koncentrace skleníkových plynů), sluneční svítivost, sopečné erupce a variace na oběžné dráze Země kolem Slunce. [54]

K určení lidského příspěvku ke změně klimatu je třeba vyloučit známou vnitřní proměnlivost klimatu a přirozené vnější síly. Klíčovým přístupem je určit jedinečné „otisky prstů“ pro všechny potenciální příčiny a poté tyto otisky prstů porovnat s pozorovanými vzory klimatických změn. [55] Například solární působení lze vyloučit jako hlavní příčinu, protože jeho otisk prstu se otepluje v celé atmosféře a otepluje se pouze spodní atmosféra, jak se očekávalo od skleníkových plynů (které zachycují tepelnou energii vyzařující z povrchu). [56] Přičtení nedávných klimatických změn ukazuje, že primárním faktorem jsou zvýšené skleníkové plyny, ale že aerosoly mají také silný účinek. [57]

Skleníkové plyny

Země absorbuje sluneční světlo a poté ho vyzařuje jako teplo. Skleníkové plyny v atmosféře absorbují a znovu zapalují infračervené záření, čímž zpomalují rychlost, kterou mohou procházet atmosférou a unikat do vesmíru. [58] Před průmyslovou revolucí způsobila přirozeně se vyskytující množství skleníkových plynů, že vzduch v blízkosti povrchu byl teplejší asi o 33 ° C (59 ° F), než by byl v jejich nepřítomnosti. [59] [60] Zatímco vodní pára (

25%) jsou největšími přispěvateli ke skleníkovému efektu, zvyšují se v závislosti na teplotě, a jsou proto považovány za zpětnou vazbu. Na druhé straně koncentrace plynů, jako je CO
2 (

20%), troposférický ozon, [61] freony a oxid dusný nejsou závislé na teplotě, a jsou proto považovány za vnější síly. [62]

Lidská činnost od průmyslové revoluce, zejména těžba a spalování fosilních paliv (uhlí, ropa a zemní plyn) [63], zvýšila množství skleníkových plynů v atmosféře, což mělo za následek radiační nerovnováhu. V roce 2018 koncentrace CO
2 a metan se od roku 1750 zvýšil asi o 45%, respektive o 160%. [64] Tyto CO
2 úrovně jsou mnohem vyšší, než tomu bylo kdykoli během posledních 800 000 let, což je období, za které byla sbírána spolehlivá data ze vzduchu zachyceného v ledových jádrech. [65] Méně přímých geologických důkazů naznačuje, že CO
2 hodnoty nebyly tak vysoké po miliony let. [66]

Celosvětové antropogenní emise skleníkových plynů v roce 2018, vyjma emisí způsobených změnami ve využívání půdy, odpovídaly 52 miliardám tun CO
2. Z těchto emisí bylo 72% skutečného CO
2, 19% byl metan, 6% byl oxid dusný a 3% byly fluorované plyny. [3] CO
2 Emise pocházejí především ze spalování fosilních paliv k zajištění energie pro dopravu, výrobu, vytápění a elektřinu. [67] Další CO
2 emise pocházejí z odlesňování a průmyslových procesů, mezi které patří CO
2 uvolněné chemickými reakcemi na výrobu cementu, oceli, hliníku a hnojiv. [68] Emise metanu pocházejí z chovu hospodářských zvířat, hnoje, pěstování rýže, skládek, odpadních vod, těžby uhlí a také těžby ropy a plynu. [69] Emise oxidu dusného pocházejí převážně z mikrobiálního rozkladu anorganických a organických hnojiv.[70] Z hlediska produkce se primární zdroje globálních emisí skleníkových plynů odhadují jako: elektřina a teplo (25%), zemědělství a lesnictví (24%), průmysl a výroba (21%), doprava (14%), a budovy (6%). [71]

Navzdory přispění odlesňování k emisím skleníkových plynů zůstává zemský povrch, zejména jeho lesy, významným pohlcovačem uhlíku pro CO
2. Přírodní procesy, jako je fixace uhlíku v půdě a fotosyntéza, více než kompenzovaly příspěvky skleníkových plynů odlesňováním. Odhaduje se, že jímka zemského povrchu odstraní přibližně 29% ročního globálního CO
2 emise. [72] Oceán také slouží jako významný záchyt uhlíku prostřednictvím dvoustupňového procesu. Za prvé, CO
2 se rozpouští v povrchové vodě. Poté ho převrácená cirkulace oceánu distribuuje hluboko do nitra oceánu, kde se časem hromadí jako součást uhlíkového cyklu. Za poslední dvě desetiletí světový oceán absorboval 20 až 30% emitovaného CO
2 . [73]

Aerosoly a mraky

Znečištění ovzduší ve formě aerosolů nejenže představuje velkou zátěž pro lidské zdraví, ale také ve velkém ovlivňuje klima. [74] Od roku 1961 do roku 1990 bylo pozorováno postupné snižování množství slunečního světla dopadajícího na zemský povrch, což je fenomén známý jako globální stmívání, [75] obvykle připisovány aerosolům ze spalování biopaliv a fosilních paliv. [76] Odstranění aerosolu srážením dává troposférickým aerosolům životnost atmosféry jen asi týden, zatímco stratosférické aerosoly mohou zůstat v atmosféře několik let. [77] Celosvětově aerosolů od roku 1990 ubývá, což znamená, že už tolik nemaskují oteplování skleníkových plynů. [78]

Kromě svých přímých účinků (rozptyl a pohlcování slunečního záření) mají aerosoly nepřímé účinky na rozpočet radiace Země. Sulfátové aerosoly působí jako kondenzační jádra mraků a vedou tak k oblakům, které mají více a menších kapiček mraků. Tyto mraky odrážejí sluneční záření efektivněji než mraky s menším počtem větších kapiček. [79] Tento efekt také způsobuje, že kapičky mají rovnoměrnější velikost, což snižuje růst dešťových kapek a činí mraky více odrazivými pro přicházející sluneční světlo. [80] Nepřímé účinky aerosolů jsou největší nejistotou v radiačním působení. [81]

Zatímco aerosoly obvykle omezují globální oteplování odrazem slunečního světla, černý uhlík v sazích, které dopadají na sníh nebo led, může přispět ke globálnímu oteplování. To nejen zvyšuje absorpci slunečního světla, ale také zvyšuje tání a stoupání hladiny moří. [82] Omezení nových ložisek černého uhlíku v Arktidě by mohlo do roku 2050 snížit globální oteplování o 0,2 ° C (0,36 ° F). [83]

Změny povrchu země

Lidé mění povrch Země hlavně proto, aby vytvořili více zemědělské půdy. Zemědělství dnes zabírá 34% rozlohy Země, zatímco 26% tvoří lesy a 30% je neobyvatelné (ledovce, pouště atd.). [85] Množství zalesněné půdy se stále zmenšuje, a to především v důsledku přeměny na ornou půdu v ​​tropech. [86] Toto odlesňování je nejvýznamnějším aspektem změny povrchu země ovlivňující globální oteplování. Hlavními příčinami odlesňování jsou: trvalá změna ve využívání půdy z lesů na zemědělskou půdu produkující produkty, jako je hovězí a palmový olej (27%), těžba dřeva k produkci lesního hospodářství/lesních produktů (26%), krátkodobé přesouvání pěstování (24%) a požáry (23%). [87]

Kromě ovlivnění koncentrací skleníkových plynů ovlivňují změny ve využívání půdy globální oteplování prostřednictvím řady dalších chemických a fyzikálních mechanismů. Změna typu vegetace v oblasti ovlivňuje místní teplotu změnou toho, kolik slunečního světla se odráží zpět do prostoru (albedo) a kolik tepla se ztrácí odpařováním. Například změna z tmavého lesa na pastvinu způsobí, že povrch bude světlejší, což způsobí, že bude odrážet více slunečního světla. Odlesňování může také přispět ke změnám teplot ovlivněním uvolňování aerosolů a dalších chemických sloučenin, které ovlivňují mraky, a změnou větrných schémat. [88] V tropických a mírných oblastech má čistý účinek za následek výrazné oteplení, zatímco v zeměpisných šířkách blíže k pólům vede zisk albeda (protože les je nahrazen sněhovou pokrývkou) k celkovému ochlazovacímu účinku. [88] Celkově se odhaduje, že tyto efekty vedly k mírnému ochlazení, kterému dominuje nárůst povrchového albeda. [89]

Sluneční a sopečná aktivita

Modely fyzického klimatu nejsou schopny reprodukovat rychlé oteplování pozorované v posledních desetiletích, když vezmou v úvahu pouze rozdíly ve sluneční produkci a sopečné aktivitě. [90] Jelikož je Slunce primárním zdrojem energie Země, změny v dopadajícím slunečním světle přímo ovlivňují klimatický systém. [91] Sluneční záření bylo měřeno přímo satelity, [92] a nepřímá měření jsou k dispozici od počátku 16. století. [91] Neexistuje žádný vzestupný trend v množství sluneční energie dopadající na Zemi. [93] Další důkazy o tom, že příčinou nedávných klimatických změn jsou skleníkové plyny, pocházejí z měření ukazujících oteplování spodní atmosféry (troposféry) spojené s ochlazováním horní atmosféry (stratosféry). [94] Pokud by za pozorované oteplování byly zodpovědné sluneční variace, očekávalo by se oteplování troposféry i stratosféry, ale nebylo tomu tak. [56]

Výbušné sopečné erupce představují největší přirozenou sílu v průmyslové éře. Když je erupce dostatečně silná (s oxidem siřičitým zasahujícím do stratosféry), sluneční světlo může být na několik let částečně blokováno, přičemž teplotní signál trvá asi dvakrát tak dlouho. V průmyslové éře měla sopečná činnost zanedbatelné dopady na globální teplotní trendy. [95] Současný sopečný CO2 emise jsou ekvivalentní méně než 1% současného antropogenního CO2 emise. [96]

Zpětná vazba na změnu klimatu

Reakce klimatického systému na počáteční vynucení je modifikována zpětnými vazbami: zvýšena samostužujícími zpětnými vazbami a snížena vyvažováním zpětných vazeb. [98] Hlavní zpevňující zpětnou vazbou je zpětná vazba vodní páry, zpětná vazba led – albedo a pravděpodobně čistý efekt mraků. [99] Primární vyvažující zpětnou vazbou ke globální změně teploty je radiační chlazení do prostoru jako infračervené záření v reakci na rostoucí povrchovou teplotu. [100] Kromě teplotních zpětných vazeb existují v uhlíkovém cyklu zpětné vazby, jako je například hnojivý účinek CO
2 o růstu rostlin. [101] Nejistota ohledně zpětné vazby je hlavním důvodem, proč různé klimatické modely projektují různé velikosti oteplování pro dané množství emisí. [102]

Jak se vzduch zahřívá, pojme více vlhkosti. Po počátečním oteplování v důsledku emisí skleníkových plynů pojme atmosféra více vody. Protože je vodní pára silným skleníkovým plynem, dochází k dalšímu ohřívání atmosféry. [99] Pokud se oblačnost zvětší, odrazí se více slunečního světla zpět do vesmíru a ochladí planetu. Pokud jsou mraky stále vyšší a tenčí, fungují jako izolátor, odrážející teplo zespodu dolů dolů a oteplování planety. [103] Celkově zpětná vazba na cloud v průběhu průmyslové éry pravděpodobně zhoršila nárůst teploty. [104] Snížení sněhové pokrývky a mořského ledu v Arktidě snižuje albedo zemského povrchu. [105] V těchto oblastech je nyní absorbováno více sluneční energie, což přispívá k zesílení změn teploty v Arktidě. [106] Arktická amplifikace také taje permafrost, který uvolňuje metan a CO
2 do atmosféry. [107]

Přibližně polovina CO způsobeného lidmi
2 emise byly absorbovány suchozemskými rostlinami a oceány. [108] Na souši zvýšené CO
2 a prodloužené vegetační období stimulovaly růst rostlin. Klimatické změny zvyšují sucho a vlny veder, které brání růstu rostlin, což činí nejistotu, zda bude tento uhlíkový jímač v budoucnosti nadále růst. [109] Půdy obsahují velké množství uhlíku a některé se mohou při zahřátí uvolňovat. [110] Jako další CO
2 a teplo je absorbováno oceánem, okyseluje se, mění se jeho cirkulace a fytoplankton odebírá méně uhlíku, což snižuje rychlost, jakou oceán absorbuje atmosférický uhlík. [111] Změna klimatu může zvýšit emise metanu z mokřadů, mořských a sladkovodních systémů a permafrostu. [112]

Budoucí oteplování závisí na silných stránkách zpětných vazeb na klima a na emisích skleníkových plynů. [113] Ty první jsou často odhadovány pomocí různých klimatických modelů, vyvinutých více vědeckými institucemi. [114] Klimatický model je reprezentací fyzikálních, chemických a biologických procesů, které ovlivňují klimatický systém. [115] Modely zahrnují změny na oběžné dráze Země, historické změny v aktivitě Slunce a sopečné působení. [116] Počítačové modely se pokoušejí reprodukovat a předpovídat cirkulaci oceánů, roční cyklus ročních období a toky uhlíku mezi zemským povrchem a atmosférou. [117] Modely projektují různá budoucí zvýšení teploty pro dané emise skleníkových plynů a také se plně neshodují na síle různých zpětných vazeb na citlivost klimatu a velikost setrvačnosti klimatického systému. [118]

Fyzický realismus modelů je testován zkoumáním jejich schopnosti simulovat současné nebo minulé podnebí. [119] Předchozí modely podcenily rychlost smrštění Arktidy [120] a podcenily rychlost nárůstu srážek. [121] Nárůst hladiny moře od roku 1990 byl u starších modelů podceněn, ale novější modely s pozorováním dobře souhlasí. [122] Národní klimatické hodnocení zveřejněné v USA v roce 2017 uvádí, že „klimatické modely mohou stále podceňovat nebo postrádat relevantní procesy zpětné vazby“. [123]

Jako vstup pro klimatické modely lze použít různé reprezentativní cesty koncentrace (RCP): „přísný scénář zmírňování (RCP2.6), dva přechodné scénáře (RCP4.5 a RCP6.0) a jeden scénář s velmi vysokými emisemi [skleníkových plynů] (RCP8.5) “. [124] RCP se zabývají pouze koncentracemi skleníkových plynů, a proto nezahrnují odezvu uhlíkového cyklu. [125] Projekce klimatických modelů shrnuté v Páté hodnotící zprávě IPCC naznačují, že v průběhu 21. století globální teplota povrchu pravděpodobně stoupne o 0,3 až 1,7 ° C (0,5 až 3,1 ° F) v mírném scénáři, nebo jako v extrémním scénáři až 2,6 až 4,8 ° C (4,7 až 8,6 ° F), v závislosti na rychlosti budoucích emisí skleníkových plynů a na zpětné vazbě na klima. [126]

Podskupina klimatických modelů přidává společenské faktory k jednoduchému fyzickému klimatickému modelu. Tyto modely simulují, jak populace, ekonomický růst a využívání energie ovlivňují - a interagují - s fyzickým klimatem. Díky těmto informacím mohou tyto modely vytvářet scénáře, jak se mohou emise skleníkových plynů v budoucnu lišit. Tento výstup je poté použit jako vstup pro modely fyzického klimatu ke generování projekcí změny klimatu. [127] V některých scénářích emise během století stále rostou, zatímco jiné emise snížily. [128] Zdroje fosilních paliv jsou příliš bohaté na to, aby bylo možné v 21. století omezit emise uhlíku na jejich nedostatek. [129] Emisní scénáře lze kombinovat s modelováním uhlíkového cyklu a předpovědět, jak se mohou atmosférické koncentrace skleníkových plynů v budoucnu změnit. [130] Podle těchto kombinovaných modelů do roku 2100 atmosférická koncentrace CO2 v závislosti na socioekonomickém scénáři a scénáři zmírňování může být až 380 nebo 1400 ppm. [131]

Rozpočet zbývajících emisí uhlíku je určen modelováním uhlíkového cyklu a citlivosti klimatu na skleníkové plyny. [132] Podle IPCC lze globální oteplování udržet pod 1,5 ° C (2,7 ° F) s dvoutřetinovou šancí, pokud emise po roce 2018 nepřesáhnou 420 nebo 570 gigatun CO
2, v závislosti na tom, jak je přesně definována globální teplota. Toto množství odpovídá 10 až 13 let současných emisí. Například ohledně rozpočtu existuje velká nejistota, může to být 100 gigatun CO
2 menší kvůli uvolňování metanu z permafrostu a mokřadů. [133]

Fyzické prostředí

Dopady změny klimatu na životní prostředí jsou široké a dalekosáhlé a postihují oceány, led a počasí. Změny mohou nastat postupně nebo rychle. Důkazy pro tyto efekty pocházejí ze studia změny klimatu v minulosti, z modelování a z moderních pozorování. [135] Od padesátých let se souběžně s rostoucí frekvencí objevují sucha a vlny veder. [136] Extrémně mokré nebo suché události během monzunového období se zvýšily v Indii a východní Asii. [137] Maximální srážky a rychlost větru hurikánů a tajfunů se pravděpodobně zvyšují. [8] Frekvence tropických cyklónů se v důsledku změny klimatu nezvýšila. [138] Přestože se četnost tornád a prudkých bouří v důsledku změny klimatu nezvyšuje, oblasti zasažené těmito jevy se mohou měnit. [139]

Globální hladina moře stoupá v důsledku tání ledovců, tání ledovců v Grónsku a Antarktidě a teplotní roztažnosti. V letech 1993 až 2017 se nárůst v průběhu času zvyšoval, v průměru 3,1 ± 0,3 mm za rok. [140] V průběhu 21. století IPCC předpokládá, že ve scénáři s velmi vysokými emisemi by hladina moře mohla stoupnout o 61–110 cm. [141] Zvýšené oteplování oceánu podkopává a hrozí odpojení antarktických ledovcových vývodů, hrozí velké tání ledové pokrývky [142] a možnost zvýšení hladiny moře o 2 metry do roku 2100 při vysokých emisích. [143]

Klimatické změny vedly k desetiletím zmenšování a ředění arktického mořského ledu, což způsobilo, že je náchylný k atmosférickým anomáliím. [144] Přestože se očekává, že léta bez ledu budou vzácná při 1,5 ° C (2,7 ° F) stupních oteplování, mají se vyskytovat jednou za tři až deset let při oteplení o 2,0 ° C (3,6 ° F) . [145] Vyšší atmosférický CO
2 koncentrace vedly ke změnám v oceánské chemii. Zvýšení rozpuštěného CO
2 způsobuje okyselení oceánů. [146] Hladiny kyslíku navíc klesají, protože kyslík je méně rozpustný v teplejší vodě, [147] přičemž se hypoxické mrtvé zóny rozšiřují v důsledku kvetení řas stimulovaného vyššími teplotami, vyšším CO
2 úrovně, deoxygenace oceánů a eutrofizace. [148]

Body zvratu a dlouhodobé dopady

Čím větší je množství globálního oteplování, tím větší je riziko průchodu „body zlomu“, prahů, za jejichž překročení již nelze určitým dopadům zabránit, i když jsou teploty sníženy. [149] Příkladem je kolaps ledových příkrovů Západní Antarktidy a Grónska, kde nárůst teploty o 1,5 až 2,0 ° C (2,7 až 3,6 ° F) může přimět ledové příklopy k tání, přestože časové měřítko tání je nejisté a závisí na budoucím oteplování. [150] [15] Během krátké doby by mohlo dojít k některým rozsáhlým změnám, jako je například kolaps oběžného kola Atlantického poledníku [151], což by vyvolalo zásadní změny klimatu v severním Atlantiku, Evropě a Severní Americe. [152]

Mezi dlouhodobé efekty změny klimatu patří další tání ledu, oteplování oceánů, stoupání hladiny moří a okyselování oceánů. V časovém měřítku staletí až tisíciletí bude velikost změny klimatu určována především antropogenním CO
2 emise. [153] Je to kvůli CO
2 je dlouhá atmosférická životnost. [153] Oceanic CO
2 Příjem je dostatečně pomalý, takže okyselování oceánů bude pokračovat stovky až tisíce let. [154] Odhaduje se, že tyto emise prodloužily současné meziledové období nejméně o 100 000 let. [155] Nárůst hladiny moře bude pokračovat po mnoho staletí, s odhadovaným vzestupem o 2,3 metru na stupeň Celsia (4,2 ft/° F) po 2000 letech. [156]

Příroda a divoká zvěř

Nedávné oteplování zahnalo mnoho suchozemských a sladkovodních druhů na pole a do vyšších nadmořských výšek. [157] Vyšší atmosférický CO
2 úrovně a prodloužené vegetační období vyústily v globální ekologizaci, zatímco vlny veder a sucha v některých regionech snížily produktivitu ekosystému. Budoucí rovnováha těchto protichůdných účinků je nejasná. [158] Změna klimatu přispěla k rozšíření sušších klimatických pásem, jako je například rozšíření pouští v subtropech. [159] Velikost a rychlost globálního oteplování zvyšuje pravděpodobnost náhlých změn v ekosystémech. [160] Celkově se očekává, že změna klimatu povede k vyhynutí mnoha druhů. [161]

Oceány se zahřívají pomaleji než pevnina, ale rostliny a zvířata v oceánu migrovaly k chladnějším pólům rychleji než druhy na souši. [162] Stejně jako na pevnině dochází v důsledku změny klimatu k vlnám veder v oceánu častěji, přičemž škodlivé účinky se vyskytují u celé řady organismů, jako jsou korály, řasy a mořští ptáci. [163] Okyselení oceánů má dopad na organismy, které produkují lastury a kostry, jako jsou mušle a barnacles, a korálové útesy korálové útesy zaznamenaly rozsáhlé bělení po vlnách veder. [164] Rozkvět škodlivých řas vylepšený změnou klimatu a eutrofizací způsobuje anoxii, narušení potravinových sítí a masivní rozsáhlou úmrtnost mořského života. [165] Pobřežní ekosystémy jsou vystaveny zvláštnímu stresu, přičemž téměř polovina mokřadů zmizela v důsledku změny klimatu a dalších dopadů na člověka. [166]

Ekologický kolaps. Bělení poškodilo Velký bariérový útes a ohrožuje útesy po celém světě. [167]

Ničení biotopů. Mnoho arktických zvířat se spoléhá na mořský led, který mizel v oteplovací Arktidě. [169]

Šíření škůdců. Mírné zimy umožňují přežití většího počtu borovic a zabíjení rozsáhlých lesních řádků. [170]

Lidé

Účinky změny klimatu na člověka, většinou kvůli oteplování a posunům srážek, byly zjištěny po celém světě. Regionální dopady změny klimatu jsou nyní pozorovatelné na všech kontinentech a napříč oceánskými regiony [171] s nízkými zeměpisnými šířkami a méně rozvinutými oblastmi, které čelí největšímu riziku. [172] Pokračující emise skleníkových plynů povedou k dalšímu oteplování a dlouhodobým změnám klimatického systému s potenciálně „závažnými, všudypřítomnými a nevratnými dopady“ na lidi i ekosystémy. [173] Rizika změny klimatu jsou rozložena nerovnoměrně, ale obecně jsou větší u znevýhodněných osob v rozvojových a rozvinutých zemích. [174]

Jídlo a zdraví

Dopady na zdraví zahrnují jak přímé účinky extrémního počasí, které vedou ke zranění a ztrátám na životech [175], tak nepřímé efekty, jako je podvýživa způsobená neúrodou. [176] V teplejším podnebí se snadněji přenášejí různé infekční choroby, jako je horečka dengue, která postihuje děti nejvážněji, a malárie. [177] Malé děti jsou nejvíce ohroženy nedostatkem potravin a společně se staršími lidmi extrémními vedry. [178] Světová zdravotnická organizace (WHO) odhaduje, že mezi lety 2030 a 2050 by změna klimatu měla způsobit přibližně 250 000 dalších úmrtí ročně v důsledku působení tepla u starších lidí, nárůstu průjmových onemocnění, malárie, dengue, pobřežních záplav a podvýživa v dětství.[179] Do roku 2050 se předpokládá více než 500 000 dalších úmrtí dospělých ročně kvůli snížení dostupnosti a kvality potravin. [180] Mezi další hlavní zdravotní rizika spojená se změnou klimatu patří kvalita ovzduší a vody. [181] WHO klasifikovala lidské dopady změny klimatu jako největší hrozbu pro globální zdraví v 21. století. [182]

Klimatické změny ovlivňují zabezpečení potravin a v letech 1981 až 2010 způsobily snížení průměrných globálních výnosů kukuřice, pšenice a sóji. [183] ​​Budoucí oteplování by mohlo dále snížit globální výnosy hlavních plodin. [184] Rostlinná produkce bude pravděpodobně negativně ovlivněna v zemích s nízkou šířkou, zatímco efekty v severních zeměpisných šířkách mohou být pozitivní nebo negativní. [185] Až dalších 183 milionů lidí na celém světě, zejména těch s nižšími příjmy, je v důsledku těchto dopadů ohroženo hladem. [186] Účinky oteplování na oceány ovlivňují populace ryb s globálním poklesem maximálního potenciálu odlovu. Pouze polární akcie vykazují zvýšený potenciál. [187] Regiony závislé na ledovcové vodě, regiony, které jsou již suché, a malé ostrovy jsou vystaveny zvýšenému riziku vodního stresu v důsledku změny klimatu. [188]

Živobytí

Ekonomické škody způsobené změnou klimatu byly podhodnoceny a mohou být závažné, přičemž pravděpodobnost katastrofálních událostí spojených s rizikem ohrožení je netriviální. [189] Změna klimatu již pravděpodobně zvýšila globální ekonomickou nerovnost a předpokládá se, že v tom bude pokračovat. [190] Většina závažných dopadů se očekává v subsaharské Africe a jihovýchodní Asii, kde se stávající chudoba již zhoršuje. [191] Světová banka odhaduje, že změna klimatu by mohla do roku 2030 přivést přes 120 milionů lidí k chudobě. [192] Bylo pozorováno, že se v důsledku klimatu zhoršuje současná nerovnost mezi muži a ženami, mezi bohatými a chudými a mezi různými etniky variabilita a změna klimatu. [193] Experimentální závěr dospěl k závěru, že role změny klimatu v ozbrojených konfliktech je ve srovnání s faktory, jako je socioekonomická nerovnost a státní kapacity, malá, ale že budoucí oteplování přinese rostoucí rizika. [194]

Nízko položené ostrovy a pobřežní komunity jsou ohroženy nebezpečím spojeným se stoupáním hladiny moře, jako jsou záplavy a trvalé ponoření. [195] To by mohlo vést k bezdomovectví pro populace v ostrovních zemích, jako jsou Maledivy a Tuvalu. [196] V některých oblastech může být vzestup teploty a vlhkosti příliš silný na to, aby se na to lidé dokázali přizpůsobit. [197] Při nejhorších klimatických změnách modely předpokládají, že téměř jedna třetina lidstva může žít v extrémně horkém a neobyvatelném podnebí, podobně jako v současném klimatu, které se vyskytuje hlavně na Sahaře. [198] Tyto faktory a extrémy počasí mohou řídit environmentální migraci, a to v rámci zemí i mezi nimi. [199] Očekává se, že přemístění lidí se zvýší v důsledku častějšího extrémního počasí, stoupání hladiny moří a konfliktů vyplývajících ze zvýšené konkurence ohledně přírodních zdrojů. Klimatické změny mohou také zvýšit zranitelnost, což v některých oblastech povede k „uvěznění obyvatel“, kteří se kvůli nedostatku zdrojů nemohou pohybovat. [200]

Environmentální migrace. Menší srážky vedou k dezertifikaci, která poškozuje zemědělství a může vytlačit obyvatelstvo. Zobrazeno: Telly, Mali. [201]

Zemědělské změny. Sucho, rostoucí teploty a extrémní počasí negativně ovlivňují zemědělství. Zobrazeno: Texas, USA. [202]

Přílivové záplavy. Nárůst hladiny moře zvyšuje záplavy v nízko položených pobřežních oblastech. Zobrazeno: Benátky, Itálie. [203]

Intenzifikace bouře. Bangladéš po cyklónu Sidr je příkladem katastrofických záplav způsobených zvýšenými srážkami. [204]

Intenzifikace tepelných vln. Události, jako je evropská vlna veder v červnu 2019, jsou stále běžnější. [205]

Zmírnění

Dopady změny klimatu lze zmírnit snížením emisí skleníkových plynů a zlepšením propadů, které absorbují skleníkové plyny z atmosféry. [206] Aby bylo možné omezit globální oteplování na méně než 1,5 ° C s vysokou pravděpodobností úspěchu, musí být globální emise skleníkových plynů do roku 2050 nulové nebo do roku 2070 s cílem 2 ° C. [207] To vyžaduje dalekosáhlé, systémové změny v nebývalém měřítku v oblasti energetiky, půdy, měst, dopravy, budov a průmyslu. [208] Scénáře, které omezují globální oteplování na 1,5 ° C, často popisují dosažení čistých negativních emisí v určitém okamžiku. [209] Aby bylo dosaženo pokroku směrem k dosažení cíle omezit oteplování na 2 ° C, odhaduje Program OSN pro životní prostředí, že v příštím desetiletí budou země muset ztrojnásobit množství snížení, ke kterým se ve svých současných Pařížských dohodách zavázaly ke splnění cíle 1,5 ° C je nutná úroveň redukce. [210]

Ačkoli neexistuje jediná cesta, jak omezit globální oteplování na 1,5 nebo 2,0 ° C (2,7 nebo 3,6 ° F), [211] většina scénářů a strategií vidí zásadní nárůst využívání obnovitelné energie v kombinaci se zvýšenými opatřeními energetické účinnosti pro generování potřebné snížení skleníkových plynů. [212] Ke snížení tlaků na ekosystémy a posílení jejich schopností sekvestrace uhlíku by byly nutné změny také v odvětvích, jako je lesnictví a zemědělství. [213]

Jiné přístupy ke zmírňování změny klimatu s sebou nesou vyšší míru rizika. Scénáře, které omezují globální oteplování na 1,5 ° C, obvykle předpokládají rozsáhlé využití metod odstraňování oxidu uhličitého v průběhu 21. století. [214] Existují však obavy z přílišného spoléhání na tyto technologie a také z možných dopadů na životní prostředí. [215] Metody řízení slunečního záření (SRM) byly také prozkoumány jako možný doplněk hlubokého snížení emisí. SRM by však nastolilo významné etické a právní problémy a rizika jsou špatně pochopena. [216]

Čistá energie

Scénáře dlouhodobé dekarbonizace ukazují na rychlé a významné investice do obnovitelné energie [218], která zahrnuje sluneční a větrnou energii, bioenergii, geotermální energii a vodní energii. [219] Fosilní paliva představovala v roce 2018 80% světové energie, zatímco zbývající podíl byl rozdělen mezi jadernou energii a obnovitelné zdroje [220], přičemž se předpokládá, že se tento mix v průběhu příštích 30 let výrazně změní. [212] Sluneční a větrná energie zaznamenala v posledních letech značný růst a pokrok. Fotovoltaická solární a pobřežní vítr jsou ve většině zemí nejlevnějšími formami přidávání nových kapacit pro výrobu energie. [221] Obnovitelné zdroje představovaly 75% veškeré nové výroby elektřiny instalované v roce 2019, přičemž téměř veškerá částka představovala sluneční a větrná energie. [222] Mezitím náklady na jadernou energii rostou uprostřed stagnujícího podílu energie, takže výroba jaderné energie je nyní několikanásobně dražší na megawatthodinu než větrná a sluneční energie. [223]

K dosažení uhlíkové neutrality do roku 2050 by se obnovitelná energie stala dominantní formou výroby elektřiny a v některých scénářích by do roku 2050 vzrostla na 85% nebo více. Využívání elektřiny pro jiné potřeby, jako je vytápění, by se dostalo do bodu, kdy se elektřina stane největší formou celkových dodávek energie. [224] Investice do uhlí by byly odstraněny a používání uhlí by do roku 2050 téměř skončilo. [225]

V dopravě scénáře předpokládají prudký nárůst podílu elektromobilů na trhu a nízkouhlíkovou náhradu paliva za jiné druhy dopravy, jako je lodní doprava. [226] Vytápění budov by bylo stále více dekarbonizováno s využitím technologií, jako jsou tepelná čerpadla. [227]

Dalšímu rychlému rozvoji obnovitelných zdrojů existují překážky. Pro sluneční a větrnou energii je klíčovou výzvou jejich přerušovanost a sezónní variabilita. Tradičně byly vodní přehrady s nádržemi a konvenčními elektrárnami používány, když je variabilní produkce energie nízká. Intermittenci lze dále čelit flexibilitou poptávky a rozšířením skladování baterií a dálkovým přenosem k plynulé variabilitě výroby obnovitelných zdrojů v širších geografických oblastech. [218] Některé obavy týkající se životního prostředí a využívání půdy jsou spojeny s velkými solárními a větrnými projekty [228], zatímco bioenergie často není uhlíkově neutrální a může mít negativní důsledky pro zabezpečení potravin. [229] Růst vodní energie zpomaluje a kvůli obavám ze sociálních a environmentálních dopadů se má dále snižovat. [230]

Energie s nízkými emisemi uhlíku zlepšuje lidské zdraví minimalizací změny klimatu a má v blízké budoucnosti prospěch ze snížení počtu úmrtí způsobených znečištěním ovzduší [231], které byly v roce 2016 odhadovány na 7 milionů ročně. [232] Splnění cílů Pařížské dohody, které omezují oteplování na Nárůst o 2 ° C by mohl do roku 2050 zachránit zhruba milion těchto životů ročně, zatímco omezení globálního oteplování na 1,5 ° C by mohlo ušetřit miliony a současně zvýšit energetickou bezpečnost a snížit chudobu. [233]

Energetická účinnost

Snižování poptávky po energii je dalším významným rysem scénářů a plánů dekarbonizace. [234] Kromě přímého snižování emisí poskytují opatření ke snížení poptávky po energii větší flexibilitu pro nízkouhlíkový energetický rozvoj, pomoc při správě elektrické sítě a minimalizaci rozvoje infrastruktury náročné na uhlík. [235] V průběhu několika příštích desetiletí bude k dosažení těchto snížení nutné velké zvýšení investic do energetické účinnosti, srovnatelné s očekávanou úrovní investic do obnovitelné energie. [236] Několik změn týkajících se vzorců využívání energie, investic do energetické účinnosti a financování souvisejících s COVID-19 však způsobilo, že předpovědi pro toto desetiletí jsou obtížnější a nejistější. [237]

Strategie účinnosti ke snížení poptávky po energii se liší podle odvětví. V dopravě lze dosáhnout zisku přechodem cestujících a nákladu na efektivnější způsoby cestování, jako jsou autobusy a vlaky, a zvýšeným využíváním elektrických vozidel. [238] Průmyslové strategie ke snížení poptávky po energii zahrnují zvýšení energetické účinnosti topných systémů a motorů, navrhování méně energeticky náročných produktů a prodloužení životnosti produktů. [239] Ve stavebním odvětví je kladen důraz na lepší návrh nových budov a začlenění vyšších úrovní energetické účinnosti do dovybavovacích technik pro stávající stavby. [240] Kromě dekarbonizace využívání energie může využití technologií, jako jsou tepelná čerpadla, také zvýšit energetickou účinnost budov. [241]

Zemědělství a průmysl

Zemědělství a lesnictví čelí trojí výzvě, a to omezení emisí skleníkových plynů, zabránění další přeměně lesů na zemědělskou půdu a uspokojení nárůstu světové poptávky po potravinách. [242] Soubor opatření by mohl snížit emise skleníkových plynů ze zemědělství/lesnictví o 66% oproti úrovním roku 2010 snížením růstu poptávky po potravinách a dalších zemědělských produktech, zvýšením produktivity půdy, ochranou a obnovou lesů a snížením emisí skleníkových plynů z zemědělská výroba. [243]

Kromě výše zmíněných opatření ke snížení průmyslové poptávky je výroba oceli a cementu, které dohromady odpovídají za zhruba 13% průmyslového CO
2 emise, představují konkrétní výzvy. V těchto průmyslových odvětvích hrají materiály náročné na uhlík, jako je koks a vápno, ve výrobním procesu nedílnou roli. Snížení CO
2 Emise zde vyžadují úsilí zaměřené na výzkum zaměřené na dekarbonizaci chemie těchto procesů. [244]

Sekvestrace uhlíku

Propady přírodního uhlíku lze vylepšit tak, aby zachytávaly podstatně větší množství CO
2 za přirozeně se vyskytujícími úrovněmi. [245] Zalesňování a výsadba stromů na nelesních pozemcích patří k nejzralejším technikám sekvestrace, přestože vyvolávají obavy o zabezpečení potravin. Sekvestrace uhlíku v půdě a sekvestrace pobřežního uhlíku jsou méně chápané možnosti. [246] Proveditelnost pozemních metod negativních emisí ke zmírnění je u modelů nejistá, IPCC popsal strategie zmírňování založené na nich jako rizikové. [247]

Kde výroba energie nebo CO
2 -intenzivní těžký průmysl nadále produkuje odpadní CO
2, plyn lze zachytit a uložit místo toho, aby byl vypuštěn do atmosféry. Ačkoli je jeho současné využití omezené a nákladné, [248] zachycování a ukládání uhlíku (CCS) může hrát významnou roli při omezování CO
2 emise do poloviny století. [249] Tato technika v kombinaci s produkcí bioenergie (BECCS) může vést k čistým negativním emisím, kde je množství skleníkových plynů, které se uvolňují do atmosféry, menší než sekvestrované nebo uložené množství v biologickém energetické palivo se pěstuje. [250] Zůstává velmi nejisté, zda techniky odstraňování oxidu uhličitého, jako jsou BECCS, budou moci hrát velkou roli při omezování oteplování na 1,5 ° C a politická rozhodnutí založená na spoléhání se na odstraňování oxidu uhličitého zvyšují riziko zvyšování globálního oteplování nad rámec mezinárodních cílů. [251]

Přizpůsobování

Adaptace je „proces přizpůsobení se aktuálním nebo očekávaným změnám klimatu a jeho účinkům“. [252] Bez dalšího zmírnění nemůže adaptace odvrátit riziko „závažných, rozšířených a nevratných“ dopadů. [253] Vážnější změna klimatu vyžaduje větší transformační adaptaci, která může být neúměrně drahá. [252] Schopnost a potenciál lidí přizpůsobit se, tzv adaptivní kapacita, je nerovnoměrně rozdělena mezi různé regiony a populace a rozvojové země mají obecně méně. [254] V prvních dvou desetiletích 21. století došlo ve většině zemí s nízkými a středními příjmy ke zlepšení adaptační kapacity se zlepšeným přístupem k základní hygieně a elektřině, ale pokrok je pomalý. Mnoho zemí zavedlo adaptační politiky. Mezi nezbytnými a dostupnými financemi je však značný rozdíl. [255]

Adaptace na vzestup hladiny moře spočívá v vyhýbání se rizikovým oblastem, v učení se žít se zvýšenými záplavami, ochranou a v případě potřeby v transformativnější variantě řízeného ústupu. [256] Pro zmírnění vlivu nebezpečného tepla existují ekonomické překážky: vyhýbat se namáhavé práci nebo používat soukromou klimatizaci není pro každého možné. [257] V zemědělství zahrnují možnosti adaptace přechod na udržitelnější stravu, diverzifikaci, kontrolu eroze a genetická vylepšení pro zvýšení tolerance vůči měnícímu se klimatu. [258] Pojištění umožňuje sdílení rizika, ale často je obtížné ho získat pro osoby s nižšími příjmy. [259] Vzdělávání, migrace a systémy včasného varování mohou snížit zranitelnost klimatu. [260]

Ekosystémy se přizpůsobují změně klimatu, což je proces, který lze podpořit lidskou intervencí. Možné reakce zahrnují zvýšení konektivity mezi ekosystémy, což umožňuje druhům migrovat do příznivějších klimatických podmínek a přemisťování druhů. Ochrana a obnova přírodních a polopřírodních oblastí pomáhá budovat odolnost a usnadňuje přizpůsobení ekosystémů. Mnoho akcí, které podporují adaptaci v ekosystémech, také pomáhá lidem přizpůsobit se prostřednictvím adaptace založené na ekosystémech. Například obnovení přirozených požárních režimů snižuje pravděpodobnost vzniku katastrofických požárů a snižuje expozici člověka. Poskytnutí více prostoru řekám umožní větší akumulaci vody v přirozeném systému a snížení rizika povodní. Obnovený les funguje jako záchyt uhlíku, ale výsadba stromů v nevhodných oblastech může zhoršit klimatické dopady. [261]

Mezi adaptací a zmírňováním existují určité synergie a kompromisy. Adaptační opatření často nabízejí krátkodobé výhody, zatímco zmírňování má dlouhodobější výhody. [262] Zvýšené používání klimatizace umožňuje lidem lépe se vyrovnat s teplem, ale zvyšuje poptávku po energii. Kompaktní městský rozvoj může vést ke snížení emisí z dopravy a stavebnictví. Současně může zvýšit efekt městského tepelného ostrova, což vede k vyšším teplotám a zvýšené expozici. [263] Zvýšená produktivita potravin má velké výhody jak pro přizpůsobení, tak pro zmírnění. [264]

Země, které jsou nejzranitelnější vůči změně klimatu, jsou obvykle zodpovědné za malý podíl globálních emisí, což vyvolává otázky ohledně spravedlnosti a spravedlnosti. [265] Změna klimatu je silně spojena s udržitelným rozvojem. Omezení globálního oteplování usnadňuje dosažení cílů udržitelného rozvoje, jako je vymýcení chudoby a snížení nerovností. Spojení mezi nimi je uznáno v cíli 13 udržitelného rozvoje, který má „podniknout naléhavá opatření v boji proti změně klimatu a jejím dopadům“. [266] Cíle v oblasti ochrany potravin, čisté vody a ekosystémů mají synergii se zmírňováním klimatu. [267]

Geopolitika změny klimatu je složitá a často byla koncipována jako problém svobodných jezdců, v němž všechny země těží ze zmírňování, kterého se dopouštějí jiné země, ale jednotlivé země by samy ztratily investice do přechodu na nízkouhlíkové hospodářství. Toto rámování bylo zpochybněno. Například přínosy postupného vyřazování uhlí z hlediska veřejného zdraví a místního životního prostředí převyšují náklady téměř ve všech regionech. [268] Dalším argumentem proti tomuto rámcování je, že čistí dovozci fosilních paliv z přechodu ekonomicky vyhrávají, což způsobuje, že se čistí exportéři potýkají s uvíznutými aktivy: fosilními palivy, která nemohou prodávat. [269]

Možnosti zásad

Ke snižování emisí skleníkových plynů se používá celá řada politik, nařízení a zákonů. Mechanismy oceňování uhlíku zahrnují uhlíkové daně a systémy obchodování s emisemi. [270] Od roku 2019 pokrývá stanovení cen uhlíku přibližně 20% globálních emisí skleníkových plynů. [271] Přímé globální subvence na fosilní paliva dosáhly v roce 2017 319 miliard USD a 5,2 bilionu USD, když jsou uvedeny ceny nepřímých nákladů, jako je znečištění ovzduší. [272] Jejich ukončení může způsobit 28% snížení globálních emisí uhlíku a 46% snížení ovzduší úmrtí na znečištění. [273] Dotace by také mohly být přesměrovány na podporu přechodu na čistou energii. [274] Mezi normativnější metody, které mohou snížit skleníkové plyny, patří normy účinnosti vozidel, normy pro obnovitelná paliva a předpisy o znečištění ovzduší v těžkém průmyslu. [275] V několika zemích byly přijaty standardy obnovitelného portfolia, které vyžadují, aby energetické společnosti zvýšily procento elektřiny, kterou vyrábějí z obnovitelných zdrojů. [276]

Jelikož je používání fosilních paliv omezeno, existují úvahy Just Transition zahrnující sociální a ekonomické výzvy, které vyvstávají. Příkladem je zaměstnávání pracovníků v dotčených průmyslových odvětvích spolu s blahobytem zapojených širších komunit. [277] Úvahy o klimatické spravedlnosti, jako jsou ty, kterým čelí domorodé obyvatelstvo v Arktidě, [278] jsou dalším důležitým aspektem politik zmírňování. [279]

Mezinárodní dohody o klimatu

Téměř všechny země na světě jsou stranami Rámcové úmluvy OSN o změně klimatu z roku 1994 (UNFCCC). [281] Cílem UNFCCC je zabránit nebezpečnému zásahu člověka do klimatického systému. [282] Jak je uvedeno v úmluvě, toto vyžaduje, aby byly koncentrace skleníkových plynů stabilizovány v atmosféře na úrovni, kde se ekosystémy mohou přirozeně přizpůsobit změně klimatu, není ohrožena produkce potravin a může být udržen hospodářský rozvoj. [283] Globální emise od podpisu UNFCCC vzrostly, což ve skutečnosti neomezuje emise, ale spíše poskytuje rámec pro protokoly, které to dělají.[71] Jeho každoroční konference jsou fází globálních jednání. [284]

Kjótský protokol z roku 1997 rozšířil UNFCCC a zahrnoval právně závazné závazky většiny vyspělých zemí omezit jejich emise [285] Během jednání o Kjótském protokolu tlačila G77 (zastupující rozvojové země) na mandát, který vyžaduje, aby rozvinuté země „převzaly vedení“ „při snižování jejich emisí [286], protože rozvinuté země nejvíce přispěly k akumulaci skleníkových plynů v atmosféře, a protože emise na obyvatele byly v rozvojových zemích stále relativně nízké a emise rozvojových zemí by rostly, aby vyhovovaly jejich rozvojovým potřebám. [287]

Kodaňská dohoda z roku 2009 byla široce zobrazována jako zklamání kvůli nízkým cílům a byla odmítnuta chudšími zeměmi, včetně G77. [288] Přidružené strany se snažily omezit nárůst průměrné globální teploty pod 2,0 ° C (3,6 ° F). [289] Dohoda stanovila cíl zaslat rozvojovým zemím 100 miliard dolarů ročně na pomoc při zmírňování a přizpůsobení se do roku 2020 a navrhla založení Zeleného klimatického fondu. [290] Od roku 2020 [aktualizace] fond nedosáhl svého očekávaného cíle a hrozí mu omezení financování. [291]

V roce 2015 všechny země OSN vyjednaly Pařížskou dohodu, jejímž cílem je udržet globální oteplování hluboko pod 1,5 ° C (2,7 ° F) a obsahuje aspirační cíl udržet oteplování pod 1,5 ° C. [292] Dohoda nahradila Kjótský protokol. Na rozdíl od Kjóta nebyly v Pařížské dohodě stanoveny žádné závazné emisní cíle. Místo toho byl postup pravidelného stanovování stále ambicióznějších cílů a přehodnocování těchto cílů každých pět let závazný. [293] Pařížská dohoda zopakovala, že rozvojové země musí být finančně podporovány. [294] V únoru 2021 [aktualizace] smlouvu podepsalo 194 států a Evropská unie a dohodu ratifikovalo nebo k ní přistoupilo 188 států a EU. [295]

Montrealský protokol z roku 1987, mezinárodní dohoda o zastavení uvolňování plynů poškozujících ozonovou vrstvu, mohla být při omezování emisí skleníkových plynů účinnější než Kjótský protokol, který byl k tomu konkrétně navržen. [296] Cílem změny Montrealského protokolu z roku 2016 v Kigali je snížit emise fluorovaných uhlovodíků, skupiny silných skleníkových plynů, které sloužily jako náhrada za zakázané plyny poškozující ozonovou vrstvu. Díky tomu se Montrealský protokol stává silnější dohodou proti změně klimatu. [297]

Národní reakce

V roce 2019 se britský parlament stal první národní vládou na světě, která oficiálně vyhlásila klimatickou nouzi. [298] Ostatní země a jurisdikce následovaly. [299] V listopadu 2019 vyhlásil Evropský parlament „mimořádnou situaci v oblasti klimatu a životního prostředí“, [300] a Evropská komise představila svůj evropský ekologický obchod s cílem dosáhnout do roku 2050 uhlíkové neutrality EU. [301] Významné asijské země učinili podobné sliby: Jižní Korea a Japonsko se zavázaly stát se uhlíkově neutrální do roku 2050 a Čína do roku 2060. [302]

Od roku 2021 bude na základě informací 48 NDC, které představují 40% stran Pařížské dohody, odhadované celkové emise skleníkových plynů o 0,5% nižší ve srovnání s úrovněmi roku 2010, pod cíli 45% nebo 25% snížení za účelem omezení globálního oteplování do 1,5 ° C nebo 2 ° C. [303]

Vědecký konsenzus

Existuje drtivá vědecká shoda, že globální povrchové teploty se v posledních desetiletích zvýšily a že tento trend je způsoben hlavně emisemi skleníkových plynů způsobenými člověkem, přičemž 90–100% (v závislosti na přesné otázce, načasování a metodice odběru vzorků) publikování souhlasí klimatologové. [305] Konsensus mezi vědci z oblasti výzkumu antropogenního globálního oteplování od roku 2019 vzrostl na 100%. [306] S tímto názorem nesouhlasí žádný vědecký orgán národního ani mezinárodního postavení. [307] Konsensus dále rozvinul, že by měla být přijata určitá forma opatření na ochranu lidí před dopady změny klimatu, a národní vědecké akademie vyzvaly světové vůdce ke snižování globálních emisí. [308]

Vědecká diskuse probíhá v časopiseckých článcích, které jsou recenzovány a které vědci každých pár let hodnotí ve zprávách Mezivládního panelu pro změnu klimatu. [309] V roce 2013 Pátá hodnotící zpráva IPCC uvedla, že „je extrémně pravděpodobné že lidský vliv je dominantní příčinou pozorovaného oteplování od poloviny 20. století “. [310] Jejich zpráva z roku 2018 vyjádřila vědecký konsenzus takto:„ Vliv člověka na klima je dominantní příčinou pozorovaného oteplování od poloviny 20. století. století “. [311] Vědci vydali lidstvu dvě varování, v letech 2017 a 2019, v nichž vyjadřují znepokojení nad aktuální trajektorií potenciálně katastrofických změn klimatu a v důsledku toho s nevysloveným lidským utrpením. [312]

Veřejné povědomí

Na mezinárodní veřejnost se změna klimatu dostala koncem 80. let minulého století. [313] Kvůli matoucímu mediálnímu pokrytí na počátku devadesátých let bylo porozumění často zmateno spojením s jinými environmentálními problémy, jako je poškozování ozónové vrstvy. [314] V populární kultuře byl prvním filmem, který se dostal k masové veřejnosti na toto téma Pozítří v roce 2004, o několik let později následoval dokument Al Gore Nepříjemná pravda. Knihy, příběhy a filmy o změně klimatu spadají do žánru klimatické fikce. [313]

Významné regionální rozdíly existují jak v zájmu veřejnosti, tak v chápání změny klimatu veřejností. V roce 2015 to medián 54% respondentů považovalo za „velmi závažný problém“, ale Američané a Číňané (jejichž ekonomiky jsou zodpovědné za největší roční CO2 emise) patřily k nejméně znepokojeným. [315] Průzkum z roku 2018 zjistil ve srovnání s rokem 2013 ve většině zemí celosvětové zvýšené obavy. Vzdělanější lidé a v některých zemích ženy a mladší lidé častěji považovali změnu klimatu za vážnou hrozbu. Ve Spojených státech byla velká názorová mezera mezi partnery. [316]

Odmítnutí a dezinformace

Veřejnou diskusi o změně klimatu silně ovlivnilo popírání a dezinformace o změně klimatu, které má svůj původ ve Spojených státech a od té doby se rozšířilo do dalších zemí, zejména Kanady a Austrálie. Aktéři stojící za popíráním změny klimatu tvoří dobře financovanou a relativně koordinovanou koalici společností vyrábějících fosilní paliva, průmyslových skupin, konzervativních think tanků a kontroverzních vědců. [318] Stejně jako dříve tabákový průmysl, hlavní strategií těchto skupin bylo vyvolat pochybnosti o vědeckých datech a výsledcích. [319] Mnozí, kteří popírají, odmítají nebo mají neoprávněné pochybnosti o vědeckém konsensu o antropogenních změnách klimatu, jsou označeni jako „skeptici vůči klimatickým změnám“, což si někteří vědci všimli jako nesprávné pojmenování. [320]

Existují různé varianty popírání klimatu: někteří popírají, že k oteplování vůbec dochází, někteří oteplování uznávají, ale připisují ho přírodním vlivům a někteří minimalizují negativní dopady změny klimatu. [321] Výrobní nejistota ve vědě se později vyvinula ve výrobní kontroverzi: vytváření přesvědčení, že ve vědecké komunitě existuje značná nejistota ohledně změny klimatu, aby se oddálily změny politiky. [322] Strategie na podporu těchto myšlenek zahrnují kritiku vědeckých institucí [323] a zpochybňování motivů jednotlivých vědců. [321] Echo komora blogů a médií popírajících klima dále podněcovala nepochopení změny klimatu. [324]

Protesty a soudní spory

Klimatické protesty se v roce 2010 staly populární v takových formách, jako jsou veřejné demonstrace, [325] prodej fosilních paliv a soudní spory. [326] Mezi významné nedávné demonstrace patří školní stávka za klima a občanská neposlušnost. Ve školní stávce protestovala mládež po celém světě tím, že vynechala školu, inspirovanou švédskou teenagerkou Gretou Thunbergovou. [327] Hromadné akce občanské neposlušnosti skupin jako Extinction Rebellion protestovaly tím, že způsobovaly narušení. [328] Soudní spory se stále častěji používají jako nástroj k posílení opatření v oblasti klimatu, přičemž mnoho soudních sporů se zaměřuje na vlády, aby požadovaly, aby přijaly ambiciózní opatření nebo prosazovaly stávající zákony týkající se změny klimatu. [329] Žaloby proti společnostem vyrábějícím fosilní paliva, aktivistů, akcionářů a investorů, obecně hledají náhradu škod a škod. [330]

Aby vysvětlil, proč byla teplota Země vyšší, než se očekávalo s ohledem pouze na přicházející sluneční záření, Joseph Fourier navrhl existenci skleníkového efektu. Sluneční energie se dostává na povrch, protože atmosféra je pro sluneční záření transparentní. Zahřátý povrch vyzařuje infračervené záření, ale atmosféra je vůči infračervenému záření relativně neprůhledná a zpomaluje emise energie, což planetu zahřívá. [331] Počínaje rokem 1859 [332] John Tyndall zjistil, že dusík a kyslík (99% suchého vzduchu) jsou transparentní pro infračervené záření, ale vodní pára a stopy některých plynů (výrazně metanu a oxidu uhličitého) absorbují infračervené záření, a když zahřátý, vyzařovat infračervené záření. Změna koncentrací těchto plynů mohla způsobit „všechny mutace klimatu, které výzkumy geologů odhalují“, včetně doby ledové. [333]

Svante Arrhenius poznamenal, že vodní pára ve vzduchu se neustále mění, ale oxid uhličitý (CO
2) byla stanovena dlouhodobými geologickými procesy. Na konci doby ledové se otepluje zvýšeným CO
2 by zvýšilo množství vodní páry a zesílilo její účinek v procesu zpětné vazby. V roce 1896 vydal první klimatický model svého druhu, který ukazuje, že CO na polovinu
2 mohl způsobit pokles teploty, který zahájil dobu ledovou. Arrhenius vypočítal nárůst teploty očekávaný od zdvojnásobení CO
2 na přibližně 5–6 ° C (9,0–10,8 ° F). [334] Jiní vědci byli zpočátku skeptičtí a věřili, že skleníkový efekt je nasycen, takže se přidává více CO
2 by nemělo žádný rozdíl. Mysleli si, že klima se bude samo regulovat. [335] Od roku 1938 Guy Stewart Callendar publikoval důkazy o tom, že se oteplovalo klima a CO
2 úrovně rostou, [336] ale jeho výpočty splnily stejné námitky. [335]

V padesátých letech vytvořil Gilbert Plass podrobný počítačový model, který zahrnoval různé atmosférické vrstvy a infračervené spektrum a zjistil, že rostoucí CO
2 úrovně by způsobily oteplení. Ve stejném desetiletí našel Hans Suess důkazy CO
Rostly 2 úrovně, Roger Revelle ukázal, že oceány nebudou absorbovat nárůst, a společně pomohly Charlesi Keelingovi zahájit záznam pokračujícího nárůstu, Keelingovu křivku. [335] Vědci upozornili veřejnost [337] a na nebezpečí bylo poukázáno ve výpovědi Kongresu Jamese Hansena z roku 1988. [22] Mezivládní panel pro změnu klimatu, zřízený v roce 1988 s cílem poskytovat formální rady světovým vládám, urychlil interdisciplinární výzkum. [338]


Globální změna životního prostředí: Cesty výzkumu pro příští desetiletí (1999)

SOUHRN

Studium rozsáhlých ekosystémů se stalo rychle zrajícím vědním oborem. S podnětem výzkumu globálních změn tyto studie za poslední desetiletí prokázaly velké úspěchy. Vylepšené základní chápání mořských a suchozemských ekosystémů a hydrologie již vedlo k praktickým aplikacím v modelování počasí a klimatu, kvalitě ovzduší a lepším řízením a reakcemi na přírodní nebezpečí pro vodní, lesní, rybářské a pastvinové zdroje. K vývoji prostorově vyřešených globálních ekosystémových modelů došlo pouze během posledních pěti let. Výpočetní schopnosti a technologie dálkového průzkumu dat dále vedly ke změnám v povaze pole. Objevila se schopnost nejen modelovat v globálním měřítku, ale také využívat data v těchto měřítcích. Na základě použití těchto údajů byly vyvinuty a zamítnuty modely. Historicky byly rozsáhlé studie ekosystémů také integrativní a multidisciplinární, přičemž problémy často fungovaly od začátku do konce s významnými interakcemi se složkami lidské dimenze. Některé z těchto zkušeností pramení z uplatněných kořenů v této oblasti a tradičních vazeb na otázky zemědělství, lesnictví a rybolovu, jakož i z politiky a hodnocení v oblasti životního prostředí. Ve skutečnosti, stejně jako v atmosférické chemii (viz kapitola 5), ​​existuje bohatá historie hodnocení ve všech prostorových měřítcích.

Mezi oblasti úspěchu ve rozsáhlých studiích ekosystémů patří následující:

Terénní a teoretické studie, které položily základ k porozumění rolím vegetace a půdy v počasí a podnebí a které pokročily v našich metodách pro interpretaci satelitních dat. Terénní experimenty

plánované pro povodí Mississippi a Amazonky dokončí tuto sérii studií.

Vývoj technik satelitního pozorování, pozemních pozorování a modelů ke stanovení změn typu krajinného pokryvu a prostorových a sezónních změn vegetace.

Objasnění úlohy živin ve velkých interakcích ekosystémů s atmosférou. Účinky živin, jako je dusík a fosfor, musí být nyní systematicky začleněny do globálních modelů interakcí mezi pevninou a atmosférou.

Implementace ambiciózního programu pro měření a modelování zdrojů a propadů CO2 a stopové plyny ze zdrojů spalujících biologickou a biomasu. Tyto nové informace usnadní vývoj pozorovacího systému určujícího trendy a vzorce emisí a absorpce v kontinentálních měřítcích.

Pozorování oceánských časových řad, která odhalila dosud neznámé meziroční rozdíly v biologii, chemii a fyzice oceánů spojené s proměnlivostí klimatu.

Regionální studie oceánského uhlíku, které kvantifikovaly sezónní efekty mořského ekosystému na CO v atmosféře a oceánu2 výměna a variace v rovníkových tichomořských zdrojích a propady CO související s El Ni & ntildeo 2.

Modelování dopadů změny klimatu a variability na zemědělské a lesní ekosystémy.

Celkově je americký program výzkumu globálních změn (USGCRP) úspěšný v rozvoji vědy a nástrojů potřebných pro vesmírné hodnocení změn ekosystémů. Synergický nástrojový doplněk skládající se z platforem AM-1 a PM-1 systému Earth Observing System (EOS), kombinovaný s údaji z jiných satelitů snímajících oceán, do značné míry uspokojí potřeby družicových dat komunity ekosystémů a povede k masivnímu zlepšení v kvalitě dálkových pozorování. Pozemní a oceánské součásti programu dosáhly různého stupně úspěchu. Komponenty vědecké atmosféry (biofyzika a stopové plyny) mají nejsilnější programy. Ekologičtější složky (vegetace a krajinná pokrývka) a integrační složky (experimenty s manipulací s ekosystémy) byly podporovány spíše ad hoc.

The Výzkumné imperativy pro budoucnost jsou následující:

Povrch země a podnebí. Pochopit vztahy mezi procesy na povrchu země a predikcí počasí a měnící se krajinnou pokrývkou a změnou klimatu.

Biogeochemie. Pochopte měnící se globální biogeochemické cykly uhlíku a dusíku.

Vícenásobná napětí. Pochopte reakce ekosystémů na více stresů.

Biodiverzita. Pochopit vztah mezi měnící se biologickou rozmanitostí a funkcí ekosystému.

ÚVOD

Ekosystémy světa jsou kritickými základy lidské společnosti. U zboží a služeb jsou lidé do značné míry závislí na ekosystémech. Ekosystémy poskytují takové komodity, jako jsou potraviny, stavební materiály a léčiva. V souvislosti s globálními změnami se výrazně projevila také závislost lidstva na biosféře v oblasti regulace klimatu, kvality ovzduší a čisté vody. Výzkum ekosystémů v globálních změnách tedy hraje dvojí roli. Za prvé, rozhodnutí týkající se proměnlivosti klimatu, změny klimatu a dalších environmentálních problémů vyžadují, abychom porozuměli dopadům klimatu, znečištění ovzduší a měnícího se ultrafialového záření na lesy, zemědělství, chov hospodářských zvířat, vodní zdroje, rybolov, biologickou rozmanitost a další kritický život podpůrné systémy. & ldquoPůsobí na výzkum ). V současné době probíhá ambiciózní úsilí o provedení národního hodnocení potenciálních důsledků změny klimatu a změny v USA s cílem poskytnout podrobné porozumění důsledkům změny klimatu na národ, včetně interaktivních účinků změn prostředí na klima, atmosférickou chemii, moře úroveň, kvalita vody a využití půdy. Tato kapitola popisuje probíhající výzkum s cílem poskytnout vhodné vazby na tuto aktivitu zdůrazněním vědeckých aspektů spravovaných ekosystémů, zejména v regionálním měřítku.

Zadruhé, řízení globálních změn musí také uznat roli, kterou ekosystémy hrají při úpravě atmosféry a potažmo země oceán-atmosféra-země klimatický systém. Nyní víme, že vegetace a půdy ovlivňují klima tím, že řídí množství odraženého nebo absorbovaného záření, odpařování vody a další přímé zpětné vazby na systémy teploty, srážek a počasí. Pozemské ekosystémy ukládají velké množství uhlíku a ovlivňují atmosférický CO2 jak uvolňováním uhlíku v důsledku využívání půdy (jako je odlesňování a zemědělství), tak přijímáním uhlíku (tzv. chybějící jímka). Mořské ekosystémy také ovlivňují oceánské ukládání uhlíku, které interagují s fyzikálními a chemickými procesy. Ekosystémy jsou také silnými zdroji a propady dalších stopových plynů, jako je metan a oxid dusný. Na klima nelze pohlížet jako na vnější sílu ekosystémů: ekosystémy se podílejí na utváření počasí, klimatu, složení atmosféry a změny klimatu.

Tento pohled na ekosystémy, které reagují na změnu životního prostředí i ji kontrolují, je jedním z velkých intelektuálních a praktických přínosů výzkumu globálních změn. Má důsledky pro celou řadu problémů, od zlepšení předpovědí počasí (s přihlédnutím ke stavu vegetace) až po

rozhodnutí o tom, zda by emise fosilních paliv měly být omezeny a o kolik.

Ekologie přispívá k výzkumu globálních změn jedinečným pohledem. Zatímco geofyzikální vědy začínají koncepčně s jednotným fyzikálně-chemickým pohledem na systémy (založené na dynamice tekutin, termodynamice a fotochemii), základní paradigma ekologie zdůrazňuje rozmanitost ekosystémů, vyplývající z evoluční historie organismů a půd a reliéfy nebo vodní útvary, které obývají. Tato perspektiva, hledání porozumění z podobností a rozdílů procesů v celé řadě prostředí, se stala důležitou v mezioborovém výzkumu zemského systému.

Plánování programu

Na začátku výzkumu globálních změn ekologie jako disciplína kladla důraz na vyšetřování organismu na místní úrovni a schopnost oboru řešit problémy i v krajinném měřítku byla omezená.Spolupráce ekologů, klimatologů a atmosférických chemiků navíc začala teprve na začátku 80. let minulého století. V důsledku toho, když začal USGCRP a Mezinárodní program geosféry a biosféry (IGBP), bylo vyvinuto značné úsilí o rozvoj intelektuální infrastruktury v rámci ekologie pro řešení problémů v globálním měřítku. Série zpráv Národní rady pro výzkum (NRC) o globálních změnách a procesu plánování IGBP věnovala značnou pozornost rozsáhlým ekologickým problémům a komunita také organizovala mnoho důležitých workshopů a setkání. V důsledku toho se ekologie stala mnohem lépe připravenou přijmout vědecké problémy v měřítku od krajiny po globální na šíři problémů a pomocí nástrojů, které si před deseti lety a půl nepředstavovaly.

Během této doby některé problémy přetrvávají. Zaměření na zpětné vazby ekosystémů a dopady na ekosystémy bylo v tomto období v pokynech NRC a IGBP konzistentní. Jak se však věda vyvíjela, specifická výzkumná imperativa se podstatně vyvíjela. Stojí za to přezkoumat pokyny NRC ke globálním změnám a ekologickému výzkumu. Například ve zprávě z roku 1986 1 souhrnné doporučení (uvedené s odkazem na IGBP) bylo to & ldquothe počáteční prioritu. . . je získat další experimentální data, aby bylo možné vyvinout nové modely k extrapolaci ekologických reakcí na změny životního prostředí, které v minulosti nebyly zaznamenány. & rdquo Tato zpráva vyzvala k & ldquolaboratory a polním experimentům na úrovni organismu a kompilaci stávajících údajů o populaci a komunitní vzorce. & rdquo Rovněž zjistil, že & ldquoexperimenty jsou potřebné na neporušených ekosystémech pomocí rozsáhlých manipulací & rdquo a že & ldquoin dlouhodobé ekosystémové modely musí být sestaveny tak, aby spojovaly modely populace a komunity s modely funkčními. & rdquo

Tato agenda měla zásadní vliv na přístupy ekologů k mořským i suchozemským ekosystémům a všechny tři oblasti doporučené agendy NRC byly komunitou sledovány souběžně. Navíc dlouhodobě

a rozsáhlé observační (na rozdíl od manipulativních) studií se staly hlavní součástí výzkumu, a to jak na základě programu dlouhodobého ekologického výzkumu (LTER) Národní vědecké nadace (NSF), tak na základě stále plodnější spolupráce s Komunita věd o Zemi (v níž observační kampaně hrají větší roli než v převážně experimentální disciplíně ekologie). V devadesátých letech se výzkumná agenda začala více soustředit. V roce 1994 zpráva NRC, zpráva & ldquoChapin & rdquo 2 o výzkumu suchozemských ekosystémů uvedla šest hlavních oblastí výzkumu:

interaktivní efekty CO2, klima a biogeochemie

faktory, které řídí toky stopových plynů

scénáře pro spravované a nespravované ekosystémy

jak globální změna ovlivní biologickou rozmanitost

jak globální změna ovlivní biotické interakce s hydrologickým cyklem a

jak globální změna ovlivní transport vody, živin a materiálů z pevniny do sladkovodních a pobřežních zón.

Chapinova zpráva (NRC, 1994) také specifikuje následující potřeby:

experimenty, které určují reakce ekosystému na interakce mezi zvýšeným CO2, teplota, voda a živiny

výzkum s cílem předpovědět úlohu procesů v krajinném měřítku, včetně využívání půdy a

výzkum s cílem určit, jak změny ve složení druhů ovlivňují funkce ekosystémů, což je naléhavě nutné a je nepravděpodobné, že by to probíhalo bez soustředěné pozornosti.

A konečně, zpráva uvádí jako hlavní téma & ldquothe vývoj a používání komplexních modelů ekologických a fyzikálních systémů & rdquo jako prostředek pro propojení porozumění v malém měřítku s procesy ve velkém měřítku.

NRC nebylo jediným fórem, ve kterém se diskutovalo o roli ekosystémů v globálních změnách. Koncem 80. až počátkem 90. let došlo k rychlému rozvoji základního projektu IGBP Global Change and Terrestrial Ecosystems (GCTE) a Joint Global Ocean Flux Study Core Project (JGOFS), zaměřeného na pozemské a mořské ekosystémy. Kromě toho se do studia biologických zdrojů stopových plynů zapojil program International Global Atmospheric Chemistry (IGAC), 3 Základní aktivity v oblasti biologických aspektů hydrologického cyklu zahájily činnosti v oblasti biofyzikálního výzkumu a Vědecký výbor pro problémy životního prostředí (SCOPE) zorganizovala několik důležitých spoluprací v oblasti ekosystémů a globálních změn. 4 IGBP značně rozpracovala vědeckou agendu výzkumu globálních změn a její jednání byla zdokumentována v rozsáhlých zprávách. Výzkumný plán IGBP GCTE je v mnoha

způsoby, které jsou v souladu s prioritami stanovenými ve zprávě Chapina a dřívějších dokumentech NRC, přestože představuje podstatně podrobnější vizi studia řízených (zejména zemědělských) ekosystémů.

Kritické výsledky a rozvoj ekologie ve velkém měřítku

S ohledem na tuto vědeckou vizi, jaké byly kritické výsledky a pokroky ve výzkumu ekosystémů během prvního desetiletí USGCRP? Oblasti pokroku byly různorodé a mnoho zásadních pokroků bylo vysoce interdisciplinárních. Níže jsou projednány některé z nejdůležitějších oblastí pokroku.

Změna klimatu a ekosystému: Evoluce modelů a pozorování

Techniky a soubory dat pro odvozování chování ekosystémů z rozsáhlých pozorování se během 90. let rychle vyvíjely. Použití inverzního modelování A odvodit prostorové a později časové vzorce pozemského a oceánského CO2 výměna přinesla kvalitativní změnu ve vnímání pravděpodobné povahy pozemských propadů. Ačkoli použití inverzního modelování začalo v geofyzikální komunitě, kde obě techniky inverzního modelování a CO2 byla vyvinuta globální pozorování, 5 spolupráce na rozšíření používání této techniky se rychle rozrostlo o ekology. 6 Inverzní modelování ukázalo propad CO2 v severních zeměpisných šířkách prostřednictvím nesrovnalostí mezi pozorovaným interhemisférickým gradientem CO2 a hodnoty předpovídané na základě fosilních emisí a charakteristik interhemisférické dopravy. Zatímco počáteční analýzy dospěly k různým závěrům o distribuci tohoto propadu mezi mořské a suchozemské systémy, později analýzy využívající 13 C v CO2 a změřil O 2 naznačoval značný pozemský propad (viz obrázek 2.1). Tento dřez byl a stále je obtížné kvantifikovat nebo dokonce detekovat při měření inventáře lesů a půdy. Atmosférická měření zůstávají nejpřesvědčivějším důkazem pro umístění takzvaného chybějícího dřezu. Aplikace inverzní metodologie v průběhu času také naznačují korelace mezi podnebím a suchozemským CO2 výměna v polokulovém až globálním měřítku. Tato pozorování zůstávají předběžná, ale poskytují základ pro budoucí monitorování globálních vzorců zdrojů a propadů.

Vztah pozemského skladování uhlíku ke klimatu je zásadní pro pochopení interakcí mezi klimatem a ekosystémy, ke kterým může dojít během budoucích klimatických změn. Tento předmět byl pro pozemské systémy řešen kombinací experimentálních laboratorních a terénních studií a pozorovacích programů a syntézy dat. 7 Kromě toho existuje dynamický model-

Inverzní modelování je definováno jako modelování, kde řetězec závěru probíhá proti řetězci příčin: v případě uhlíkového cyklu jsou zdroje a jímky modelovány z atmosférických koncentrací a transportu.

OBRÁZEK ​​2.1 Zeměpisné rozdělení oceánů a pevnin na zdroje a propady CO2 proti zeměpisné šířce. Souvislá čára je čistý tok CO2 po odstranění fosilních paliv. Přerušovaná čára je čistý tok CO2 vyměněno s oceány. Tečkovaná čára je čistý tok vyměněný s pozemními ekosystémy. Součet toků oceánů a pevnin se rovná celkovému čistému toku CO2. ZDROJ: Ciais a kol. (1995b). S laskavým svolením Americké geofyzikální unie.

vlivu klimatu na suchozemské i mořské ekosystémy. 8 Přestože je reakce ekosystémových procesů na klima dlouhodobě zajímavá, nedávná práce vedla k mnohem obecnějšímu pochopení teplotních a vlhkostních vlivů na biotu a interakcí klimatických efektů s procesy vnitřního ekosystému, jako je posloupnost a dusíkový cyklus. . 9 Tato práce zahrnuje manipulativní experimenty b v laboratoři a oboru, které vedly k lepšímu porozumění mikroklimatickým účinkům na biologické procesy a specifické chování konkrétních ekosystémů, zatímco srovnávací studie a syntézy dat vedly k lepšímu porozumění ekosystému globálním vzorcům. Dlouhodobá pozorování toku osvětlila účinky klimatu na skladování uhlíku: měření za posledních 25 let v Arktidě ukázala, že systémy tundry se mění z dřezu na zdroj CO2 jak se podmínky oteplovaly a sušily. 10 Nedávné pokroky v měřicích technikách, zejména nástup technik vířivých kovariance a jejich aplikace v dlouhodobých studiích, přinesly jedinečná data o klimatických účincích na síťovou výměnu ekosystémů (NEE). 11 Eddy kovarianční časové řady v lesích poskytly přímé pozorování účinků neobvykle teplých, chladných a suchých podmínek na výměnu uhlíku. 12

Protože teplotní (T) reakce dýchání (R) bývají větší než reakce fotosyntézy (A) (T versus R je exponenciální, zatímco T versus A

Manipulativní experimenty jsou takové, kde jsou některé proměnné nebo proměnné záměrně měněny a je pozorována odezva systému (např. Experimenty s uměle zvýšeným atmosférickým CO2).

je saturační), předpokládá se, že globální oteplování by mělo vést ke globálnímu čistému CO2 emise z ekosystémů. 13 Nedávné studie využívající globální datové soubory USGCRP předběžně potvrdily tuto hypotézu pro krátká časová období (& lt1 rok) a zároveň navrhly složitější interakce na meziročních časových lhůtách. 14 Modelovací studie tento typ vztahu kvantitativně sondovaly, což naznačuje závislost na úmrtnosti, hlavních účincích v půdách, interakcích s dusíkovým cyklem a interakcích mezi fyziologií a biogeografií. 15 Jak se pozorovací techniky zlepšují a časové řady se prodlužují, je stále více možné rozlišovat mezi alternativními hypotézami o tom, jak může budoucí oteplování ovlivnit ekosystémy. Vzrušujícím vývojem je použití modelů k porozumění vznikajícím časovým řadám výměny klimatu a uhlíku v globálním měřítku. 16 Počáteční snahy modelovat klimatické efekty na ekosystémy byly extrémně hypotetické. 17 Použité modely pak byly testovány na omezeném počtu míst proti & ldquotypical & rdquo nebo průměrným podmínkám. Schopnost modelů simulovat dynamickou odezvu ekosystémů na měnící se klima nebyla obecně zkoumána. V současné době jsou modely používané k projektování budoucích reakcí ekosystémů testovány na základě pozorovaných dynamických změn vyplývajících z meziročních změn klimatu pomocí údajů shromážděných v lokálním až globálním měřítku. 18

Procesy zemského povrchu a klima

Výzkum úlohy zemského povrchu v klimatu je v posledním desetiletí prominentní oblastí výzkumu na rozhraní ekologie a vědy o atmosféře. Vedlo to k dramatickému vývoji ve vědě a v pozorování systémů. Počínaje několika provokativními dokumenty o potenciálních účincích krajinného pokryvu a nehomogenitách krajinného pokryvu na klima se výzkum procesů na povrchu země rozšířil tak, aby zahrnoval rozsáhlé a rozmanité teoretické a modelovací úsilí ověřené řadou velmi úspěšných mezinárodních kampaní v terénu. 19 Terénní kampaně následně vedly k řadě výplat.

Použití měření vířivých kovariančních toků v ekologických aplikacích (ve kterých se měří vertikální větry a koncentrace plynu společně) bylo propagováno a ověřeno v prvním terénním experimentu ISLSCP (International Satellite Land Surface Climatology Project) (FIFE), 20 a soubory dat shromážděné během FIFE zůstávají prubířským kamenem pro ověřování modelů povrchu země. Klíčový princip škálování přístřešků byl nejprve kombinován s modely pozemních povrchů v důsledku spolupráce FIFE, což výrazně zvýšilo jednoduchost a úspěch modelování přístřešků (viz obrázek 2.2). 21 Platnost & ldquovegetation indexu & rdquo-based odhadů povrchové vodivosti byla testována proti pozorování během FIFE a tato validace zůstává základním kamenem důvěry komunit v modely pozemského povrchu řízené satelitem. Výsledky se právě objevují z kampaně Boreal Ecosystem-Atmosphere Study (BOREAS), která rozšířila paradigma FIFE na zalesněné ekosystémy. Tyto výsledky naznačují silnou roli interakcí vegetace a atmosféry v severním podnebí, 22 stejně jako výsledky z oblasti

OBRÁZEK ​​2.2 Rozsah prostorových měřítek řešených prvním ISLSCP polním experimentem (FIFE). ZDROJ: Sellers et al. (1992). S laskavým svolením Americké geofyzikální unie.

Studie interakce země-atmosféra-led NSF programu Arctic System Science programu a význam poruchových procesů (jako jsou rozsáhlé požáry) v povrchové vodě a výměně uhlíku. Pravděpodobně také významně přispějí k porozumění izotopovým výměnám mezi ekosystémy a atmosférou. 23 Dokončení závěrečného plánovaného experimentu, brazilského velkoplošného biosférického experimentu v Amazonii, povede k širokému porozumění interakcí mezi ekosystémem a klimatem v boreálních, mírných a tropických ekosystémech. Tato práce měla a bude mít zásadní vliv na naše chápání paleoklimatu, současného počasí a klimatu, předpovědi počasí a klimatických projekcí. 24

Potřeba komplexních informací o povrchu země také přinesla velké úsilí o vývoj algoritmů dálkového průzkumu pro proměnné povrchu země. Zásadního pokroku bylo dosaženo ve vývoji satelitních algoritmů pro odvození povrchové odolnosti proti odpařování, teplotě, půdní vlhkosti a krajinným pokryvům.25 Zkušenosti

při používání satelitních dat byla získána pomocí existujících satelitních systémů, jako je Thematic Mapper (TM), Systeme Probatoire pour l 'Observati & oacuten de la Terre (SPOT) a National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR ) systémy. Tato data byla úspěšně kombinována s vývojem a hodnocením algoritmů v terénních kampaních, jako jsou FIFE, BOREAS, a Hydrological and Atmospheric Pilot Experiment. 26 Intenzivní, desetiletí trvající úsilí v této oblasti vyústilo v experimentální návrh dvou hlavních satelitů EOS (AM-1 a PM-1) optimalizovaných pro synergická měření proměnných povrchu země. Primární platforma AM-1 obíhá s ranním nadjezdem zvoleným tak, aby minimalizovala kontaminaci mraků pro zobrazování zemského povrchu, a zahrnuje synergickou kombinaci tří nástrojů: spektroradiometr s moderním rozlišením (MODIS), víceúhlý zobrazovací spektrometr (MISR) a Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER). MODIS má schopnost viditelného a blízkého infračerveného záření pro dálkové snímání charakteristik vegetace s vysokým časovým rozlišením. MISR provádí víceúhelníková měření, která umožňují stanovení albedo a lépe omezují takzvané vegetační indexy související s vodivostí do vody a fotosyntézou. 27 ASTER a LANDSAT poskytují informace o vysokém prostorovém rozlišení krajinného pokryvu. Navrhovaná strategie dálkového průzkumu Země pro fyzikální klimatický systém a studie cyklu uhlíku je znázorněna na obrázku 2.3.

Výzkum procesů na pevnině je příkladem konstruktivního partnerství mezi mnoha skupinami: globálními klimatickými modeláři, biologickými a mikroklimatology orientovanými na organismus a ekosystém, ekology a vědci dálkového průzkumu Země, geografy, fyziology rostlin, vědci z půdy a hydrology. Po definování potřeby vylepšených satelitních algoritmů na začátku komunita provedla nezbytné teoretické, modelové a empirické ukázky takové schopnosti. Tyto vědecké požadavky jsou nyní z velké části prováděny na kosmické lodi EOS AM-1. AM-1 je velká a nákladná mise, ale komunita má důvěru v kvalitu své mise na pevnině. To tvoří jednu součást úplné vědecké agendy AM-1, která zahrnuje také cloud, aerosol, atmosférickou chemii a oceánografické experimenty.

Lidské využití a modifikace ekosystémů

Na počátku výzkumu uhlíkového cyklu se zdálo, že uhlíkový cyklus je zhruba v rovnováze, přičemž emise fosilních paliv jsou vyváženy přibližně absorpcí oceánů a akumulací v atmosféře. Počínaje sedmdesátými léty začali ekologové vedeni Georgem Woodwellem tvrdit, že emise z využívání půdy, převážně odlesňování, musely významně přispět do atmosféry. Jak se tato hypotéza stávala lepší a lépe zdokumentovanou, vyšlo najevo, že k vyvážení emisí z využívání půdy je zapotřebí další proces propadu, nazvaný & ldquomissing jímka, & rdquo. Význam využití půdy v uhlíkovém cyklu byl uznán před USGCRP a IGBP a je hlavním zaměřením obou programů od jejich

OBRÁZEK ​​2.3 Interakce vzdálené země a atmosféry ze satelitu. Schéma denních změn výšky a oblačnosti atmosférické mezní vrstvy ve vlhké kontinentální oblasti během vegetačního období povrchové toky čistého tepelného toku citlivého na záření, vodní páry a CO2 jsou vyobrazeny. Navrhovaná strategie dálkového průzkumu je uvedena pro studie fyzického klimatického systému a uhlíkového cyklu. I. Geosynchronní pozorování oblačných polí, odrazů, teplot. (GOES, METEOSAT). II. Dvě polární platformy se znějícími nástroji a zobrazovacími zařízeními schopnými řešit cloudová pole. Platformy jsou rozmístěny v čase, aby charakterizovaly denní variace atmosférických proměnných (POEM-1, EOS-pm). III. Polární platforma s užitečným zatížením pro zobrazování povrchu. Pro minimalizaci cloudové kontaminace (EOS-am) je upřednostňován ranní přechod. ZDROJ: Prodejci a Schimel (1993). S laskavým svolením Elsevier Science-NL.

OBRÁZEK ​​2.4 Průměrné emise do půdy ( + plus 1 standardní chyba) N 2O vyneseno proti věku pastvin (doba od odlesňování) pro La Selva (C) a Gu & aacutecimo (O). Lesní lokality jsou zobrazeny po 0 letech. Byly zjištěny významné rozdíly mezi průměrem lokality (analýza rozptylu, p & lt .01). ZDROJ: Keller et al. (1993). S laskavým svolením Macmillan Magazines Ltd.

zahájení, jakož i později v Mezinárodním programu lidských dimenzí pro globální změnu životního prostředí. Vzhledem k tomu, že uhlíkovému cyklu byla věnována časná pozornost, zvýšil se zájem o úlohu využívání půdy při změně rozpočtů stopových plynů prostřednictvím půdních procesů a spalování biomasy 28 (viz obrázek 2.4). Skutečně je již dlouho jasné, že lidé mají celosvětovou převládající kontrolu nad mnoha aspekty ekosystémů. 29 Fragmentace ekosystémů v důsledku měnícího se využívání půdy s doprovodnými účinky na biotické a biogeochemické funkce je dalším rostoucím problémem, který je středem zájmu o ztrátu biologické rozmanitosti.

Výzkum změn ve využívání půdy nesmírně těžil z dostupnosti archivovaných satelitních dat a vylepšených technik pro analýzu satelitních dat. 30 Počáteční odhady změn ve využívání půdy vycházely téměř výhradně z národních statistik a informací o inventáři.31 Současné odhady jsou stále více založeny na družicových informacích, 32 a technikách pro pokračující satelitní sledování do

budoucnost se zlepšuje. Komercializace satelitů TM a SPOT a doprovodné náklady na získávání vhodných dat na velkých plochách toto úsilí vrátily, možná o deset let zpět. Počítačová technologie je dnes k dispozici ke zpracování velkého množství dat s vysokým rozlišením, ale satelitní data zůstávají nákladná. Získání vylepšených a prostorově vyřešených historických informací o využití půdy je zapotřebí pro retrospektivní analýzy uhlíkového cyklu a inicializaci modelů pro globální projekce. Globální získávání informací zůstává hlavním problémem, který je v současné době řešen, byť po částech a poněkud zastavujícím způsobem. Pochopení současných vegetačních vzorců, vzorců využívání lidské půdy a interakcí lidských a přírodních ekosystémových procesů se však stále více objevuje jako důležitá oblast výzkumu a rozvíjí se dynamická komunita. 33 Tato oblast vědy má silné přirozené spojení s výzkumem biologické rozmanitosti, protože klimatické dopady na biologickou rozmanitost se budou projevovat synergicky s dalšími změnami životního prostředí.

Biotické interakce a globální změna

Až donedávna termín & ldquoglobal change & rdquo obecně znamenal biofyzikální nebo biogeochemické změny & mdashto do té míry, že to vůbec znamenalo biologii. Změny v biotě byly zpracovány jako důsledek změn klimatu, CO2, nebo využití půdy. Klimatické a chemické změny mají potenciál mít významný dopad na biologickou rozmanitost. 34 Ukázalo se však, že biotické změny samy o sobě mohou představovat regionálně a globálně významné environmentální změny. Snad nejjasnějším příkladem takovéto biotické změny je biologická invaze a lidský transport rostlin, zvířat a mikrobů po Zemi. Mobilita lidí a zboží zvýšila rychlost pohybu jiných druhů o řády a druhy, které byly zavedeny, jsou nyní hojné na velké části Země, v pobřežních mořských i suchozemských a sladkovodních ekosystémech. 35 Výsledkem je homogenizace zemské bioty, kdy se na úkor místních druhů množí všudypřítomné plevelové druhy. 36 Specifičtější změny zahrnují mnoho dobře zdokumentovaných invazí, které ovlivňují zdraví lidí a dalších druhů (většina infekčních nemocí je vetřelcem ve většině jejich oblastí). Například zavlečení hmyzí škůdci a mikrobiální patogeny udělali pro změnu amerických lesů 37 více než změna klimatu, zvýšené CO2, a společně znečištění ovzduší & prohlášení mdasha, které lze bezpečně extrapolovat na desítky let do budoucnosti. Biotické změny však mohou interagovat s globální změnou, aby změnily biologickou rozmanitost těžko předvídatelnými způsoby. Invazivní druhy mohou také ovlivnit biogeochemické a biofyzikální vlastnosti napadených oblastí. Asi nejlepším příkladem je rozsáhlá invaze afrických a euroasijských travin odolných vůči ohni do Severní a Jižní Ameriky, Afriky, Austrálie a Oceánie. 38 V případě invaze mohou tyto trávy zvýšit četnost požárů, a tím ovlivnit regionální biogeochemii, zjednodušit strukturu vegetace a změnit biofyzikální vlastnosti ekosystémů a silně interagovat s dalšími složkami globálních změn.

Invaze není jediným příkladem biotických změn a odstraňování velkých predátorů způsobených mdashhumanem, a někdy dokonce i pasoucích se zvířat, a zásadně mění fungování vodních a suchozemských ekosystémů. 39 Lidské činy také vedou k vyhynutí druhů a geneticky odlišných populací. To je samo o sobě nevratná změna a probíhají experimentální studie k posouzení vazeb mezi funkční rozmanitostí, charakteristikami organismů a funkčními reakcemi ekosystémů na stres. 40

Manipulace na úrovni systému a dlouhodobé

Ekosystémové reakce na vynucování globálních změn zahrnují komponenty, které interagují v řadě časových a prostorových měřítek, a také následnou zpětnou vazbu s potenciálem zesílit nebo potlačit počáteční reakce. Tato kombinace četných interakcí, víceúrovňových odpovědí a pozitivních a negativních zpětných vazeb je silným argumentem ve prospěch experimentálních studií v měřítku, které zahrnuje mnohem větší škálu významných procesů a interakcí. Ačkoli nedávný pokrok v chápání zpětné vazby v globálním až regionálním měřítku je stále zaměřen na model, 41 stále větší počet experimentálních studií doplňuje modelové studie o reakcích celého ekosystému na změněné atmosférické CO2, teplota a vstupy vody a živin. Některé z těchto studií probíhaly nebo jsou naplánovány na dostatečně dlouhou dobu, aby poskytly informace nebo potenciálně kritické zpětné vazby, které se vyvíjejí pouze jako nutkání formovat biogeochemické a ekologické jevy po celá desetiletí nebo déle.

Tyto dlouhodobé experimenty v ekosystémovém měřítku již ukázaly, že intenzita zpětných vazeb a nepřímých reakcí může být v řadě měřítek překvapivě významná. 42 V arktické tundře změněná výživa při zvýšeném CO2 vedlo k homeostáze čisté výměny uhlíku po pouhých třech letech. Přesto zvýšení teploty o 4 ° C vedlo k trvalému skladování uhlíku při zvýšeném CO2. 43 CO2 obohacení za úrodnějších podmínek mokřadů v zálivu Chesapeake vede k pokračující stimulaci fotosyntézy a růstu rostlin, zejména růstu pod zemí, po dobu nejméně devíti let. 44 Kontrast mezi arktickými a solnými bažinami uvedenými v těchto příkladech naznačuje klíčovou regulační roli při omezování živin, nicméně krátkodobější experimenty nenaznačují žádnou důslednou modulaci CO2 reakce podle dostupnosti živin. 45

Oteplování půdy by mohlo vést ke zvýšenému rozkladu a mineralizaci, ale mohlo by také vést ke zvýšenému suchu a následnému snížení primární produkce, rozkladu a mineralizace. S devíti lety letního oteplování se primární produkce arktické tundry změnila jen nepatrně, ačkoli zvýšené množství listnatých keřů předznamenává snížený rozklad a budoucí pokles dostupnosti živin. 46 Oteplování na horských loukách také stimulovalo dramatické změny ve složení rostlinných druhů, se zvýšenou dominancí pelyňku, což naznačuje pravděpodobné budoucí změny v ukládání uhlíku, koloběhu živin a biologické rozmanitosti. 47 Dlouhodobé přídavky živin mohou také dramaticky stimulovat

změny ve složení druhů rostlin. Ve starých polích v Minnesotě vedly přídavky dusíku simulující mírnou až těžkou atmosférickou depozici k nahrazení C.4 od C.3 trávy, s významným poklesem skladování uhlíku na jednotku živin a také se změnami sezónnosti. 48

Manipulativní experimenty byly důležité v mořských i suchozemských systémech. 49 V některých oceánských ekosystémech zásoby hlavních živin, jako je dusík a fosfor, přetrvávají po celé vegetační období. Na konci 80. let se předpokládalo, že tyto oblasti mohou být omezeny železem. 50 Přídavky železa v rovníkovém Pacifiku spolu s indikátorem umožňujícím sledování oplodněné oblasti zvýšily fytoplankton a mikrobiální aktivitu, což ovlivnilo jak složení komunity, tak cyklování uhlíku. 51 Experimenty tohoto typu, které následovaly po přírodních (např. Atmosférických depozičních událostech) a experimentech s umělým hnojením, s hlavními i menšími živinami, jsou již dlouho považovány za vyhlídky na studie poruchy oceánu, které lze sledovat pomocí satelitních barevných dat oceánu.

Vícenásobná napětí na ekosystémy

Dominantním zájmem původně motivujícím výzkum globální změny byla globální změna klimatu. Když se ekologové a jejich kolegové z jiných oborů začali ekologií zabývat v regionálních a větších měřítcích, ukázal se význam mnoha rozsáhlých změn životního prostředí. Změny klimatu, kvality ovzduší a využívání půdy mohou mít synergické efekty, které mění zranitelnost ekosystémů vůči změnám. V této souvislosti se vyvinul koncept metra-agro-plexu, regionu charakterizovaného hustou lidskou populací, urbanizací a intenzivním zemědělstvím. 52 Zkoumání geografií regionálních problémů s kvalitou ovzduší, urbanizace, populačního růstu a intenzivního zemědělství naznačuje, že se všechny odehrávají ve stejných regionech, například v jihovýchodní Asii, na východním a západním pobřeží Spojených států a v západní Evropě. Tyto oblasti mívají vysokou úroveň znečištění ovzduší se zvýšeným ozonem, oxidem uhelnatým, sírou a dusíkem. Urbanizace a industrializace vedou ke znečištění ovzduší a jeho prekurzorovým vstupům, ale blízkost měst a zemědělství činí zemědělský systém zranitelným vůči poškození ozónem, acidifikací a dalšími stresy. Intenzivní zemědělství je však samo zdrojem stopových plynů do atmosféry (NO, NH3a částice), které mohou interagovat s regionální chemií vzduchu, zejména na okrajích metra-agro-plexu. Ačkoli je znečištění ovzduší často považováno za akutní místní nebo regionální problém, metro-agro-plexy pokrývají dostatečnou plochu a obsahují dostatečně vysoký podíl světové populace, že jsou náležitě považovány za globální problém.

Znečištění ovzduší má také přímou globální složku. Nedávné práce využívající pozorování a modelování ukázaly, že se znečištění dusíkem stalo globálním problémem a že pravděpodobné budoucí změny ve využívání fosilních paliv a hnojiv povedou k vysoké depozici dusíku po celém světě. 53 Začátek v 80. letech, 54 antropogenní

depozice dusíku byla považována za potenciální regulátor uhlíkového cyklu. V devadesátých letech řada pečlivých studií 55 hodnotila potenciální efekty různých forem ukládání dusíku a dospěla k závěru, že globální změny dusíkového cyklu mohou mít vážný dopad na globální uhlíkový cyklus (viz deska 1). Tato analýza zahrnuje jak škodlivé účinky v oblastech znečištění jádra, tak mírné účinky hnojiv na okrajích znečištěných povodí. 56 Bylo také ukázáno a je pravděpodobné, že z prvních principů, že vysoká depozice N je v korelaci s vysokými hladinami ozónu (kvůli fotochemické vazbě NO a O3), což vede k potenciální situaci více napětí kombinující účinky zatížení N a oxidačního stresu. 57 Toto je obzvláště znepokojivé, protože tyto stresy, zejména v depozici, jsou také zahrnuty ve změnách biologické rozmanitosti.

Rané experimenty mají tendenci podporovat paradigma & ldquosubsidy-stress & rdquo pro N, ve kterém depozice N může vést ke zvýšenému růstu až na kritickou úroveň, nad kterou dominují škodlivé efekty. 58 Účinky předchozího využívání půdy mohou také hrát hlavní roli ve zranitelnosti systémů vůči stresu N, přičemž odpovídající předchozí historie změn rozpočtu N a fyziologie současné vegetace mění kvantitativní vztahy mezi zatížením dusíkem a dopady na ekosystém.

PŘÍPADOVÉ STUDIE

Uhlíkový cyklus

Věda o ekosystémech hrála hlavní roli ve studiích uhlíkového cyklu. Přestože přetrvávají značné nejistoty ohledně uhlíkového cyklu a toho, jak se může chovat v budoucnosti, došlo k významnému pokroku. Pokrok v této oblasti je zásadní, protože výzkum cyklu uhlíku tvoří základ pro stanovení cílů v mezinárodních jednáních ke zmírnění změny klimatu. 59 Pochopení současných a možných budoucích toků uhlíku je základním základem zdravé politiky pro řízení radiačního působení atmosféry. Vývoj přesných a spolehlivých technik měření toků uhlíku je nezbytným předpokladem pro hodnocení úspěšnosti opatření přijatých za účelem dosažení souladu s Rámcovou úmluvou o změně klimatu a pro sledování mezinárodního dodržování jiných opatření smlouvy. Věda o uhlíkovém cyklu je tedy zásadní pro mezinárodní rozhodování.

Koncem 80. let byl rozpočet oxidu uhličitého v atmosféře zjevně nevyrovnaný (viz tabulka 2.1). Uhlíkové modelování naznačovalo, že zdroje výroby fosilních paliv a cementu byly v zásadě vyváženy příjmem oceánů a atmosférickou akumulací. 60 Počínaje sedmdesátými léty však ekologové stále častěji zjišťovali, že do ovzduší dochází v důsledku změn ve využívání půdy značné emise (v osmdesátých letech byly tyto zdroje převážně tropické). Příspěvek na využití půdy byl založen na odhadech z uhlíkových rozpočtů na převod půdy a přeměnu plochy. Proto je dokonce vyžadována definice úplného souboru termínů v uhlíkovém cyklu (průmyslovém, mořském, atmosférickém a pozemském)

TABULKA 2.1 Průměrný roční rozpočet CO2 Poruchy v letech 1980 až 1989

(1) Emise ze spalování fosilních paliv a výroby cementu

(2) Čisté emise ze změn ve využívání tropické půdy

(3) Celkové antropogenní emise [(1)+(2)]

Rozdělení mezi nádrže

(4) Skladování v atmosféře

(6) Vychytávání pomocí opětovného růstu lesů na severní polokouli

POZNÁMKA: Toky a změny rezervoáru uhlíku vyjádřené v Gt C/rok. Chyby se hromadí kvadraturou.

ZDROJ: Schimel (1995). S laskavým svolením Blackwell Science.

sladění oceánografie, ekologie a geochemie. Rozpočtová nerovnováha 1 až 2 gigatony (Gt), neboli neschopnost modelů vysvětlit osud přebytečného uhlíku, se označuje jako & ldquomissing sink, & rdquo a přebytečný uhlík se předpokládal v pozemských ekosystémech, protože modely absorpce CO v oceánu2 indikován skutečný příjem 2 až 2,5 Gt, založený na kalibraci proti izotopovému 14 CO2 (z testování termonukleárních bomb), byly známy emise 61 a fosilních paliv a akumulace v atmosféře. Tato informace připravila půdu pro pozoruhodný pokrok.

Za prvé, chybějící jímka, ačkoli se všeobecně předpokládá, že pochází z CO2 hnojení pozemských ekosystémů, nikdy nebylo v žádném smyslu pozorováno. Množství bylo odvozeno z rozdílu hmotnostní bilance a přiřazení příčiny CO2 oplodnění bylo založeno na laboratorních experimentech a nepřímých důkazech. Několik vhodných datových souborů existovalo k identifikaci toho, co bylo považováno za všudypřítomnou, ale prostorově difúzní akumulaci uhlíku v pozemských ekosystémech. Na konci 80. let začalo několik skupin odhadovat prostorové vzorce CO2 zdroje a propady pomocí inverzního modelování (viz obrázek 2.5). Příspěvky autorů atmosférických vědců, oceánografů, geochemiků a ekologů prozkoumaly tuto metodiku a účinně prokázaly existenci CO2 potopit na severní polokouli pozemské ekosystémy. Počáteční publikace popisující potápěče na severní polokouli pozinkované ekology, kteří dříve shledali problém chybějícího dřezu, špatně položený pro empirický výzkum. Počáteční inverzní práce tedy vedla k zahájení, modifikaci a opětovnému přezkoumání mnoha studií. 62

Práce na biologických mechanismech, které jsou základem pozemského propadu, také ukázaly pozoruhodný a rostoucí interdisciplinární charakter. Účinek CO2 na fotosyntéze, dlouho známý z laboratorních studií, byl navržen jako vysvětlení pro další ekologický příjem CO2. Raná práce byla do značné míry

OBRÁZEK ​​2.5 Pozorovaný atmosférický CO2 koncentrace v místech baňkové sítě NOAA/ GMCC. Chybové pruhy představují 1 SD ročních průměrů na každém místě po úpravě na rok 1987. Křivka (a) je kubický polynom nejmenších čtverců vhodný pro data. Distribuce koncentrací v místech NOAA/GMCC byla také vypočtena pomocí transportních polí NASA/GISS/General Circulation Model. Ostatní křivky jsou polynomické pro vypočtené CO2 distribuce (nezobrazeno) s emisemi fosilních paliv, sezónní vegetací (bez čistého ročního zdroje nebo propadu), tropickým odlesňováním 0,3 Gt C za rok a třemi různými případy absorpce oceánů: (b) kompilace CO2 příjem na základě & minus & Psi CO2 datové a empirické přenosové koeficienty (c) CO2 příjem na základě stejných & minus & Psi CO2 mapa, ale vypočteno pomocí vztahu Liss-Merivat pro výměnu vzduch-moře (d) dřívější odhad absorpce oceánů v celkové výši 2,6 Gt C za rok. ZDROJ: Tans et al. (1990). S laskavým svolením Americké asociace pro rozvoj vědy.

provádějí fyziologicky orientovaní ekologové a agronomové a zaměřují se na účinky CO2 na fotosyntézu, sekundárně na růst rostlin a navíc na ekosystémové důsledky zvýšeného CO2 příjem. Přestože panoval skepticismus, že pozemská produktivita je omezena dostupností uhlíku, mnoho ekologů se domnívalo, že akumulace uhlíku je primárně omezena na živiny a téměř raný výzkum se zaměřil na počáteční fyziologické účinky zvýšeného CO2.

V polovině 90. let představa, že fyziologické účinky zvyšování CO2 může být modulována dostupností dusíku, která se stala široce přijímanou. 63 Argumentem je, že jak se organická hmota hromadí v reakci na rostoucí CO2 asociovaný dusík je izolován z aktivně cyklujícího fondu, který podporuje růst rostlin. 64 Jako CO2 hnojení postupuje, schopnost rostlin a půd ukládat více uhlíku by měla být stále více omezována dusíkem. I když je obtížné to experimentálně testovat (protože účinky desetiletí změn životního prostředí na rozpočty dusíku v ekosystémech nejsou pochopitelné nebo experimentálně snadno napodobitelné), jeho důsledky byly zkoumány v sérii modelových cvičení, jejichž výsledky byly porovnány s variacemi v prostorových a časové vzorce pozorovaného CO2. 65 Tyto studie opět zahrnovaly modeláře atmosférického transportu, geochemiky, ekology a stále více i atmosférické chemiky. Tato sbírka interdisciplinárních prací nejprve ukázala, že je obtížné zodpovědět více než zlomek chybějícího propadu (30 až 70 procent) na základě CO2 samotné hnojení a za druhé, které se mění v sezónním cyklu CO2 v posledních desetiletích nejsou v souladu s CO2 oplodnění je jediným mechanismem chybějícího dřezu. 66

S novým vědomím, že živiny mohou řídit cyklování uhlíku, několik pracovníků ukázalo, že rostoucí antropogenní znečištění dusíkem by mohlo způsobit podstatné zemské propadnutí CO2. Velikost tohoto propadu by závisela na prostorovém rozložení znečištění, zlomku oblastí, kde je znečištění N natolik závažné, aby se snížila produktivita, a na osudu N v ekosystémech. 67 Potrubí poháněné dusíkem by mohlo představovat některé prostorové a časové rozdíly mezi odhadovaným příjmem ze země a modelovaným CO2 efekty.

Uplynulé desetiletí výzkumu koloběhu uhlíku přineslo panorama mimořádných vědeckých úspěchů, a přesto přetrvávají skličující výzvy. Identifikace oblastí zdroje a jímky a ovládacích prvků těchto systémů je mimořádně obtížný vědecký problém. Je to však také zásadní problém a je třeba na něj zaútočit. Tento útok může vyžadovat intenzivnější a koordinovanější bitevní plán než vysoce úspěšné, ale ad hoc úsilí za posledních 10 let.

Modelování ekosystémů na více úrovních biologické organizace

Rané modely pozemské biogeochemie soustředily pozemskou biotu do malého počtu oddílů, definovaných jako živé a mrtvé a charakterizované dobou obratu. Ani hlavní biomy nebyly vždy rozlišeny. Účinky změn v distribuci vegetace (dostatečně zdokumentované v paleorecordu) nebyly brány v úvahu.Způsoby, kterými se ekosystémové modely vypořádávají s biotou, se za poslední desetiletí podstatně změnily. Nyní je všeobecně uznáváno, že funkční rozdíly mezi typy vegetace ovlivňují ekosystémové procesy. Uznává se také, že lidé různé druhy vegetace používají odlišně. Tyto rozdíly vůči lidem nejsou dostatečně indexovány například čistou primární produktivitou (NPP), mnoho západních oblastí USA má JE podobné

horské lesy, přesto jsou tyto systémy stěží zaměnitelné. Současné modely obsahují značné množství informací o vlastnostech druhů nebo růstových forem a simulují chování, které se liší podobným stresem v závislosti na biotických a edafických vlastnostech. 68 Přestože jsou znalosti o vazbě funkčních (uhlík, voda a dynamika živin) na procesy populace a komunity v globálním měřítku teprve v plenkách, jsou obecně považovány za další velkou výzvu. Jeden vlivný, i když velmi zjednodušený dokument, navrhl, že budoucím změnám globálního ekosystému skladování uhlíku budou dominovat populační procesy úmrtnosti, náboru a míry migrace nebo obnovy. 69

Důležitost zvažování procesů na biologických úrovních organizace byla zdůrazněna nedávnou rozsáhlou mezinárodní spoluprací, projektem modelování a analýzy vegetace a ekosystémů. 70 VEMAP porovnával modely biogeochemie a biogeografie pro souběžné Spojené státy v rámci budoucího podnebí simulovaného současným a obecným cirkulačním modelem (GCM) (současné klima je operativně definováno jako průměr za posledních několik desetiletí). Projekt zahrnoval tři modely biogeochemie a tři modely biogeografie (distribuce vegetačního typu) vyvinuté předními skupinami ze Spojených států a Evropy. Projekt byl strukturován jako analýza citlivosti s využitím faktoriálních kombinací klimatu (ze tří GCM) a přímého CO2 efekty (simulace byly provedeny při 350 a 700 částicích na milion objemu CO2). Simulace biogeochemie (JE, skladování uhlíku, obrat N) s klimatem a CO2 byly provedeny také změny s využitím potenciální přirozené vegetace a vegetačních distribucí ze tří biogeografických modelů. VEMAP byl motivován přáním několika ekologů a poskytovatelů financí získat nejmodernější výsledky ekologického modelování pro vstup do zprávy Mezivládního panelu o změně klimatu (IPCC) z roku 1995. Počáteční fáze VEMAP byly prováděny podle zrychleného plánu, aby bylo možné zveřejnit výsledky před termíny IPCC.

Přestože bylo provedeno několik interkomparačních studií ekosystémových modelů, 71 VEMAP byl jedinečný v propojení biogeochemických a biogeografických procesů. VEMAP také významně přispěl k vývoji konzistentních vstupních databází a modelovacích protokolů, což umožňuje jak validaci modelů, tak jejich důsledné porovnávání. Datová skupina VEMAP poskytla & ldquobioklimatology & rdquo domény, která zahrnovala úpravu dat tak, aby zohledňovala topografické efekty výškových a dešťových stínů a kompletní sadu proměnných potřebných jako vstup pro biologické modely (teplota, srážky, rychlost větru, záření, a vlhkost). Sada proměnných klimatu byla interpolována, aby byla zachována fyzická konzistence mezi proměnnými (např. Jsou zastoupeny slunečné i deštivé dny) a byla poskytována v konzistentních měsíčních a denních časových krocích. Data o klimatu byla registrována do mapy potenciální přirozené vegetace agregované do tříd v souladu se všemi šesti modely a do informací o vlastnostech půdy. Klimatické scénáře GCM pak byly poskytnuty jako změny od základní klimatologie. Databáze tedy poskytovala & ldquolevel hřiště a rdquo, které umožňovalo jasně vycházet intermodelní rozdíly. Ve většině ostatních srovnávacích studií byly rozdíly v

vstupní data použitá pro různé modely mají zakalenou interpretaci rozdílů mezi modely.

První publikace VEMAP popsaly studii a představily klíčové výsledky o dopadech změny klimatu jako vstup do IPCC. 72 Autoři uvedli, že CO2 Samotný nárůst (bez změny klimatu) způsobil mírné dopady na JE a skladování uhlíku, přičemž potenciální efekty na úrovni listů 30 až 40 procent na JE ve všech modelech byly sníženy na méně než 10 procent prostřednictvím zpětné vazby na úrovni ekosystémů prostřednictvím cyklování dusíku a vody dostupnost (viz tabulka 2.2). Modelované reakce na změnu klimatu a měnící se CO2 společně byly obvykle větší, ale proměnlivější než CO2 sama. Odezvy byly zesíleny, protože teplejší podmínky zrychlily N cykly modelu, čímž se snížilo omezení N akumulace uhlíku, ke kterému došlo při simulacích zdvojnásobeného CO2 sama. Když byla zahrnuta biotická změna propojením projekcí přerozdělování vegetace s biogeochemickými modely, efekty se ještě zvětšily a byly variabilnější, přičemž některé modely vykazovaly účinky opačného znaménka v závislosti na kombinaci klimatického scénáře, vegetačního scénáře a použitých modelů. Zatímco se modely shodly na aktuálních zásobách a tavidlech, jejich reakce na změnu prostředí byly proměnlivé. Jak byly do studie přidány další poruchy životního prostředí, rozdíly mezi modely v cyklování uhlíku se zvýšily. V prvním experimentu reakce na CO2 modelován byl samotný nárůst a poté CO2 plus byly zkoumány klimatické změny. Konečně účinky CO2 a klima na distribuci vegetace a účinky všech tří faktorů (CO2(klima a biogeografie) na zásobách uhlíku a tavivech. Když byly do experimentu přidány tyto další faktory, rozdíly v predikcích mezi modely se zvětšovaly. Navzdory tomuto neočekávanému výsledku všechny biogeochemické modely ukázaly, že dusíkový cyklus ovlivňuje citlivost uhlíkového cyklu na CO2 a podnebí. 73

Paradox VEMAP & mdash, že se modely shodly na skladování JE a uhlíku za současných podmínek, ale simulovaly divergentní chování za změněných podmínek & mdashled k podrobné analýze modelových mechanismů. 74 Analýza ukázala, že zatímco se modely shodly na kontinentálním průměrném JE a zásobách uhlíku (viz tabulka 2.2), neshodly se na prostorových vzorech v rámci typů vegetace a v zásadě předpovídaly různé vztahy JE a rozkladu na živinové a biofyzikální kontroly. 75 Rozdílná prostorová citlivost JE na vodu oproti regulaci živin byla jasným prediktorem reakce na změny v modelovaných klimatických podmínkách. Modely, které měly vysokou citlivost na evapotranspiraci (a tedy přímé klimatické efekty) ve vztahu k omezení živin, se za změněných klimatických podmínek chovaly odlišně než modely s opačnou citlivostí. Dosud provedené validační studie poskytují jasné informace o tom, proč se modely liší, a o datech a experimentech potřebných k vytvoření správného mechanismu. 76 Snahy o testování modelů VEMAP jsou koordinovány se sítěmi CO v USA a IGBP2 experimenty s hnojením a studie toku baldachýnu.

Srovnání VEMAP vyžadovalo, aby se modelové skupiny dohodly na společném věku pro lesní porosty, aby nedocházelo k matení rozdílů ve stáří porostů


Jsou účinky globálního oteplování opravdu tak špatné?

Osm stupňů Fahrenheita. Možná to nebude znít moc-možná je rozdíl mezi tím, když si vezmete svetr a nenosíte ho brzy na jaře. Ale pro svět, ve kterém žijeme, který projekt odborníků na klima bude do roku 2100 teplejší alespoň o osm stupňů, pokud by globální emise pokračovaly na jejich současné cestě, bude mít tento malý vzestup vážné důsledky, které se již začínají projevovat, pro každý ekosystém a živá věc - včetně nás.

Podle National Climate Assessment jsou lidské příčiny číslo jedna příčinou globálního oteplování, zejména uhlíkové znečištění, které způsobujeme spalováním fosilních paliv a zachycování znečištění, kterému zabraňujeme ničením lesů. Oxid uhličitý, metan, saze a další znečišťující látky, které vypouštíme do atmosféry, působí jako přikrývka, zachycující sluneční teplo a způsobující oteplování planety. Důkazy ukazují, že roky 2000 až 2009 byly teplejší než jakákoli jiná dekáda nejméně za posledních 1300 let. Toto oteplování podstatným způsobem mění klimatický systém Země, včetně jeho pevniny, atmosféry, oceánů a ledu.

Častější a drsnější počasí

Vyšší teploty zhoršují mnoho typů katastrof, včetně bouří, vln veder, záplav a sucha. Teplejší klima vytváří atmosféru, která může shromažďovat, zadržovat a vypouštět více vody, měnící se povětrnostní podmínky takovým způsobem, že mokré oblasti jsou vlhčí a suché oblasti sušší. „Extrémní počasí stojí čím dál víc,“ říká Aliya Haq, zástupkyně ředitele iniciativy NRDC Clean Power Plan. „Očekává se, že počet miliardových katastrof způsobených počasím poroste.“

Podle Národního úřadu pro oceán a atmosféru bylo v roce 2015 ve Spojených státech 10 událostí spojených s povětrnostními a klimatickými katastrofami - včetně silných bouří, záplav, sucha a lesních požárů - které způsobily ztráty nejméně 1 miliardu dolarů. Pro souvislosti, každý rok od roku 1980 do roku 2015 činil průměrně 5,2 miliardy USD při katastrofách (očištěno o inflaci). Pokud se v letech 2011 až 2015 vynulujete, uvidíte roční průměrné náklady 10,8 miliardy dolarů.

Rostoucí počet sucha, intenzivní bouře a záplavy, které pozorujeme, když se oteplovací atmosféra drží - a pak skládky -, větší vlhkost představuje riziko i pro veřejné zdraví a bezpečnost. Prodloužená suchá kouzla znamenají více než jen spálené trávníky. Podmínky sucha ohrožují přístup k čisté pitné vodě, nekontrolovatelné požáry paliva a způsobují ve Spojených státech bouře prachu, extrémní vedra a bleskové záplavy. Jinde na celém světě je nedostatek vody hlavní příčinou úmrtí a vážných nemocí. Na opačném konci spektra silnější deště způsobují přetékání potoků, řek a jezer, což poškozuje život a majetek, kontaminuje pitnou vodu, vytváří úniky nebezpečného materiálu a podporuje zamoření plísní a nezdravý vzduch. Teplejší a vlhčí svět je také přínosem pro choroby přenášené potravinami a vodou a hmyz přenášející choroby, jako jsou komáři, blechy a klíšťata.

Vyšší úmrtnost

Dnešní vědci označují změnu klimatu za „největší globální zdravotní hrozbu 21. století“. Je to hrozba, která se týká nás všech-zejména dětí, starších osob, komunit s nízkými příjmy a menšin-různými přímými i nepřímými způsoby. S rostoucími teplotami se zvyšuje i výskyt nemocí, návštěvy na pohotovosti a úmrtí.

„V místech, kde na to lidé nejsou zvyklí, je více horkých dnů,“ říká Haq. „Nemají klimatizaci nebo si ji nemohou dovolit. Jeden nebo dva dny není velký problém. Ale čtyři dny v kuse, kdy teploty neklesají, dokonce ani v noci, vedou k vážným zdravotním následkům.“ Ve Spojených státech dochází každoročně ke stovkám úmrtí souvisejících s teplem v důsledku přímých dopadů a nepřímých účinků tepelně zhoršených, život ohrožujících nemocí, jako je vyčerpání z tepla, úpal a kardiovaskulární a ledvinové choroby. Extrémní vedra zabíjejí v průměru ročně více Američanů než hurikány, tornáda, povodně a blesky dohromady.

Špinavější vzduch

Rostoucí teploty také zhoršují znečištění ovzduší zvýšením přízemního ozónu, který vzniká, když znečištění z automobilů, továren a dalších zdrojů reaguje na sluneční světlo a teplo. Přízemní ozon je hlavní složkou smogu a čím teplejší věci jsou, tím více ho máme. Špinavější vzduch je spojen s vyšší mírou hospitalizace a vyšší úmrtností astmatiků. Zhoršuje zdravotní stav lidí trpících srdečními nebo plicními chorobami. A vyšší teploty také výrazně zvyšují vzdušný pyl, což je špatná zpráva pro ty, kteří trpí sennou rýmou a dalšími alergiemi.

Vyšší míry vyhynutí divoké zvěře

Jako lidé stojíme před spoustou výzev, ale rozhodně nejsme jediní, kdo chytají teplo. Jak země a moře procházejí rychlými změnami, zvířata, která je obývají, jsou odsouzena zmizet, pokud se dostatečně rychle nepřizpůsobí. Někdo to zvládne a někdo ne. Podle hodnocení Mezivládního panelu pro změnu klimatu z roku 2014 mnoho druhů suchozemských, sladkovodních a oceánských druhů ve snaze uniknout oteplování přesouvá své geografické oblasti do chladnějších podnebí nebo do vyšších nadmořských výšek. Mění také sezónní chování a tradiční migrační vzorce. A přesto mnozí stále čelí „zvýšenému riziku vyhynutí v důsledku změny klimatu“. Studie z roku 2015 skutečně ukázala, že druhy obratlovců - zvířata s páteří, jako jsou ryby, ptáci, savci, obojživelníci a plazi - mizí 114krát rychleji, než by mělo, což je jev, který je spojen se změnou klimatu, znečištěním a odlesňováním .

Kyselejší oceány

V důsledku změny klimatu jsou mořské ekosystémy Země pod tlakem. Oceány jsou stále kyselejší, z velké části díky absorpci některých našich přebytečných emisí. Jak se toto okyselování zrychluje, představuje vážnou hrozbu pro podmořský život, zejména pro tvory se skořápkami nebo kostrami uhličitanu vápenatého, včetně měkkýšů, krabů a korálů. To může mít obrovský dopad na lov měkkýšů. Od roku 2015 se okyselení skutečně domnívá, že stálo průmysl ústřic v pacifickém severozápadě téměř 110 milionů dolarů. Pobřežní komunity v 15 státech, které jsou závislé na celoroční celoroční sklizni ústřic, škeblí a dalších skořápkových měkkýšů, čelí podobným dlouhodobým ekonomickým rizikům.

Vyšší hladiny moří

Polární oblasti jsou obzvláště citlivé na oteplovací atmosféru. Průměrné teploty v Arktidě rostou dvakrát rychleji než jinde na Zemi a světová ledová pokrývka rychle taje. To má nejen závažné důsledky pro obyvatele regionu, divokou zvěř a rostliny, ale jeho nejzávažnější dopad může být na stoupající hladinu moří. Odhaduje se, že do roku 2100 budou naše oceány o jeden až čtyři stopy výše, což ohrožuje pobřežní systémy a nízko položené oblasti, včetně celých ostrovních národů a největších světových měst, včetně New Yorku, Los Angeles a Miami a také Bombaje, Sydney, a Rio de Janeiro.

Není pochyb: změna klimatu slibuje děsivou budoucnost a je příliš pozdě vrátit hodiny. Už jsme se o to postarali tím, že jsme do ovzduší téměř nekontrolovaně čerpali znečištění v hodnotě století. „I kdybychom zítra zastavili všechny emise oxidu uhličitého, stále bychom viděli nějaké efekty,“ říká Haq. To je samozřejmě špatná zpráva. Ale jsou tu i dobré zprávy. Agresivním snížením našich globálních emisí nyní „se můžeme vyhnout spoustě vážných následků, které by jinak změna klimatu přinesla,“ říká Haq.


Obrázek 4.3

Jak se modelování klimatu za posledních 120 let vyvíjelo, bylo do modelů začleněno rostoucí množství fyzikálních věd. Tento obrázek ukazuje, kdy se různé součásti klimatického systému pravidelně začleňovaly do simulací globálního klimatického modelu.

Kromě rozšíření počtu procesů v modelech a zlepšení zpracování stávajících procesů se v průběhu času zvyšoval celkový počet GCM a průměrné horizontální prostorové rozlišení modelů, protože počítače jsou stále výkonnější a s každou další verzí projekt vzájemného srovnávání modelu Světového programu výzkumu klimatu (WCRP) (CMIP). CMIP5 poskytuje výstup z více než 50 GCM s prostorovým rozlišením v rozmezí od 50 do 300 km na horizontální velikost a proměnným vertikálním rozlišením řádově stovky metrů v troposféře nebo nižší atmosféře.

Často se předpokládá, že složitější a aktuálnější modely s vyšším rozlišením budou fungovat lépe a/nebo vytvoří robustnější projekce než modely předchozí generace. Velká část výzkumu porovnávající simulace CMIP3 a CMIP5 však dospěla k závěru, že ačkoli se prostorové rozlišení CMIP5 oproti CMIP3 zlepšilo, celkové zlepšení výkonu je relativně malé. U určitých proměnných, oblastí a ročních období dochází k určitému zlepšení u ostatních, existuje malý rozdíl nebo dokonce někdy snížení výkonu, protože větší složitost nemusí nutně znamenat lepší výkon. 65, 66, 67, 68 Simulace CMIP5 ukazují mírné zlepšení schopnosti modelu simulovat ENSO, 69 některé aspekty charakteristik mraků, 70 a rychlost ztráty arktického mořského ledu, 71 a také větší shodu ohledně předpokládaného sušení na jihozápadě United Státy a Mexiko. 68

Předpokládané změny v množství srážek hurikánů a snížení četnosti tropických bouří jsou podobné, ale projekce nárůstu frekvence nejsilnějších hurikánů na základě CMIP5 jsou obecně menší než projekce založené na CMIP3. 72 Na druhé straně mnoho studií nachází malý nebo žádný významný rozdíl ve velkém měřítku změn průměrné i extrémní teploty a srážek z CMIP3 na CMIP5. 65, 68, 73, 74 Simulace CMIP3 jsou také řízeny scénáři SRES, zatímco simulace CMIP5 jsou řízeny scénáři RCP. Ačkoli některé scénáře mají srovnatelné CO2 dráhy koncentrace (obrázek 4.1), rozdíly v non-CO2 druhy a aerosoly by mohly být zodpovědné za některé rozdíly mezi simulacemi. 68 V NCA3 byly projekce založeny na simulacích z CMIP3 i CMIP5. V této zprávě jsou budoucí projekce založeny pouze na CMIP5.

GCM se neustále rozšiřují, aby zahrnovaly více fyziky, chemie a stále více dokonce biologii a biogeochemii při práci v klimatickém systému (obrázek 4.3). Interakce uvnitř a mezi různými složkami klimatického systému vedou k pozitivním a negativním zpětným vazbám, které mohou posílit nebo tlumit účinek lidských emisí na klimatický systém. Rozsah, v jakém modely tyto procesy výslovně řeší nebo začleňují, určuje jejich citlivost na klima nebo reakci na vnější působení (viz kap. 2: Fyzické hybné síly změny klimatu, oddíl 2.5 o citlivosti klimatu, a kap. 15: Potenciální překvapení o důležitosti procesy, které nejsou zahrnuty v dnešních GCM).

Důvěra v užitečnost budoucích projekcí generovaných globálními klimatickými modely je založena na několika faktorech. Patří sem základní povaha fyzikálních procesů, které představují, jako je radiační přenos nebo dynamika geofyzikálních tekutin, které lze testovat přímo na základě měření nebo teoretických výpočtů, aby se prokázalo, že aproximace modelu jsou platné (např. IPCC 1990 19). Zahrnují také rozsáhlou literaturu věnovanou hodnocení a hodnocení modelových schopností simulovat pozorované rysy zemského systému, včetně rozsáhlých módů přirozené variability, a reprodukovat jejich čistou odezvu na vnější působení, která zachycuje interakci mnoha procesů, které vytvářet zpětné vazby pozorovatelného klimatického systému (např. Flato et al. 2013 64). Neexistuje lepší rámec pro integraci našich znalostí o fyzikálních procesech do komplexního propojeného systému, jako je zemské klima.

Vzhledem ke své složitosti GCM obvykle staví na předchozích generacích, a proto mnoho modelů není na sobě zcela nezávislých. Mnozí sdílejí nápady i komponenty modelu nebo kód, což komplikuje interpretaci multimodelních souborů, o nichž se často předpokládá, že jsou nezávislé.75, 76 Posouzení nezávislosti různých modelů je jednou z klíčových informací, které jsou součástí přístupu vážení použitého v této zprávě (viz příloha B: Strategie vážení).

4.3.2 Regionální klimatické modely

Dynamické downscalingové modely jsou často označovány jako regionální klimatické modely, protože zahrnují mnoho stejných fyzikálních procesů, které tvoří globální klimatický model, ale simulují tyto procesy s vyšším prostorovým rozlišením v menších regionech, jako jsou západní nebo východní Spojené státy ( Obrázek 4.4). 77 Většina simulací RCM používá jako okrajové podmínky pole GCM z předem vypočítaných globálních simulací. Tento přístup umožňuje RCM čerpat z široké sady simulací GCM, jako je CMIP5, ale neumožňuje možné obousměrné zpětné vazby a interakce mezi regionálním a globálním měřítkem. Dynamické downscaling lze také provádět interaktivně prostřednictvím vnoření regionální mřížky nebo modelu s vyšším rozlišením do globálního modelu během simulace. Oba přístupy přímo simulují dynamiku regionálního klimatického systému, ale pouze druhý umožňuje obousměrné interakce mezi regionálními a globálními změnami.

RCM jsou výpočetně náročné a poskytují širokou škálu výstupních proměnných, které řeší regionální klimatické rysy důležité pro posuzování klimatických dopadů. Velikost jednotlivých buněk mřížky může být v některých studiích až 1 až 2 km (0,6 až 1,2 míle) na jeden gridbox, ale častěji se pohybuje v rozmezí od 10 do 50 km (6 až 30 mil). V menších prostorových měřítcích a pro specifické proměnné a oblasti se složitým terénem, ​​jako jsou pobřeží nebo hory, se ukázalo, že regionální klimatické modely přinášejí přidanou hodnotu. 78 Jak se zvyšuje rozlišení modelu, RCM jsou také schopny explicitně vyřešit některé procesy, které jsou parametrizovány v globálních modelech. Například některé modely s prostorovými měřítky pod 2,5 km (4 km) jsou schopny upustit od parametrizace konvekčních srážek, což je u hrubších modelů významný zdroj chyb a nejistoty. 79 RCM mohou také začlenit změny ve využívání půdy, krajinném pokryvu nebo hydrologii do místního klimatu v prostorových měřítcích relevantních pro plánování a rozhodování na regionální úrovni.

Navzdory rozdílům v rozlišení jsou RCM stále předmětem mnoha stejných typů nejistot jako GCM. I RCM s nejvyšším rozlišením nemůže explicitně modelovat fyzické procesy, které se vyskytují v ještě menších měřítcích, než je model schopen místo toho vyřešit, jsou vyžadovány parametrizace. Podobně RCM nemusí zahrnovat proces nebo interakci, která ještě není dobře pochopena, i když je možné ji vyřešit v prostorovém měřítku modelu. Jeden další zdroj nejistoty jedinečný pro RCM vyplývá ze skutečnosti, že na svých hranicích RCM vyžadují výstup z GCM k zajištění cirkulace ve velkém měřítku, jako jsou větry, teplota a vlhkost, do jaké míry řídící GCM správně zachycuje rozsáhlou cirkulaci a klima ovlivní výkon RCM. 80 RCM lze vyhodnotit přímým porovnáním jejich výstupu s pozorováním, přestože tento proces může být náročný a časově náročný, často je nutné kvantifikovat příslušnou úroveň spolehlivosti, kterou lze do jejich výstupu vložit. 77

Studie rovněž zdůraznily důležitost simulací velkého souboru při kvantifikaci regionálních změn. 81 Vzhledem k jejich výpočetní náročnosti jsou však rozsáhlé soubory projekcí založených na RCM vzácné. Největší soubory simulací RCM pro Severní Ameriku pořádá Severoamerický regionální program pro posuzování změny klimatu (NARCCAP) a severoamerický projekt CORDEX (NA-CORDEX). Tyto simulace jsou užitečné pro zkoumání vzorců změn v Severní Americe a poskytují širokou škálu povrchových a horních proměnných pro charakterizaci budoucích dopadů. Protože tyto soubory jsou založeny na čtyřech simulacích ze čtyř CMIP3 GCM pro středně vysoký scénář SRES (NARCCAP) a šest CMIP5 GCM pro dva scénáře RCP (NA-CORDEX), nezahrnují celý rozsah nejistoty v budoucích projekcích v důsledku lidské činnosti, přirozená variabilita a citlivost na klima.


7 | Jak plasty ovlivňují zvířata a životní prostředí

Tento zdroj seznamuje děti s účinky plastových sáčků na zvířata v oceánu a diskutuje o tom, jak mohou tradiční plastové sáčky zůstat po dobu 1000 let.

Zkoumá také, jaké máme alternativy pro zelenější budoucnost.

Tento zdroj PDF obsahuje článek o plastových pytlích a jejich vlivu na zvířata a životní prostředí a také nápady na doprovodné aktivity:

  • Uskutečněte debatu o novějších pytlích, jejichž rozpad trvá pouhé tři roky. Je to v pořádku? Nebo bychom se měli mít lépe?
  • Uveďte, kolik slov začínajících předponou ‘bio ’ si dokážete představit
  • Napište příběh o pěti větách mapující cestu igelitové tašky z obchodu do oceánu
  • Nákupní tašky mohou vážit až 2 kg. Prozkoumejte, o kolik potravin se jedná a kolik způsobů můžete získat 2 kg jídla pomocí různých položek

Změna klimatu a mořský život

Workshop Marine Climate Impacts Workshop se konal od 29. dubna do 3. května 2012 v americkém Národním centru ekologické analýzy a syntézy v Santa Barbaře. Tento workshop byl vyvrcholením série šesti setkání za poslední tři roky, na kterých se sešlo 25 odborníků na ekologii změny klimatu, analýzu rozsáhlých datových souborů, paleontologii, mořskou ekologii a fyzickou oceánografii. Cílem těchto workshopů bylo vytvořit globální syntézu dopadů klimatu na mořskou biotu, identifikovat citlivá stanoviště a taxony, informovat o současném procesu Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) a posílit výzkum ekologických dopadů změny klimatu.

1. Úvod

Mořské ekosystémy pokrývají 71 procent zemského povrchu, přesto jsou naše znalosti o jejich reakci na změnu klimatu pouhou kapkou v oceánu ve srovnání s pozemskými systémy [1,2]. Ve čtvrté hodnotící zprávě Mezivládního panelu pro změnu klimatu (IPCC) z roku 2007 pocházelo z mořského života méně než 1 % souhrnných informací o dopadech změny klimatu na přírodní systémy [1,3]. Stále více důkazů naznačuje, že mořské rostliny a živočichové by mohli reagovat stejně rychle nebo rychleji než jejich pozemské protějšky, a to jak z pozorování [3–5], tak z teorie [6]. Vzhledem k ekosystémovým službám poskytovaným světovými oceány a blížící se páté hodnotící zprávě IPCC je potřeba lepšího pokrytí mořských systémů přesvědčivá. Zde popisujeme hlavní pokroky ze série workshopů Národního centra ekologické analýzy a syntézy (NCEAS) a diskutujeme o nově vznikajících směrech výzkumu pro disciplínu ekologie změny klimatu. Zahrnuty byly konkrétní otázky: i) Reagují mořské druhy a společenství na změnu klimatu podle očekávání? ii) Jak jsou míry reakcí ve srovnání s pozemskými systémy? (iii) Které taxonomické skupiny a biomy jsou nejcitlivější? a (iv) Jak můžeme zlepšit návrh a provedení studií ekologie změny klimatu, abychom posílili spolehlivost závěrů?

2. Dopady klimatu: všudypřítomné, soudržné a rychlé

Na prvním workshopu jsme diskutovali, zda by naše větší porozumění dopadům pozemského klimatu mohlo být použito k vyplnění mezery ve znalostech mořských systémů. Ačkoli existují společné rysy, dospěli jsme k závěru, že mnohé reakce oceánů jsou jedinečné, protože biologie je ovlivněna kontrastními časovými a prostorovými měřítky oceánských a atmosférických procesů. Důsledky pomalé dynamiky oceánů například naznačují, že snížení pH oceánu, které pravděpodobně ovlivní kalcifikující organismy, od korálů v tropech po pelagické šneky v polárních ekosystémech, bude trvat desítky tisíc let, než se znovu vyrovná s předindustriálními podmínkami. Ukázalo se také, že detekce a přiřazování dopadů změny klimatu v mořských systémech představuje pro mořské ekology značné výzvy. Patří sem odběr vzorků v trojrozměrném prostředí, přirozená variabilita v dekadických nebo delších časových měřítcích (nebo potenciálně mořští vědci o tom mají větší povědomí než jejich pozemské protějšky), ochlazování velkých oblastí (asi 15%, 1960–2009) oceánu [6], a neadekvátní teplotní odhady v mělkých pobřežních vodách (např. Přílivová zóna) z globálních klimatických modelů.

Abychom se vypořádali s našimi pěti hlavními otázkami, provedli jsme komplexní metaanalýzu publikované literatury o dopadech změny klimatu na mořský život. To vyžadovalo shromažďování informací o prostorovém a časovém rozsahu každé studie, použitých statistických přístupech, zda došlo ke změnám v místních nebo globálních klimatických metrikách, a robustnosti publikovaných závěrů. Během několika příštích workshopů jsme zkontrolovali literaturu o klimatických změnách a sestavili globální databázi obsahující 1736 pozorování z 209 publikovaných studií o 857 druzích. V rámci workshopů byla podrobně diskutována interpretace jednotlivých studií.

Ačkoli v široké veřejnosti existuje představa, že dopady změny klimatu na oceánské ekosystémy jsou problémem budoucnosti, byli jsme ohromeni všudypřítomnou povahou změn, které jsou již pozorovatelné napříč různými taxony a oceány. Zjistili jsme, že změna klimatu má ucelený a významný dopad napříč všemi ekosystémy (od pobřežního až po otevřený oceán), zeměpisnými šířkami (od polárních po tropické) a trofickými úrovněmi (fytoplankton ke špičkovým predátorům). Pozorované rychlosti změn ve fenologii a distribuci byly rychlejší než ty, které byly pozorovány u suchozemských rostlin a živočichů. To vyvolalo diskusi o zranitelnosti druhů a ekosystémů. Tropické druhy mohou být obzvláště citlivé na změnu klimatu kvůli úzkým fyziologickým limitům v suchozemských i mořských systémech. Proto mohou být ohroženy hyperrozmanité regiony, jako například indo-pacifický hotspot pro mořskou biologickou rozmanitost.

3. Mezery v datech: větší nasazení pro časové řady

Hlavním omezením globálních analýz je, že výzkumné úsilí je ve vesmíru extrémně neuspořádané. Analýza sestavené databáze odhalila, že stejně jako u pozemských systémů našim znalostem klimatických dopadů dominovalo několik dobře studovaných regionů (obrázek 1). Zejména mírné oblasti severního Atlantiku a severního Pacifiku jsou relativně dobře pokryty časovými řadami, zejména Severním mořem. Existuje několik dlouhodobých pozorování v rozlehlých vodách tropů a subtropů, kolem rozvojových zemí a zemí na jižní polokouli, a zejména v Indickém a Jižním oceánu. S ohledem na různá stanoviště v naší databázi jsme očekávali zachycení většiny pozorování z nejlépe studovaných a srozumitelných taxonů. Zdaleka nejstudovanější skupinou z hlediska časových řad na světě jsou ryby. Tato skupina představovala 41 procent našich pozorování v databázi, ale nepochybně existuje mnoho dalších časových řad rybolovu, které nebyly analyzovány v kontextu změny klimatu. Účastníci workshopu byli také překvapeni, když zjistili, že nebylo více pozorování korálových útesů, které by splňovalo kritéria naší databáze, například dlouhodobá kombinovaná pozorování biologických a klimatických proměnných. A to navzdory silné atribuční vazbě na teplotu založenou na solidním mechanistickém chápání role, kterou oteplování hraje při bělení korálů, úspěchu programů satelitní predikce na základě teploty a paleontologických důkazů.

Obrázek 1. Graf hustoty mořských biologických časových řad o délce více než 19 let slouží k hodnocení dopadů změny klimatu.

Workshopy diskutovaly o mnoha způsobech, jak napravit nedostatek dlouhodobých pozorování v řídce vzorkovaných oceánských oblastech. Účinný přístup, který se stále více uplatňuje, zahrnuje měření změn v růstu korálů z jader, které sahají do staletí zpět a mohou pomoci zaplnit mezery v datech v tropickém oceánu. Rovněž jsme poznali, že fyzická oceánografická komunita byla úspěšná v získávání průběžných finančních prostředků na pozorování změny klimatu. Global Ocean Observing System, globální iniciativa podporující mořská pozorování pro výzkum a průmysl, se historicky zaměřuje na fyzikální vlastnosti oceánu, ale stále více zahrnuje biologii. Pro biology se objevuje příležitost úzce spolupracovat s fyzickými oceánografy na vytvoření integrovaných pozorovacích systémů, což umožní kritickému množství výzkumníků využít financování. Dobrým příkladem je australský integrovaný námořní pozorovací systém, který kromě standardních fyzikálních měření shromažďuje pravidelná data o planktonu, bentosu a rybách z více platforem a často ve spojení s fyzikálními proměnnými. Oceánský biogeografický informační systém by také mohl být potenciálně použit pro cílený výzkum změny klimatu. Tato rozsáhlá online databáze má v současné době 32,3 milionu záznamů o výskytu. Úkolem je standardizovat tato data, aby vytvořila robustní časové řady, ale výplata by stála za to. Důležitou součástí řešení pro vyplnění globálních mezer v časových řadách je identifikace mechanismů financování, které mohou podporovat pozorování oceánů v rozvojových zemích.

4. Účinky oteplování: ekologické hledisko

Na čtvrtém workshopu vyšlo najevo, že potřebujeme vyvinout naše obecné hypotézy pro reakce na změnu klimatu i mimo dřívější jarní posuny a posuny do pole. Zkontrolovali jsme několik příkladů, kdy reakce na změnu klimatu nesplnila tato obecná očekávání. Například rozšíření rozsahu druhů někdy sledovalo východo -západní osu pobřežních linií (nikoli pólových), nebo vrcholy načasování chovu mořských ptáků nastaly později (ne dříve) v roce. Téměř ve všech takových případech reakce druhů souvisejících se studiemi na změny místní klimatické proměnné. Diskutovali jsme o výzvách, které měnící se tepelné prostředí představuje pro druhy, a o potřebě ekologicky relevantních opatření pro změnu teploty. Aplikovali jsme koncept rychlosti změny klimatu na datové soubory teploty povrchu moře, abychom vytvořili předpovědi tempa a směru, kterým by se druhy měly pohybovat, aby sledovaly regionální změnu klimatu [6]. Také jsme navrhli nový index založený na posunu špičkového načasování měsíčních teplot, abychom upřesnili hypotézy pro změnu fenologie. Tyto indexy dávají komplexní mozaiku předpovídaných posunů rozsahu a fenologických změn, které se odchylují od prosté migrace do pole a dřívějších pramenů nebo pozdějších podzimů. Účastníci workshopu zvážili relevanci těchto indexů pro reakce druhů a pravděpodobné rozdíly mezi suchozemskými a oceánskými druhy. Tyto indexy byly také použity k identifikaci potenciálních obav o zachování, protože oblasti s vysokou mořskou biodiverzitou mají často větší rychlosti změny klimatu a sezónních posunů.

5. Zavedení ekologie změny klimatu jako disciplíny

Rozvíjející se disciplína ekologie změny klimatu má pro veřejnou politiku důležité ponaučení a čelí intenzivní veřejné kontrole. Je proto klíčové, aby ekologie změny klimatu měla robustní, transparentní a obhajitelné vědecké přístupy. Workshopy poskytly vynikající místo pro sebekritické hodnocení disciplíny a pro konkrétní přísnější doporučení.

Účastníci si uvědomili, že mnoho článků v disciplíně, včetně jejich vlastních, má zásadní nedostatky. Střízlivé bylo například to, že 55 procent všech biologických pozorování, která údajně hodnotila dopady změny klimatu, nebyla podrobena explicitním statistickým testům shody s klimatickou proměnnou. Minimální požadavek ve studiích ekologie změny klimatu by mělo být použití korelačních analýz k propojení biologických a fyzikálních proměnných. Dále v databázi 75 procent všech vztahů mezi biologií a fyzikou zahrnovalo pouze klimatické proměnné a nezohledňovalo alternativní ovladače. Tyto studie by mohly nadhodnocovat účinek změny klimatu, protože nerozdělují další všudypřítomné lidské tlaky ani neřeší účinky přirozené proměnlivosti klimatu. Mnoho z nejsilnějších analýz bylo v rybářské vědě, kde existuje tradice oddělení přirozené variability klimatu od lidského vykořisťování. Tyto analýzy poskytují vzor pro další práci. Pravděpodobně největší slabinou však byla absence předchozích očekávání na základě pozorování, experimentů nebo teorie, což vedlo k výskytu méně robustních post-hoc vysvětlení pozorování. Mnoho studií nedoložilo, a to ani dopředu, ani v diskusi, změny v biologii, které autoři očekávali pod změnou klimatu, ani zdůvodnění za nimi. Paleontologická data, experimenty a ekologickou teorii je třeba lépe využít, aby se vytvořila předchozí očekávání založená na důkazech. Detekci a přiřazování reakcí na změnu klimatu lze rychle zlepšit jasnou formulací předchozích očekávání, využitím řady statistických přístupů a zahrnutím alternativních hypotéz.

6. Závěrečné poznámky: další kroky v ekologii změny klimatu

Série setkání posílila spolupráci mezi různými vědci a přinesla nové porozumění. Formát NCEAS byl mimořádně účinný, částečně proto, že účastníci pocházeli z řady profesních fází, od doktorandů po plně osvědčené profesory. Tato směsice kariérních fází nejenže poskytla mladým výzkumným pracovníkům vynikající příležitosti ke vzdělávání, ale zavedeným výzkumným pracovníkům také prospěla spolupráce s lidmi, kteří měli čas a chuť dotáhnout myšlenky do konce. Kromě toho bylo každé pětidenní setkání dostatečně dlouhé, aby umožnilo vykonat skutečnou práci a zajistilo, že se účastníci navzájem cítí dobře. NCEAS poskytl úspěšný a nákladově efektivní model pro integrační, interdisciplinární vědu a podobná centra jsou potřebná k řešení naléhavých vědeckých a environmentálních problémů.

Nakonec věříme, že zásadní pokroky v našem chápání ekologie změny klimatu budou vyžadovat úzkou spolupráci mezi vědci z celého světa, kteří pracují na klíčových primárních datových sadách. Aktuální globální studie jsou metaanalýzy publikovaných dat. Trpí jak publikační předpojatostí, tak zaměřením pouze na jeden aspekt změny klimatu (např. Fenologie) v každé studii. Soustředí se také na zvířata a rostliny, které reagují [1,2]. Abychom získali integrovanější a nezaujatější pohled na klimatické dopady, musíme shromáždit dlouhodobá primární pozorování více taxonů po celém světě. Klíčovou nezodpovězenou otázkou v naší pracovní skupině je, zda druhy, které typickými způsoby nereagují na změnu klimatu, jsou více či méně zranitelné než druhy, které rychle mění svoji distribuci a fenologii.