1.20: Взаємодія вищого порядку

Last updated
Save as PDF

Page ID: 6484

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

ВСТУП

Хоча люди мали можливість ефективно контролювати земні системи лише відносно недавно, попередні глобальні екологічні події не залишилися незареєстрованими. Кліматичні показники існують у різних формах (наприклад, пилок у донних осадах, візерунки в кільцях дерев, бульбашки повітря, заморожені в льодовиковому льоду та кільця росту в коралах). Ці показники свідчать про те, що значні екологічні зміни відбулися протягом всієї земної історії. Ці зміни відбувалися повільно, протягом відносно тривалих періодів часу. Однак людська діяльність змінює земні системи прискореними темпами. Масштабне забруднення, збільшення споживання природних ресурсів і знищення людиною видів рослин і тварин та місць їх проживання спричиняють значні зміни глобальних масштабів.

До глобальних змін, спричинених людиною, відносяться: виснаження стратосферного озону, підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосфері і руйнування середовища проживання. Наслідки цих змін включають: глобальне потепління, підвищення рівня сонячного УФ-випромінювання, підвищення рівня моря та втрату біорізноманіття. Наслідки цих явищ є далекосяжними і потенційно руйнівними для всього живого на землі, включаючи людину. Усвідомлення цього спонукало міжнародні зусилля, спрямовані на підвищення наукового розуміння глобальних змін та їх наслідків. Більшість вчених сходяться на думці з певними моментами:

Парникові гази поглинають і потім випромінюють інфрачервоне
Атмосферні концентрації вуглекислого газу, метану та хлорфторуглеродів (ХФУ) значно зросли вище доіндустріальних рівнів, і це зростання безпосередньо пов'язане з діяльністю людини.
Підвищені концентрації парникових газів виробляють чистий нагрівальний ефект на землю.
У всьому світі середня температура поверхневого повітря приблизно на 0,5° C вище, ніж у 19 столітті.
Пройде багато століть, перш ніж концентрації вуглекислого газу повернуться до нормального рівня, навіть якщо всі викиди, спричинені людиною, будуть повністю припинені.
Повернення концентрацій ХФУ до доіндустріального рівня займе більше століття, навіть із зупинкою викидів, спричинених людиною.

Незважаючи на те, що було досягнуто загального консенсусу щодо вищезазначених пунктів, не було досягнуто такого консенсусу щодо того, наскільки ці зміни впливають на глобальне середовище та яким курсом вони підуть у майбутньому. Наукове співтовариство може лише зробити висновок, що буде відбуватися з прогнозних моделей, грунтуючись на їхньому знанні відповідних екологічних процесів. Ці знання часто обмежені, оскільки процеси, що беруть участь, та їхні стосунки надзвичайно складні. Більш того, існує явна можливість того, що не всі процеси навіть відомі.

АТМОСФЕРОЮ

Атмосфера, що оточує землю, є одночасно і частиною, і продуктом життя. Люди значно вплинули на атмосферу. Наприклад, величезна кількість вуглекислого газу та метану, серед інших сполук, щорічно додається в атмосферу через антропогенне використання викопного палива. Протягом багатьох років CFC були без розбору випущені в атмосферу. Додавання цих хімічних забруднювачів до атмосфери викликає занепокоєння щодо того, як зміни в атмосфері можуть вплинути на життя на землі.

Найбільш безпосереднім ефектом збільшення кількості парникових газів в атмосфері є глобальне потепління. Очікується, що середня глобальна температура поверхні зросте від 1 до 3° C до середини 21 століття. Ступінь потепління буде частково залежати від рівня водяної пари атмосфери та процесів зворотного зв'язку хмарного покриву. Нагрівання атмосфери може впливати на глобальний клімат декількома способами.

Швидкість випаровування води буде збільшуватися в міру прогрівання навколишнього середовища, а це призведе до збільшення середньоглобальних опадів. Більш тепла, волога атмосфера згодом може спричинити збільшення частоти тропічних штормів, що може спричинити повені. Окрім смертей від голоду та утоплення, повені можуть принести з собою холеру та захворювання, що поширюються комарами, такі як малярія та жовта лихоманка. Атмосферне опалення також може спричинити сильні теплові хвилі, і прогнози свідчать про те, що смертність, пов'язана з теплом, може подвої

Висотне охолодження, спричинене поєднанням зниженої концентрації стратосферного озону та підвищеної концентрації вуглекислого газу, може знизити верхні температури стратосфери на цілих 8 до 20° C, що може змінити циркуляцію атмосфери. Крім того, вчені вважають, що стратосферне виснаження озонового шару може мати серйозний негативний вплив на здоров'я людини, рослин і тварин. Це пов'язано з супутнім збільшенням УФ-випромінювання, зокрема УФ-В, яке досягає поверхні землі при зниженні рівня стратосферного озону.

ДНК людини сприйнятлива до пошкодження УФ-В випромінюванням, і вплив може спричинити рак шкіри. Дослідження показують, що 10-відсоткове зниження стратосферного озону може призвести до додаткових 20,000 випадків раку шкіри щороку. Інші наслідки для людини включають придушення імунної системи людини і збільшення виникнення очної катаракти. Рослини негативно реагують на вплив УФ-В випромінювання, при цьому зменшується площа листя, зменшується довжина пагонів і зменшується швидкість фотосинтезу. Такі відповіді можуть суттєво знизити врожайність сільськогосподарських культур. УФ-B випромінювання може вбити планктон в океані, що, в свою чергу, може сильно вплинути на морські харчові ланцюги. Підвищений вплив УФ-В випромінювання також вбиває розвиваються ембріони в яйцях деяких плазунів і земноводних.

ОКЕАН

Навіть помірне підвищення глобальної температури може розтопити значну кількість снігу та льоду, зменшуючи льодовики та полярні крижані шапки. Це впливає на рівень моря. Оскільки 50 відсотків людського населення світу живе в межах 50 кілометрів від моря, наслідки навіть помірного підвищення рівня моря - близько метра або менше - були б значними. Дослідження показують, що підвищення рівня моря затопить деякі прибережні водно-болотні угіддя та громади та посилить наслідки штормових сплесків, в яких рівень моря підвищується через сильні штормові вітри. Підвищення кількості опадів у високих північних широтах може зменшити солоність і щільність океанічних вод там, що, в свою чергу, вплине на глобальну океанічну (термохалінну) циркуляцію.

На коралові рифи безпосередньо впливає кількість вуглекислого газу в атмосфері, глобальна зміна температури і підвищене УФ-випромінювання. Збільшення атмосферного вуглекислого газу призводить до зменшення карбонатного іона в морській воді. Це зниження може спричинити зниження швидкості формування коралових рифів, або, в крайньому випадку, може призвести до розчинення коралових рифів. Явище, відоме як відбілювання коралів, яке може бути смертельним для коралової колонії, викликане незвично високими або низькими температурами, високою або низькою солоністю або великою кількістю УФ-випромінювання. Перші два з них пов'язані з глобальним потеплінням, і останнє може бути наслідком руйнування стратосферного озону.

Вчені Національного центру атмосферних досліджень повідомили, що глобальне потепління може посилити наслідки подій Ель-Ніньо. Назва Ель-Ніньо відноситься до теплої фази великого коливання, відомого як Ель-Ніньо/Південне коливання (ENSO), в якій температура поверхні центральної/східної частини тропічного Тихого океану прогрівається. Це супроводжується змінами вітрів і опадів. Аномально сухі умови трапляються над північною Австралією, Індонезією та Філіппінами. Більш сухі, ніж звичайні умови, також зустрічаються в південно-східній Африці та на півночі Бразилії.

Більш вологі, ніж звичайні умови спостерігаються уздовж західного узбережжя тропічної Південної Америки, узбережжя Північноамериканської затоки і південної Бразилії. Тепла фаза Ель-Ніньо зазвичай триває від восьми до 10 місяців. Весь цикл ENSO зазвичай триває близько трьох-семи років. За минуле століття події Ель-Ніньо почастішали і спричинили більші зміни клімату паралельно підвищенню глобальної температури.

БІОТА

Різноманітність життя на землі - це її біорізноманіття. Кількість видів рослин, тварин, мікроорганізмів, величезна різноманітність генів цих видів, різні екосистеми на планеті - такі як пустелі, тропічні ліси та коралові рифи - все це частина біологічно різноманітної землі. Існує зв'язок між біорізноманіттям та зміною клімату. Швидке глобальне потепління може вплинути на шанси екосистеми адаптуватися природним шляхом кількома способами. Вид може бути нездатний мігрувати досить далеко, щоб досягти гостинного клімату, стикаючись зі значним глобальним потеплінням. Існуюче середовище проживання може бути втрачено під час прогресивних зрушень кліматичних умов. Видова різноманітність може бути зменшена в результаті зменшення розмірів середовища проживання. Доля багатьох видів у швидко потепління світі, швидше за все, буде залежати від їх здатності мігрувати від все менш сприятливих кліматичних умов до нових районів, що задовольняють їх фізичні, біологічні та кліматичні потреби.

Діяльність людини відіграє головну роль у втраті біорізноманіття. Ліси та водно-болотні угіддя перетворюються на сільськогосподарське та міське землекористування. Лісозаготівля розчистила більшу частину незайманих лісів сусідніх 48 держав. Біологічно різноманітні тропічні ліси в даний час швидко знищуються, оскільки земля перетворюється на сільське господарство або очищається шляхом лісозаготівлі та видобутку корисних копалин. На сільськогосподарських угіддях великі поля монокультурних культур замінюють різноманітне рослинне життя, яке колись там було. Сполучені Штати втратили майже всі оригінальні прерії з високою травою, які колись покривали Великі рівнини. Полювання привела таких видів, як вовки та ведмеді грізлі, які колись були широко поширені на заході Сполучених Штатів, до кількох ізольованих заповідників. Великі наземні ссавці, такі як носороги та слони, значно зменшилися в Азії та Африці внаслідок знищення середовища існування. Вибіркове розведення фермерами знизило генетичне різноманіття тваринницьких тварин. Інтродуковані екзотичні види вигнали корінних рослин і тварин.

Одним з найбільших побічних ефектів втрати біорізноманіття є передчасне вимирання видів. Невеликі зміни конкурентоспроможності виду в одній частині харчової павутини можуть призвести до вимирання в інших районах, оскільки зміни щільності популяції посилюються взаємодіями хижак-здобич або господарі-паразит. Діяльність людини, така як знищення середовища існування, впровадження екзотики та надмірне збирання врожаю, також спричиняє велику кількість передчасних вимирань. Підраховано, що близько третини видів рослин у Сполучених Штатах знаходяться під загрозою зникнення. Незліченні невідомі види рослин і тварин втрачаються щороку через знищення тропічних лісів. Рослини, які можуть містити інгредієнти для нових ліків, замість цього втрачаються назавжди.

Високе біорізноманіття сприяє стабільності екосистеми. Кожен вид, яким би маленьким не був, грає важливу роль. Різноманітність дозволяє екосистемам уникати та відновлюватися після різних катастроф. Майже всі культури певним чином визнали важливість, яку мають на них Природа та її біологічне різноманіття.