Последствия деятельности человека и изменения климата

Районы тундры на Земле суровые и отдаленные, поэтому там поселилось меньше людей, чем в других средах. Однако люди имеют долгую историю в тундре. Например, первые люди, пришедшие в Северную Америку из Азии более 20 000 лет назад, путешествовали по обширным тундровым районам на обоих континентах. С тех пор активность человека в экосистемах тундры увеличилась, в основном за счет добычи продуктов питания и строительных материалов. Люди изменили ландшафт за счет строительства жилых домов и других построек, а также за счет развития горнолыжных курортов, шахт и дорог. Охота, бурение нефтяных скважин и другие виды деятельности загрязняют окружающую среду и угрожают дикой природе тундровых экосистем. Ученые-экологи обеспокоены тем, что продолжающееся расширение этой деятельности — наряду с выбросами загрязнителей воздуха, некоторые из которых разрушают озоновый слой, и парниковых газов, ускоряющих изменение климата, — начало сказываться на самой целостности и устойчивости арктических и альпийских тундровые экосистемы. Например, учащение пожаров в тундре приведет к уменьшению площади лишайников, что, в свою очередь, потенциально может привести к сокращению мест обитания северных оленей и средств к существованию для других арктических видов.

Влияние изменения климата на тундровые районы привлекло пристальное внимание ученых, а также политиков и общественности. Это внимание отчасти связано с высокой чувствительностью тундры к общему тренду глобального потепления. В то время как средняя глобальная температура приземного воздуха выросла примерно на 0,9 ° C (около 1,5 ° F) с 1900 года, средняя температура приземного воздуха в Арктике за тот же период выросла на 3,5 ° C (5,3 ° F). Во многих частях региона несколько лет подряд наблюдалась рекордно теплая зима с конца 20 века. В некоторых местах это рекордное зимнее тепло было беспрецедентным; Средняя трехмесячная зимняя температура на норвежском архипелаге Шпицберген в 2016 году была на 8–11 °C (14,4–19,8 °F) выше, чем в среднем за 1961–1990 годы. Большинство климатологов согласны с тем, что эта тенденция к потеплению сохранится, и некоторые модели предсказывают, что к концу 21 века на суше в высоких широтах будет на 7–8 ° C (12,6–14,4 ° F) теплее, чем в 1950-е годы.

Глобальное потепление уже вызвало заметные изменения в экосистемах Арктики и альпийской тундры. В эти экосистемы вторгаются древесные породы, мигрирующие на север из лесной полосы, а прибрежные районы страдают от повышения уровня моря. Оба явления сокращают географическую протяженность арктической тундры. Другие изменения, происходящие как в арктических, так и в альпийских тундрах, включают увеличение густоты кустарника, более ранние весенние оттепели и более поздние осенние заморозки, сокращение мест обитания местных животных и ускоренное разложение органического вещества в почве. Эти процессы действительно могут способствовать большему потеплению в тундре, чем в других регионах. Например, климатологи отмечают, что более темные поверхности зеленых хвойных деревьев и зоны, свободные ото льда, уменьшают альбедо (отражательную способность поверхности) поверхности Земли и поглощают больше солнечной радиации, чем более светлые снег и лед, тем самым увеличивая скорость потепления.

Одним из самых поразительных происходящих в Арктике изменений является быстрое таяние морского льда. Некоторые климатические модели предсказывают, что где-то в первой половине 21 века летний морской лед исчезнет из Северного Ледовитого океана. Отсутствие летнего льда усугубило бы существующую тенденцию к потеплению в районах арктической тундры, а также в регионах за пределами тундры, поскольку морской лед гораздо лучше отражает солнечный свет, чем открытый океан, и, таким образом, оказывает охлаждающее воздействие на атмосферу. Кроме того, исследования показывают, что отступление морского льда повысит продуктивность тундровой растительности, а возникающее в результате накопление растительной биомассы может привести к более экстремальным явлениям, таким как крупные пожары в тундре. Наконец, свободный ото льда Северный Ледовитый океан улучшит доступ к высоким северным широтам для рекреационной и промышленной деятельности; это, вероятно, создаст дополнительную нагрузку на тундровые растения и животных, а также поставит под угрозу устойчивость самой тундровой экосистемы. В альпийских тундрах потепление климата также может стимулировать рост активности человека и увеличить ущерб для популяций растений и животных.

Судьба вечной мерзлоты в более теплом мире является особенно важным вопросом. В совокупности на тундру и тайгу приходится примерно одна треть глобального запаса углерода в почве, и большая часть этого углерода связана в вечной мерзлоте в виде мертвого органического вещества. Часть этого органического вещества сохранялась в течение многих тысяч лет не потому, что его трудно разложить по своей природе, а потому, что земля оставалась замороженной. Оттаивание вечной мерзлоты подвергнет органический материал микробному разложению, что приведет к выбросу углерода в атмосферу в виде CO.₂ и метан (CH₄). Скорость микробного разложения намного ниже в анаэробных условиях, при которых выделяется CH.₄, чем в аэробных условиях, которые производят CO₂; однако, CH₄ имеет примерно в 25 раз больший потенциал потепления парниковых газов, чем CO₂. Арктика была чистым поглотителем (или хранилищем) атмосферного CO.₂ с момента окончания последнего ледникового периода. Однако в то же время этот регион был чистым источником атмосферного CH.₄, в первую очередь из-за обилия водно-болотных угодий в регионе.

На обмен углеродсодержащих соединений между тундрой и атмосферой влияет множество других факторов. Тундровые пожары выделяют CO₂ в атмосферу, и есть свидетельства того, что потепление климата за последние несколько десятилетий увеличило частоту и серьезность пожаров в тундре в Арктике. Напротив, более высокая продуктивность растений в результате более продолжительного и более теплого вегетационного периода может компенсировать часть выбросов углерода в результате таяния вечной мерзлоты и пожаров в тундре. Действительно, экологи и климатологи отмечают, что существует большая неопределенность в отношении будущего углеродного цикла в Арктике в 21 веке. Однако они обеспокоены тем, что чистый перенос парниковых газов из экосистем тундры в атмосферу может усугубить изменения климата Земли через петлю положительной обратной связи, в которой небольшое повышение температуры воздуха на поверхности запускает цепочку событий, которые приводит к дальнейшему потеплению.