Экологический коллапс

Коллапс экосистемы определяется как «трансформацию идентичности, потерю характерных черт и замену их новыми элементами» и подразумевает утрату «ключевых биотических или абиотических характеристик», включая способность поддерживать жизнеспособность видов, ранее характерных для данной экосистемы^[7]. Согласно другому определению, это «отклонение от исходного состояния, когда экосистема теряет ключевые определяющие характеристики и функции», которое проявляется в сокращении площади, усилении деградации окружающей среды, уменьшении или исчезновении ключевых видов, нарушении биотических процессов и, как следствие, утрате экосистемных услуг и функций^[6]. Коллапс экосистемы также называют «аналогом вымирания видов», который во многих случаях необратим: в таком случае возникает новая экосистема, которая может сохранять некоторые характеристики предыдущей экосистемы, но имеет сильно изменённую структуру и функции^[12]. Однако могут быть случаи, когда экосистема может восстановиться после коллапса, однако для этого потребуется активное вмешательство и/или длительный период времени^[6][7].

Экологические коллапсы могут происходить в результате естественных изменений экосистемы — в результате пожаров, оползней, наводнений, суровых погодных явлений, болезней или инвазии видов. Однако в современном мире заметно возросло число нарушений, вызванных деятельностью человека^[4]. Сочетание изменений в окружающей среде и антропогенного воздействия пагубно сказывается на экосистемах всех типов, поскольку человеческая деятельностьчасто приводит к увеличению риска резких и потенциально необратимых изменений^[13].

Причины, вызывающие трансформацию экосистемы, включают:

• вмешательство человека в баланс природного разнообразия региона (например, путём интродукции новых видов или чрезмерного использования ресурсов),
• изменение химического баланса окружающей среды из-за загрязнения,
• изменение климата или погоды в результате деятельности человека,
• разрушение или фрагментация среды обитания в наземных и морских экосистемах,
• чрезмерный выпас скота, который может привести к деградации земель и таким образом способствовать экологическому кризису и потере природных ландшафтов^[14].

Однако прогнозирование экологического коллапса представляет собой сложную задачу. Коллапс может произойти, когда численность экосистемы падает ниже минимально допустимого уровня или когда ключевые биотические процессы и характеристики исчезают из-за деградации окружающей среды или нарушения биотических взаимодействий. Различные сценарии коллапса могут служить критериями для оценки вероятности коллапса экосистемы^[15][16]. При этом состояние коллапса экосистем часто оценивается количественно, и лишь немногие исследования предоставляют адекватное описание перехода от исходного состояния к коллапсу^[17][18].

Субтропические широколиственные леса Рапануи на острове Пасхи, в которых раньше преобладала эндемичная пальма, считаются разрушенными из-за сочетания нескольких факторов: чрезмерной эксплуатации, изменения климата и завезённых экзотических крыс^[19].

Аральское море было бессточной областью между Казахстаном и Узбекистаном. Когда-то оно считалось одним из крупнейших озёр в мире. Однако в 1960-х годах реки, которые питали это озеро, были перенаправлены для масштабных ирригационных проектов. В результате Аральское море начало мелеть. К 1997 году его площадь сократилась до 10 % от первоначальной. Затем озеро разделилось на множество мелких водоёмов с высоким содержанием соли, а территории, которые раньше были под водой, превратились в пустынные степи^[20][7].

Смена режима в экосистеме северной части системы апвеллинга Бенгельского течения можно рассматривать как пример разрушения экосистемы в открытых морских пространствах^[21]. Сардины были доминирующими потребителями позвоночных до 1970-х годов. Однако чрезмерный вылов рыбы и два неблагоприятных климатических явления — Бенгельское ниньо в 1974 и 1984 годах, когда в северную часть системы апвеллинга Бенгельского течения вошёл толстый слой тёплой воды с низким содержанием питательных веществ — привели к снижению биомассы сардин и увеличению численности медуз и пелагического бычка^[22].

Другой яркий пример — тресковый кризис в Канаде в начале 1990-х годов, когда чрезмерный вылов рыбы сократил её популяцию до 1 % от исторического уровня^[9].

Для оценки рисков для экосистем и биоразнообразия обычно используются два подхода: общие методы оценки рисков и стохастические модели имитации. Наиболее заметным из этих двух тактик является метод оценки риска, особенно благодаря Красной книге экосистем МСОП, которая может быть использована для многих экосистем даже при недостатке информации. Однако, поскольку данный инструмент основан на сравнении систем с набором критериев, он часто ограничен в своей способности рассматривать упадок экосистем как единое целое. Поэтому его часто применяют вместе с имитационными моделями, которые учитывают больше аспектов упадка, таких как экосистемная динамика, будущие угрозы и социально-экологические взаимосвязи^[16].

IUCN RLE — это международный стандарт, разработанных для оценки рисков, угрожающих различным природным комплексам на локальном, региональном, национальном и глобальном уровнях, а также направленная на стимулирование мер по защите окружающей среды в условиях беспрецедентного ухудшения состояния природных систем^[24][18].

Концепция коллапса экосистемы используется в системе для определения категорий риска классификации рисков, связанных с экосистемами. Категория «Коллапс» служит в качестве предельного значения для оценки риска. Другие категории риска (уязвимые, находящиеся под угрозой исчезновения и находящиеся под критической угрозой исчезновения) определяются с учётом вероятности или риска коллапса^[7]. В исследовании Бланда и других учёных были предложены четыре критерия для определения коллапса экосистемы при оценке риска^[17]:

• качественное определение начального и разрушенного состояний экосистемы;
• описание процессов перехода от коллапса к восстановлению;
• определение и выбор индикаторов коллапса;
• установление количественных порогов коллапса.

Учёные могут прогнозировать критические моменты в процессе разрушения экосистем. Наиболее распространённой моделью для предсказания краха пищевой сети является R50, которая представляет собой надёжный инструмент для оценки прочности пищевой сети^[26]. Однако существуют и другие модели. Например, для анализа морских экосистем можно использовать базу данных RAM Legacy Stock Assessment Database. В одном из исследований было рассмотрено 154 вида морских рыб. Целью было выявить связь между нагрузками на популяции рыб, такими как чрезмерный вылов и изменение климата, и такими характеристиками популяций, как скорость роста, а также определить риск коллапса экосистемы^[27].

Метод оценки «критического замедления» (CSD) — это один из способов создания сигналов, которые могут предупредить о возможном или вероятном наступлении коллапса. Суть метода заключается в отслеживании постепенного замедления восстановления после различных нарушений^[28][29].

В одном из научных трудов, опубликованных в 2020 году, было высказано предположение о том, что после достижения критической точки разрушения будут происходить не постепенно, а стремительно. В частности, тропические леса Амазонии могут превратиться в саванну, состоящую из деревьев и травы, в течение 50 лет, а коралловые рифы Карибского бассейна — в течение 15 лет после того, как будет достигнуто состояние коллапса. Другое исследование показало, что при более интенсивном изменении климата крупные разрушения экосистем произойдут раньше. Согласно прогнозу RCP8.5, предполагающему высокий уровень выбросов, уже к 2030 году экосистемы тропических океанов столкнутся с серьёзными изменениями, а к 2050 году за ними последуют тропические леса и полярная среда. В общей сложности в 15 % экологических сообществ более 20 % видов будут существенно повреждены, если глобальное потепление достигнет 4 °C (7,2 °F). Однако если потепление не превысит 2 °C (3,6 °F), это затронет менее 2 % видов^[30].

Под коллапсом тропических лесов понимается фактический прошлый и теоретический будущий экологический коллапс тропических лесов. Он может включать фрагментацию среды обитания до такой степени, что биом тропических лесов практически исчезнет, а их обитатели будут вынуждены выживать в изолированных убежищах. Одной из причин фрагментации среды обитания является строительство дорог. Когда люди начинают вырубать деревья для заготовки древесины, появляются дополнительные дороги, которые затем оказываются заброшенными. На таких участках растениям тропического леса сложно восстановиться. Кроме того, фрагментация лесов способствует незаконной охоте. Животным становится трудно найти новое место для жизни на этих фрагментах, что приводит к экологическому коллапсу. В результате многие виды животных в тропических лесах могут оказаться на грани исчезновения^[31].

В большинстве тропических лесов, включая леса Амазонии, наблюдается классическая картина фрагментации лесов, что вызывает беспокойство не только из-за утраты биомассы с множеством неиспользованных ресурсов и массовой гибели живых существ, но и потому, что вымирание видов растений и животных коррелирует с фрагментацией среды обитания^[32].

В 2022 году было проведено исследование, которое показало, что более 75 % тропических лесов Амазонки с начала 2000-х годов становятся менее устойчивыми из-за вырубки и изменения климата, что замедляет их способность восстанавливаться после кратковременных нарушений и подтверждает теорию о приближении к критическому переходу^[11][10].

Одной из главных проблем для морских биологов является разрушение экосистем коралловых рифов^[33]. Из-за глобального потепления уровень моря повышается, что может привести к затоплению рифов или обесцвечиванию кораллов. Деятельность человека, такая как рыболовство, добыча полезных ископаемых и вырубка лесов, представляет опасность для коралловых рифов, поскольку влияет на их среду обитания. Например, исследования показывают, что потеря 30-60 % разнообразия коралловых рифов связана с деятельностью человека, такой как загрязнение сточными водами и промышленными выбросами^[34].

Существует не так много информации об эффективных методах сохранения или предотвращения экосистемного коллапса^[35]. Напротив, всё большее внимание уделяется прогнозированию коллапса экосистем, его потенциальной возможности и перспективности изучения^[18]. Вероятно, это связано с тем, что подробное изучение экосистем, находящихся под угрозой, является более поздним направлением в экологии^[5].