查看原文
其他

Nature警告:全球气候变暖将造成生物多样性断崖式下降

郭瑞东 集智俱乐部 2021-02-09

导语

生物多样性具有显著的经济价值,将一个生机勃勃的星球传给子孙后代,也是人类不可推卸的责任。然而,4月10日的一篇最新 Nature 论文指出,对于大部分动植物来说,全球变暖带来的急剧变化,会导致其无法快速适应而导致灭绝。模型预测。截至2100年,取决于人类是否达成减排目标,全球生物多样性有可能出现断崖式下降。为保护地球生态多样性,需要建立监控系统,以确定在特定地区,是否越过了临界点。



论文题目:

The projected timing of abrupt ecological disruption from climate change

论文地址:

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2189-9



1. 生态多样性与气候变化的关系


2020年,长江白鲟已经灭绝的消息,在疫情中显得不那么起眼。然而这只是全球生物灭绝大潮中的一朵浪花。人类工业革命以来,对地球产生了巨大改造,创造了新的地质时代,地质学家称之为“人类世(Anthropocene)”。这个词被用来说明人类活动对气候及生态系统造成全球性影响。而全球各地动植物的大规模灭绝,从而引起的生态多样性降低,是人类世的关键特征之一。


动植物通过物竞天择的进化,长期来看具有对环境的适应能力。然而若是在短期环境发生巨变,则会导致栖息地丧失,种群数量降低,甚至会导致物种的灭绝。前文提到的长江白鲟,作为淡水鱼类,就对水温极其敏感。


全球气候变暖的幅度,按照巴黎会议及联合国政府间气候变化专门委员会的估计,取决于未来 30 年内人类采取的减排措施,给出了不同的推演。在最乐观的情况,人类能够在 2100 年,将全球变暖的幅度控制在 2 摄氏度,而若是没有对全球温室气体的排放加以控制,那么到 2100 年,全球平均气温将升高 6 摄氏度。在不同的场景下,各地区的生态多样性预期会受到多大的冲击,这是本文回答的问题。


相关阅读:

全球气温升高1.5°C还是2°C,这个世界大不同


该文将地球表面,按照 100 平方千米的大小切成一个个的小格,考察每个小格内的生态多样性。总计考察了近三万种动植物,包括鸟类,爬行动物,哺乳动物,两栖动物,鱼类,海洋无脊椎动物,海草及珊瑚。通过考察当温度的变化超过正常变化范围之后,需要经过多久会对特定物种产生显著的冲击,基于 1850年-2005 年间的历史数据,对未来生态多样性在不同程度的气候变化下对应的影响,进行了预测。



2. 如果我们达成

巴黎协定的升温2°目标


2015年的巴黎协定,是人类为自己定下的目标,要求将本世纪全球平均气温上升幅度控制在 2 摄氏度以内,并将全球气温上升控制在前工业化时期水平之上 1.5 摄氏度以内,最高 3 度。为此需要在 2050 年后实现全球温室气体净排放清零,然而过去十年间全球的碳排放并没有降低,反而在逐年升高,这使得未来十年内,为达成巴黎协定的目标所需的减排量显著提升。


图1:全球化石燃料引起碳排放的预测范围,数据来源:CICERO


假设我们达到了平均气温只上升 2 摄氏度的目标,那么对于地球上的大部分区域来看,由于突然变化带来的冲击是相对较小的,只有靠近赤道的,占全球 2% 的区域,才会经受全球带来的强烈冲击。而当全球变暖导致的平均气温上升由 2 摄氏度变为4摄氏度时,受到影响的物种会由 2% 变为 15%。



图2:全球不同区域生物多样性受影响范围对比,颜色越接近右边,影响越大


可若是我们还是按照当前的碳排放增长趋势,造成失控式的全球变暖,那么受影响的区域及程度,都会显著地增加,如下图所示,在几乎所有热带地区,包括亚马逊雨林,东非草原,南亚及东南亚,都会受到极大的冲击。



    图3:随着碳排放的增长,几乎所有热带地区都受到了极大的冲击


3. 变化不是循序渐进

而是突如其来的


假设真的发生了全球生态多样性的锐减,我们能否提前做好准备?


这篇文章的回复是不能。因为生态系统作为一个典型的复杂系统,其中存在的正反馈会使的变化发生的很突然。


下图分别展示了,在全球各个地区及各类生态环境中,不同年份的平均气温趋势及物种受到严重影响的物种比例。可以看到,不论是哪种场景下,都会出现断崖式的突变。

图4:珊瑚礁三角区,戈壁,亚马逊流域,刚果河流域在失控的全球变暖下气温及受影响物种的比例,其中Abr和Tim表示变化的突然程度和时间,指在一年之内发生的最激烈变化的强度及对应年份


如图所示,气温的变化并不等于生物多样性的改变,因此仅仅关注特定区域内平均气温的变化,并不能反映出该区域生态多样性是否会发生变化。由于生物会为了适应环境改变栖息地,例如原本热带区域的生物进入温带,作为缺少天敌的入侵物种,造成当地物种灭绝,从而带来温带生物多样性锐减。因此该文估计受影响物种的比例,相比实际情况有可能是偏低的。而这更凸显了构建一个全球性的生态多样性监控系统的必要性。



4. 海洋和陆地受到的影响程度不同


相比于有山脉与河流阻隔的陆地,海洋中气温的变化,影响的范围更广,变化的突然程度也更加明显。


图5:海洋和陆地气候物种数量和变化突然程度


上图中纵轴是该区域有多少种生物物种,横轴是该区域对应的变化的突然程度,左图描述位于海洋的生态系统,右图描述位于陆地的。可以看出,海洋中的生态系统,在物种数量上符合长尾分布,且越多元的生态系统,越有可能由于气候变化带来的突变而在一年间内容,大部分物种都受到严重影响


如果人类没有达到巴黎协定设定的目标,到 2100 年,相比陆地生态圈中的 38% 的地区会受到严重影响,海洋生态圈中,会有 51% 的区域受到严重影响。这说明海洋生态系统更加脆弱。


图6:不同强度的全球变暖场景下,海洋与陆地中生态多样性受严重影响的区域对比


通过设定自然保护区,能否避免生态系统受到全球变暖所带来的冲击?


图7:不同气温升高幅度下,是否建立保护区与受影响物种百分比的关系


如上图所示,如果某区域内 20% 以上的面积处于自然保护区,则称该区域为保护程度高的区域(实线),否则用虚线表示。蓝色红色分别对应海洋与陆地。由于陆地中生态多样性会更早的受到全球变暖的冲击,因此红线始终位于蓝线上方。而两队实线和虚线之间的差距并不明显,这说明通过建立更多的的自然保护区,无法应对全球变暖带来的冲击。


图中 3-3.5 摄氏度之间的虚线指各国在 2020-2030 年间,按照巴黎协定的约定减排,之后不采取进一步行动时,2100 年全球气温会升高至少3摄氏度。



5. 总结


由于疫情造成的经济停摆,全球温室气体的排放在 2020Q1 在数十年来首次下降,然而这样的短期事件,并不能够改变全球变暖的大趋势。人类要想避免全球变暖带来的诸如极端气候,热浪,生态多样性丧失等不利影响,需要在未来十年采取系统性的改变,否则一旦越过了某个未知的临界点,我们将会留给子孙一个更加贫瘠的星球。


作者:郭瑞东

审校:刘培源

编辑:张爽


推荐阅读


芝加哥-50℃极寒、加州大火、北京无雪,气候异常可能是技术奇点的先兆!

PNAS前沿:厄尔尼诺现象大概率将在2020下半年爆发

审视生物多样性的经济价值:病毒源于野生动物,但为什么不该杀

奇点临近?Nature人类行为:文化演化不比生物更快

深度学习首次验证进化数学模型:趋同演化增加生物多样性

2030年气候危机?Nature刊文警告全球变暖是真的!

加入集智,一起复杂!






集智俱乐部QQ群|877391004

商务合作及投稿转载|swarma@swarma.org

◆ ◆ ◆

搜索公众号:集智俱乐部


加入“没有围墙的研究所”

让苹果砸得更猛烈些吧!



👇点击“阅读原文”,了解更多论文信息

    您可能也对以下帖子感兴趣

    文章有问题?点此查看未经处理的缓存