Новое исследование подробно отображает планетарные границы «функциональной целостности биосферы» в пространстве и времени. Оно показывает, что 60% мировых земельных площадей уже находятся за пределами локально определённых безопасных зон, а 38% — в зоне повышенного риска.
Исследование проводилось под руководством Потсдамского института исследований воздействия климата (PIK) совместно с Университетом природных ресурсов и прикладных наук жизни в Вене и опубликовано в журнале One Earth.
Функциональная целостность биосферы
Функциональная целостность биосферы относится к способности растительного мира совместно регулировать состояние земной системы. Это требует, чтобы растительный мир мог получать достаточно энергии посредством фотосинтеза для поддержания потоков углерода, воды и азота, которые поддерживают экосистемы и их многочисленные сетевые процессы, несмотря на сегодняшнее масштабное вмешательство человека.
Вместе с утратой биоразнообразия и изменением климата функциональная целостность составляет ядро аналитической основы «Планетарных границ» для безопасного рабочего пространства человечества.
Фабиан Штенцель, ведущий автор исследования и член исследовательской группы PIK «Наземное безопасное рабочее пространство», говорит: «Цивилизация остро нуждается в использовании биосферы — для получения пищи, сырья и, в будущем, для защиты климата. В конце концов, спрос человека на биомассу продолжает расти, и, кроме того, культивирование быстрорастущих трав или деревьев для производства биоэнергии с улавливанием и хранением углерода многими считается важной вспомогательной стратегией для стабилизации климата».
Исследование основано на последнем обновлении аналитической основы «Планетарных границ», опубликованном в 2023 году.
«Эта основа теперь однозначно ставит потоки энергии от фотосинтеза в растительности мира в центр тех процессов, которые совместно регулируют стабильность планеты», — объясняет Вольфганг Люхт, руководитель отдела анализа земных систем PIK и координатор исследования.
Показатели риска дестабилизации экосистем
Стресс, который это вызывает в земной системе, можно измерить по доле естественной биомассы, которую человечество направляет на собственные нужды — через собранные урожаи, остатки и древесину, — а также по снижению фотосинтетической активности, вызванному обработкой земель и их запечатыванием.
Исследование добавило к этому показателю второй мощный индикатор целостности биосферы: показатель риска дестабилизации экосистем фиксирует сложные структурные изменения в растительности и в водных, углеродных и азотных балансах биосферы.
На основе глобальной биосферной модели LPJmL, которая ежедневно имитирует потоки воды, углерода и азота с разрешением в половину градуса долготы/широты, исследование предоставляет подробный перечень за каждый отдельный год, начиная с 1600 года, на основе изменений климата и использования земель человеком.
Исследовательская группа не только вычислила, нанесла на карту и сравнила два показателя функциональной целостности биосферы, но и оценила их, проведя математическое сравнение с другими показателями из литературы, для которых известны «критические пороги».
В результате каждой территории был присвоен статус на основе местных пределов толерантности к изменениям экосистем: «Безопасное рабочее пространство», «Зона повышенного риска» или «Зона высокого риска».
Расчёты модели показывают, что тревожные тенденции начались ещё в 1600 году в средних широтах. К 1900 году доля мировых земельных площадей, где изменения экосистем выходили за пределы локально определённых безопасных зон или даже находились в зоне высокого риска, составляла 37% и 14% соответственно, по сравнению с 60% и 38%, которые мы наблюдаем сегодня.
Индустриализация начала сказываться; использование земель повлияло на состояние земной системы гораздо раньше, чем потепление климата. В настоящее время эта граница биосферы была нарушена практически на всей поверхности суши — в первую очередь в Европе, Азии и Северной Америке — которые претерпели сильные преобразования растительного покрова, в основном из-за сельского хозяйства.
«Эта первая мировая карта, показывающая превышение границы функциональной целостности биосферы, демонстрирующая как использование человеком биомассы, так и экологические нарушения, является прорывом с научной точки зрения, предлагая лучшее общее понимание планетарных границ», — говорит Йохан Рокстрём, директор PIK и один из соавторов исследования.
«Она также даёт важный импульс для дальнейшего развития международной климатической политики. Это связано с тем, что она указывает на связь между биомассой и естественными поглотителями углерода и тем, как они могут способствовать смягчению последствий изменения климата. Правительства должны рассматривать это как единую всеобъемлющую проблему: комплексную защиту биосферы вместе с решительными действиями по борьбе с изменением климата».
Исследование проводилось Потсдамским институтом исследований воздействия климата.