Изменение климата и его последствия в Альпах

Изменение климата легко наблюдать в Альпах. Горные районы и виды, которые их населяют, зависят от климатических условий, которые меняются в зависимости от градиента высоты, и определяются ими. В результате изменения климатических параметров оказывают сильное влияние как на физическую среду, так и на живой мир.

Ярлыки

• Меняющийся климат
• Последствия изменения климата для горных ландшафтов
• Воздействие на альпийскую фауну и флору
• использованная литература

Меняющийся климат

Быстрые изменения климата в глобальном масштабе фиксируются с начала индустриальной эры. Эти явления характеризуются повышением температуры, изменением характера осадков и увеличением частоты и интенсивности экстремальных климатических явлений (аномальная жара, засухи).

С начала 21 века накапливаются новые рекордно высокие температуры, сигнализирующие о потеплении в глобальном масштабе.

— Шестнадцать из семнадцати последних лет были самыми теплыми за всю историю наблюдений.
— Год, чтобы побить все рекорды: 2016 год не только побил годовые температурные рекорды, но и 8 из 12 месяцев года были самыми жаркими за всю историю наблюдений.

Средние годовые температуры в Швейцарии: на основе средних значений за период с 1961 по 1990 год синие полосы обозначают годы, в течение которых годовые температуры были ниже среднего, а красные столбцы обозначают годы выше среднего. © Метео Свисс

В масштабах европейских Альп в течение 20 века температура повысилась на 2°C (3,6°F). Это повышение больше, чем в среднем по Франции на +1,4 ° C (2,5 ° F), и вдвое превышает увеличение, зарегистрированное в северном полушарии. Скорость этого потепления, наблюдаемая с начала промышленной революции, увеличилась с 1980-х годов до 0,5°C (0,9°F) за десятилетие. С точки зрения температурных условий, 0,5 ° C соответствует перепаду высот примерно на 100 м (328 футов).Это означает, что для того, чтобы виды могли оставаться в тех же температурных условиях, им нужно было бы подняться на 100 м вверх по склону. В этом заключается проблема биоразнообразия: как угнаться за такой быстрой эволюцией климата?

Потепление усиливается в горных условиях, поскольку повышение температуры приводит к уменьшению размеров зон, покрытых льдом и снегом, отражающих солнечные лучи. Эти зоны сменяются областями темных скал и более поздней растительности, которые вместо этого поглощают солнечное тепло, повышают температуру земли и способствуют большему таянию.

Хотя глобальная структура осадков не претерпела существенных изменений в течение 20-го века, наблюдаются значительные региональные и сезонные изменения. С 1960 г. зимние осадки значительно уменьшились на юге Франции, тогда как на севере было зафиксировано их увеличение. Однако в Альпах, расположенных на перекрестке между Средиземноморской и Атлантической погодными системами, различия крайне локальны. Например, сокращение летних осадков более заметно в южной части Французских Альп.

Изменения зимних осадков в период с 1959 по 2009 год: зеленые кружки указывают на увеличение количества осадков, а красные кружки указывают на их уменьшение. Размер кружка указывает на степень достоверности (больший кружок = более высокая достоверность) © МетеоФранс

Климат в будущем

Изменения, которые уже наблюдались с начала 20-го века, будут усиливаться по крайней мере до 2030 года. Последующие изменения будут зависеть от нашей способности (или ее отсутствия) быстро сократить выбросы парниковых газов.

Климатические модели, которые разрабатываются на основе прошлых наблюдений, позволяют нам предсказать, как климат изменится в будущем и как эти изменения могут повлиять на окружающую среду до 2100 года. Все различные климатические сценарии, основанные на различных уровнях парниковых газов. выбросы, предсказывают общее повышение температуры.Прогнозируется, что во Франции к 2100 году это повышение составит от 2 до 5 °C (от 3,6 до 9 °F) по сравнению с началом 21 века (источник: MétéoFrance). В Альпах средний сценарий прогнозирует повышение среднегодовой температуры на 3,3 °C (5,9 °F) к 2100 году по сравнению с периодом с 1960 по 1990 год.

Прогнозы изменения режима дождей к 2100 году показывают уменьшение количества осадков в летние месяцы на 20%, особенно в южной части Альп, а также увеличение количества осадков зимой на 10%.

Растущая частота экстремальных погодных явлений и интенсивность засух могут иметь более серьезные последствия для биологического мира, чем повышение температуры или осадки. К 2100 году каждое второе лето может быть таким же жарким, как во время аномальной жары 2003 года. Ожидается, что к концу века в северных Альпах будут наблюдаться более суровые погодные явления, такие как осенние ливни, с увеличением на 30%. по интенсивности осадков.

Модели нулевой изотермы: температурные модели, спроецированные на карты массива Монблан, предсказывают значительное уменьшение размеров областей выше нулевой изотермы (где температуры остаются ниже точки замерзания) к 2100 году.

Температурные модели предсказывают, что в 2100 году, чтобы найти условия, эквивалентные тем, которые сейчас наблюдаются в июле (самый теплый месяц в году), вам придется подняться еще на 700 метров по вертикали (2300 футов). Например, к 2100 году нулевая изотерма сместится с нынешней высоты 3380 м до 4080 м.

Последствия изменения климата для горных ландшафтов

Последствия изменения температуры и осадков уже отчетливо видны в горах: значительное отступление ледников, сокращение снежного покрова на среднегорных высотах, учащение маловодья почвы и повышение высоты распространения вечной мерзлоты.

Наведите курсор на центр изображения, чтобы сравнить фотографию города Аржантьер и одноименного ледника, сделанную в 1890 году © Amis du Vieux Chamonix, с фотографией, сделанной исследователями CREA Mont Blanc в 2015 году © CREA Mont-Blanc

Отступающие ледники

Одним из наиболее заметных последствий изменения климата в Альпах является отступание ледников. С повышением температуры среднегорные ледники сокращаются с угрожающей скоростью. С 1850 г. ледники в Альпах потеряли от 30 до 40 % площади поверхности и половину своего объема, а с 1980 г. исчезло еще от 10 до 20 % их объема. Исследования предсказывают, что 52 % малых ледников Швейцарии исчезнут. исчезнет в ближайшие 25 лет. По мере того как морены обнажаются после отступления ледников, они подвергаются сильному давлению колонизации растительностью, что усугубляет значительные изменения ландшафта, которые можно наблюдать в горных районах.

Снежный покров

Одной из основных характеристик горных ландшафтов является наличие снега на земле в течение относительно длительного периода времени. Пространственные модели продолжительности снежного покрова тесно связаны с топографическими особенностями, включая высоту, экспозицию и угол наклона. По самой своей природе снег оказывает большое влияние на местные условия окружающей среды, будь то определение потенциальной продолжительности вегетационного периода, защита от низких температур или создание важного источника воды во время весеннего таяния.

Повышение зимних температур вызывает повышение высоты «линии снега» или высоты, на которой осадки выпадают в виде снега, а не дождя. С 1970 г. в Альпах уменьшилось количество снега, выпадающего на среднегорных возвышенностях, что привело к сокращению периода, в течение которого снег покрывает землю. Например, в массиве Монблан период снежного покрова на среднегорных высотах сократился почти на месяц с 1970 г.На больших высотах (> 2500 м), несмотря на то, что уровень зимних осадков оставался стабильным в течение последних десятилетий, более высокие температуры весной и летом привели к более быстрому таянию и сокращению периода снежного покрова.

Период снежного покрова оказывает значительное влияние на альпийскую фауну и флору (см. ниже).

Период без снега в зависимости от высоты © CREA Mont-Blanc
– данные Météo-France CNRS, CNRM/CEN

При сравнении периодов без снега в 1964–75 и 2005–2015 годах в массиве Монблан наблюдается увеличение на 25 дней для высот от 1500 м (4921 фут) до 2500 м (8202 фута). Однако, пропорционально говоря, наиболее значительные изменения наблюдаются около 2500 м, где продолжительность бесснежного периода увеличилась на 25% по сравнению с 21% на высоте 2300 м (7546 футов) и 12% на высоте 1500 м.

Исчезающая вечная мерзлота

Вечная мерзлота, или постоянно мерзлый грунт, покрывает большую площадь в Альпах и играет жизненно важную роль в поддержании стабильности местности в горных ландшафтах. В массиве Монблан 65 % скальных поверхностей на высоте более 2300 м покрыты вечной мерзлотой.

С повышением летних температур вечная мерзлота тает, создавая значительную неустойчивость каменистой местности. За последние 20 лет вечная мерзлота исчезла на обращенных к югу скалах массива Монблан ниже 3300 м (10 827 футов). Кроме того, вечная мерзлота при температуре выше -2 ° C больше не может быть найдена ниже 3850 м (12 631 фут); и текущий проект, что высота, на которой он присутствует на южных склонах массива Монблан, может подняться до 4300 м (14 108 футов) или даже полностью исчезнуть к 2100 году.

Нехватка подземных вод

Повышение температуры в сочетании с уменьшением количества летних осадков привело к летним засухам и нехватке грунтовых вод. Это явление усугубляется уменьшением снежного покрова и может вызвать нехватку воды для растений и земноводных на стадии их роста.

Воздействие на альпийскую фауну и флору

Последствия изменения климата для альпийской флоры и фауны заметны и уже способствуют изменениям в распространении и численности видов, а также в сроках сезонных явлений. Сможет ли биоразнообразие адаптироваться к этим быстрым изменениям окружающей среды, связанным с изменением климата? В сочетании с нарушением среды обитания, вызванным деятельностью человека, изменение климата является главной проблемой, с которой сегодня сталкиваются виды растений и животных.

Androsace alpina в Jardin de Talèfre © А. Делестрад

Сезонные циклы

Чтобы выжить при изменении климата, виды могут либо мигрировать, чтобы следовать климатическим условиям, к которым они лучше всего подходят, либо они могут изменить свою физиологию или сезонное поведение, чтобы приспособиться к новым условиям окружающей среды. Мы уже заметили за последние 50 лет общую тенденцию, при которой сезонные явления удлинялись на 2–5 дней в десятилетие для растений и наземных животных. Например, за последние 30 лет прилет перелетных птиц произошел примерно на 15 дней раньше, и сезон яйцекладки обыкновенной жабы также начинается раньше (примерно на месяц раньше, чем 25 лет назад на исследовательском участке на высоте 1850 м над уровнем моря). в Швейцарии).

Изменяет даты распускания почек для растительности в Швейцарии с 1951 года: темно-зеленый цвет указывает на более позднее распускание почек, чем в среднем, а светло-зеленый указывает на более раннее распускание почек. © МетеоСвис

Что касается растительности, повышение весенних температур в сочетании с более ранним таянием снежного покрова позволяет большинству видов развиваться раньше в течение сезона и производить больше биомассы в течение вегетационного периода. Однако для некоторых видов эта скороспелость не обязательно является преимуществом. Для голубики, которая очень чувствительна к морозам, более раннее начало продуктивности может увеличить риск повреждения почек от заморозков поздней весной.

Поскольку разные виды по-разному реагируют на изменение климата, возрастает риск десинхронизации внутри экосистем, особенно между трофическими уровнями.

У крупных травоядных, таких как альпийский козерог, дата рождения детенышей связана не с весенними условиями, а скорее с датой спаривания, которое происходит осенью. В годы с относительно теплой зимой и/или весной пик продуктивности растительности десинхронизируется с отъемом молодняка козерога. В результате в национальном парке Гранд-Парадизо наблюдается более высокая смертность молодых козлов в годы, когда весна наступает рано.

Распространение видов

Как только вид присутствует в данном месте, его способность расти и размножаться при оптимальных климатических условиях для его развития, от физических характеристик местности (наличие почвы, период снежного покрова, продолжительность солнечного сияния и т. д.), а также от взаимодействия с другими видами в экосистеме (динамика хищник-жертва, конкуренция, содействие). У каждого вида свои потребности.

За последние несколько десятилетий, с потеплением климата, наблюдался подъем большинства видов животных на высоту от 30 м (98 футов) до 100 м (328 футов) за десятилетие. Что касается лесных растений во всех Альпах, то за 20 век этот рост составил порядка 30 м. Объединяя результаты многочисленных исследований различных европейских горных хребтов, можно сделать вывод, что в последние десятилетия наблюдается тенденция к увеличению количества видов растений, встречающихся на вершинах. В целом виды, приспособленные к более теплым условиям и происходящие с более низких высот, будут иметь тенденцию подниматься вверх по высоте, конкурируя с альпийскими видами, которые лучше приспособлены к более холодным условиям, но не столь конкурентоспособны.

Учитывая пирамидальную форму гор, увеличение высоты естественным образом влечет за собой потерю доступной площади.Лютик ледниковый (*Ranunculus glacialis*), специально приспособленный для выращивания в высокогорных условиях, к 2100 году должен будет подняться на высоту 1200 м (3937 футов), чтобы найти благоприятные климатические условия. В целом это будет означать потерю 70% доступной земли и, таким образом, сокращение видов, адаптированных к экстремальным условиям. Тем не менее, таяние ледников и снежников может частично компенсировать эту потерю, открывая новые районы для колонизации. Утрата среды обитания также может компенсироваться топографической сложностью горной местности и наличием многочисленных холодных микроместообитаний.

Климатические условия и продолжительность вегетационного периода относительно высоты над уровнем моря: по мере увеличения высоты среднегодовые температуры снижаются, что приводит к сокращению продолжительности вегетационного периода. Ожидается, что с изменением климата температура и продолжительность вегетационного периода на больших высотах увеличатся. © CREA Mont-Blanc

Обилие видов

В то время как ежегодные климатические колебания сильно влияют на продуктивность растительности, долгосрочные изменения климатических моделей приводят к постепенным изменениям структуры растительности (более высокие растения, более высокая биомасса или более значительная фотосинтетическая активность). Эти процессы способствуют «озеленению» Альп с увеличением растительного покрова даже на больших высотах.

У животных, особенно у нерегулирующих температуру тела (насекомые, земноводные и рептилии), колебания температуры оказывают непосредственное влияние на их физиологию. Например, на жука-короеда, паразитирующего насекомого, питающегося елью, непосредственное влияние оказывает повышение температуры, что позволяет ему начать свою деятельность ранней весной. Это позволяет ей увеличить количество поколений, производимых за один год, и, таким образом, увеличить нагрузку на своего хозяина, ель, которая уже ослаблена частыми летними засухами.

использованная литература

Карлсон Б.З., Корона М.С., Дентан С., Боне Р., Туиллер В. и Холер П. 2017. Наблюдение за долговременным озеленением альпийской растительности – тематическое исследование во французских Альпах. Письма об экологических исследованиях.

Чолер П. 2015. Реакция роста горных пастбищ умеренного пояса на межгодовые колебания продолжительности снежного покрова. Биогеонауки, 12(12).

Дюран, Ю., Латернсер, М., Жиро, Г., Этчеверс, П., Лесаффр, Л., и Мериндоль, Л.: Повторный анализ 44-летнего климата во французских Альпах (1958–2002 гг.): методология, модель проверка, климатология и тренды температуры воздуха и осадков, J. Appl. метеорол. клим., 48, 29–449, 2009.

Гоби А., Котларски С., Бенистон М., Генрих Г., Райчак Дж., Стоффель М. 2014. Изменение климата в европейских Альпах в 21 веке – обзор. Наука о полной окружающей среде 493.

Хусс М., Фишер М. 2016. Границы наук о Земле 4.

Маньин Ф., Жознин Дж.-Й., Раванель Л., Перго Дж., Поль Б., Делин П. 2017. Моделирование деградации вечной мерзлоты скальной стенки массива Монблан от LIA до конца 21 века. Криосфера 11.

Петторелли Н., Пеллетье Ф., фон Харденберг А., Феста-Бьянше М. и Коте С. Д. 2007. Раннее начало роста растительности по сравнению с быстрым озеленением: воздействие на молодь горных копытных. Экология 88.

Rabatel A, Letréguilly A, Dedieu J-P и Eckert N. 2013. Изменения высоты линии равновесия ледника в западных Альпах с 1984 по 2010 год: оценка с помощью дистанционного зондирования и моделирования морфо-топографического и климатического контроля. Криосфера 7(5).

Вионне В., Брюн Э., Морин С., Бун А., Фару С., Ле Муань П., Мартин Э. и Виллемет Ж.-М. : Подробная схема снежного покрова Crocus и его реализация в SURFEX v7.2, Geosci. Model Dev., 5, 773-791, doi:10.5194/gmd-5-773-2012, 2012.

Витасс Й., Шнайдер Л., Риксен К., Кристен Д., Ребетез М. 2018. Повышение риска воздействия весенних заморозков на лесные и фруктовые деревья на возвышенностях в Швейцарии за последние четыре десятилетия.
Сельскохозяйственная и лесная метеорология 248.

Виттоз и др. 2011. Воздействие изменения климата на биоразнообразие в Швейцарии: обзор. Журнал охраны природы 21.

Йоккоз Н.Г., Делестрад А. и Луазон А.(2010). Влияние климатических изменений на альпийскую экосистему: вывод и прогноз. Revue de Géographie Alpine 98.