8. KLÍMAVÁLTOZÁS, BIODIVERZITÁS ÉS KÖZÖSSÉGÖKOLÓGIAI FOLYAMATOK KÖLCSÖNHATÁSAI

Átírás

1 8. KLÍMAVÁLTOZÁS, BIODIVERZITÁS ÉS KÖZÖSSÉGÖKOLÓGIAI FOLYAMATOK KÖLCSÖNHATÁSAI HUFNAGEL LEVENTE SIPKAY CSABA DRÉGELY-KIS ÁGOTA FARKAS ESZTER TÜREI DÉNES GERGÓCS VERONIKA PETRÁNYI GERGELY BAKSA ATTILA GIMESI LÁSZLÓ EPPICH BOGLÁRKA DEDE LILLA HORVÁTH LEVENTE Összefoglaló megállapítások, következtetések, javaslatok A klímaváltozásnak a biodiverzitásra és közösségökológiai folyamatokra gyakorolt hatását vizsgálva megállapítottuk, hogy a nemzetközileg jelenleg leginkább elfogadott klímaszcenáriók adatait feltételezve, a bekövetkezô éghajlati változás jelentôsen befolyásolná hazánk természetes és ember által befolyásolt ökoszisztémáit, azok állapotát és ökológiai folyamatait. A földrajzi analógián alapuló faunavizsgálataink alapján, ha indikátorcsoportnak a Lepidoptera rendet választjuk megállapítható, hogy a mai fauna vesztesége fajokban 19 45% közötti lehet, ezek nagyrészt északias elterjedésû fajok. Ugyanakkor az új fajok megjelenésére a mai lepkefauna mintegy 19 36%-át kitevô mértékben számíthatunk, ezen fajok areája jellemzôen délkeleti jellegû. Ha ökoszisztéma-vándorlásban gondolkodunk, akkor a klimatikusan jellemzô élôlényközösségek zonalitásában a 2100-ig terjedô idôszakban km-es észak felé tolódás lenne szükséges a társulások alkalmazkodásához, ez azonban ilyen rövid idô alatt irreális, így súlyos ökológiai következményekkel lehet számolni. A stratégiai modellezési esettanulmányunk alapján a klímaváltozás szezonális dinamikai hatásai leginkább a május és október közötti idôszakban lehetnek jelentôsek. A vízi ökoszisztémákra vonatkozó taktikai szimulációs modellezési esettanulmányok a fenofázisok és aszpektuális jelenségek néhány hetes, illetve egy hónapos elôretolódására, egyes csoportoknál jelentôs egyedszámcsökkenésre, másoknál emelkedésre vezetnek. A dunai fitoplankton-szimuláció eredményei szerint a klímaváltozás hatására az évek planktonprodukciójának átlagában nem várható nagyon jelentôs változás, viszont az évek közötti szórás mértéke (évek közötti variabilitás) drasztikusan és szignifikánsan megnô. Eredményeink figyelembevételével a következô javaslatok fogalmazhatók meg: A fajok vándorlásának elôsegítése érdekében fontos a természetközeli élôhelyek tágabb környezetében az átjárhatóság lehetôvé tétele, illetve fokozása. Fokozott óvatosság szükséges a vízgazdálkodás részérôl, a veszélyeztetett vizes élôhelyek tekintetében. A természetvédelmi területeken elsôdleges cél a klímától független károsító hatások (zavarás, szennyezés, fragmentáció) mainál hatékonyabb kiküszöbölé- 227

2 se, de a megváltozó éghajlat hatásaira bekövetkezô szerkezeti átalakulást és az új fajok spontán megtelepedését nem szabad akadályozni. Elengedhetetlenül szükséges, hogy más mûvelési ágakból kivont területeken aktív telepítésekkel segítsék elô a jövôbeli klímához más területen már adaptálódott természetközeli társulások kialakulását. Ehhez a földrajzi analógia módszere nyújthat segítséget. A másik feladat az alkalmazkodásra képtelen fajok megôrzése, ami szintén a földrajzi analógián alapuló területkeresés és transzlokáció segítségével oldható meg. A biodiverzitás megôrzésében döntô szempont a mezôgazdaság és az erdészet prioritásainak klíma- és környezettudatossá alakítása, hiszen természetközeli állapotú élôhely egyre csökken. Az aktív természetvédelmi beavatkozások megvalósítása a természetvédelmi hatóságok nemzetközi együttmûködésével valósítható meg. A természetvédelem prioritásainak minél szélesebb körû megismertetése és elfogadtatása a képzés és a kommunikáció segítségével a társadalom valamennyi rétege felé. Bevezetés A bioszférát alkotó fajok elterjedése, az életközösségek faji és mennyiségi összetétele a földi élet kezdetétôl fogva folyamatosan változik. Korábban az élôvilág földtörténeti léptékû átalakulása természetes folyamatként volt felfogható, de az utolsó néhány ezer év változásaiban egyre nagyobb súllyal szerepelnek az emberi tevékenységnek tulajdonítható hatások. A környezetünkre gyakorolt antropogén hatások közül az egyik legjelentôsebb a klímaváltozás kérdésköre. A klímaváltozás kétségkívül jelentôs hatással van a természetes ökológiai rendszerekre és rajtuk keresztül a társadalmi és gazdasági folyamatokra. Ma már elfogadott tény, hogy a gazdasági és társadalmi élet a korlátozott természeti erôforrásokra támaszkodik, és az ökoszisztémák legkülönfélébb hasznait élvezi ( ökoszisztéma-szolgáltatások ). Ennek alapján az ökoszisztémák nem csak egy szektort jelentenek a többi között, hanem az ökoszisztéma-szolgáltatások révén a legtöbb szektorral kapcsolatban vannak, és a globális változások elsôsorban ezek megváltozásán keresztül befolyásolják életünket (8.1. ábra). Az elmúlt évtizedekben már megfigyelhetô a klímaváltozás közvetlen és közvetett hatása a szárazföldi és tengeri ökoszisztémákra egyed-, populáció-, faj- és ökoszisztéma-összetétel, valamint funkció szinten egyaránt. Minimálisan 20 éves adatsorok vizsgálata alapján több mint 500 taxonnál statisztikailag szignifikáns össze- 228

3 8.1. ábra. A globális változások az ökoszisztéma szolgáltatások révén vannak hatással számos szektorra, végeredményében a társadalmi jólétre Forrás: Czúcz et al., 2007 alapján függés mutatható ki a hômérséklet és az adott taxon egy biológiai-fizikai paraméterének változása között. A kutatások a taxonok fenológiai, morfológiai, fiziológiai, viselkedésbeli tulajdonságainak, járványok, kártételek gyakoriságának, illetve a fajok elterjedésének megváltozását és egyéb közvetett hatásokat mutattak ki. Azonban a klímaváltozás természetközeli ökoszisztémákra gyakorolt lehetséges hatásai és az élôlényközösség erre adott válaszreakciói az ilyen szempontból behatóbban tanulmányozott agrárrendszereknél még kevésbé ismertek. Ennek oka a természetközeli ökoszisztémák nagyobb komplexitásában keresendô. Nem mindenki számára egyértelmû azonban, hogy a biodiverzitás csökkenése valóban jelentôs veszteséget jelent-e az emberiség szempontjából. A közfelfogás szerint valaminek az értékét az határozza meg, mennyit hajlandók fizetni érte az emberek. A hagyományos közgazdasági szemlélet hajlamos alábecsülni a természeti erôforrások értékét, így a környezetkárosítás árát és a természeti erôforrások készleteinek felélését többnyire elhanyagolja. Az ökológiai közgazdaságtan ezen problémát úgy oldja meg, hogy gazdasági nyelvre fordítja le a biológiai sokféleség különféle szempontú (klímaszabályozás, vízretenció, ökológiai önszabályozás stb.) értékeléseit. Az ökológiai közgazdaságtan eszközeivel a pénzegységeket mint általános értékmérôt alkalmazva, olyan szolgáltatások értéke számszerûsíthetô, mint például az ökoszisztémák klímaszabályozó szerepe, vagy a hegyi erdôk szerepe a vízvisszatartásban és ezzel az árvizek mérséklésében. Az egyes földhasználati (élôhely) típusok ökológiai szolgáltatási értékeit Costanza et al. (1997) határozták meg. Az ô eredményeik felhasználásával elkészítettük Európa és Magyarország szolgáltatási érték térképét Standovár és Primack (2001) figyelembevételével. Az eredeti globális térképet az európai és hazai viszonyokkal összehasonlítva jól látható, hogy a földhasználati stratégia megváltoztatásával bôven lenne lehetôségünk a bioszféra klímaszabályozó kapacitásának javítására (8.2. ábra). 229

4 a, b, c, 8.2. ábra. Az ökoszisztéma-szolgáltatások értékének globális (a) térképe (Costanza et al. 1997nyomán), valamint ugyanezen adatok európai (b) és Magyarországi (c) léptékben Egy globális klímaváltozási tendencia lehetôségének és várható hatásainak értékelésekor világosan kell látni, hogy az emberi társadalom a bioszféra része, attól (annak szolgáltatásaitól ) elválasztva életképtelen. Köztudott, hogy a bioszféra szolgáltatásai korlátozottan állnak rendelkezésre, a természeti erôforrások végesek. A bioszféra szolgáltatásait az eltérô élôhelyeken felismerhetô élôlényközösségek (biomok, társulások) együttesen, egymással kölcsönhatásban nyújtják. Egy adott élôlényközösség által nyújtott szolgáltatás volumene az élôlényközösség típusától függ, és annak térbeli kiterjedésével (területével) arányos. Egy adott élôlényközösség sérülésének vagy megsemmisülésének hatása a globális ökoszisztéma folyamatain keresztül (biogeokémiai ciklusok, globális légkörzés stb.) az emberi társadalom egészére fejti ki hatását, így a lokális károsodás és annak hatásai, egy bonyolult ökológiai hatásláncon keresztül, térben és idôben diffúz módon jelentkeznek, gyakran az eredeti károsodás helyszínétôl távol. 230

5 8.1. Irodalmi áttekintés Klíma szerepe a közösségek biodiveritásának kialakításában A biológiai sokféleség, azaz biodiverzitás széles körben használt fogalom, amely az alkalmazó felfogásának megfelelôen jelenthet általános koncepciót, mérhetô entitásokat, tudományterület vagy akár társadalmi-politikai felfogást is. A biodiverzitás általánosan elfogadott három szintje a genetikai, taxon- és ökológiai diverzitás (Standovár Primack, 1998). A genetikai diverzitás a fajon vagy populáción belüli genetikai változatosságot jelenti. A taxondiverzitást legelemibb módon az adott területen elôforduló fajok számával fejezzük ki, de a klasszikus fajdiverzitás mellett általánosabb érvényben is használjuk, elfogadva, hogy az élôlények sokféleségét értelmes és szükséges is a faj feletti taxonómiai egységek (pl. nemzetségek, családok) szintjén is vizsgálni. Az ökológiai diverzitás a populációk tér- és idôbeli mintázataiban, kölcsönhatásaiban, az általuk létrehozott struktúrákban megjelenô sokféleség. A biológiai diverzitás mérésekor négy alapvetô tényezô értékelésére kerülhet sor 1. a féleségek száma; 2. a féleségek gyakorisági eloszlásában megnyilvánuló egyenletesség; 3. a féleségek különbözôségének mértéke; 4. a féleségek tér-idôbeli elhelyezkedésében és a lehetséges szomszédsági, kölcsönhatási viszonyaiban megnyilvánuló heterogenitás. A gyakorlatban használt diverzitási mérôszámok többsége ezek közül gyakran csak az elsô kettôt veszi tekintetbe. Földünk, vagy egy konkrét élôhely biodiverzitása állandó változásban van, milliárd évek evolúciójának gyümölcse, melyet a természetes folyamatok és az utóbbi néhány ezer év egyre nagyobb mértékben érvényesülô antropogén hatásai formáltak. Globális szinten az emberi tevékenység a biodiverzitás csökkenését okozta többek között a területhasználat és növényborítottság megváltoztatásával, talaj és víz szenynyezésével, degradációjával (beleértve az elsivatagosodást), a légszennyezéssel, a víz intenzíven kezelt mezôgazdasági, ipari és városi rendszerekbe történô elvonásával, az élôhelyek feldarabolásával (fragmentáció), a nem honos fajok behurcolásával és a sztratoszferikus ózonréteg gyengítésével (IPCC, 2007). A biodiverzitás csökkenése az adott idôszakra esô kihalt fajok számával, azaz a fajok kihalási rátájával jellemezhetô. A folyamatok jelenlegi felgyorsulását jelzi, hogy ez a ráta a kutatók által az elmúlt néhány millió évre átlagosan számolt a természetes kihalási háttérrátának mintegy szorosa (UNEP CBD, 2000). A biológusok által eddig a tudomány számára leírt fajok száma közel 1,75 millió (ezek nagyrészt apró élôlényeket, mint amilyenek a rovarok). Tudatlanságunkat elég jól tükrözi a legáltalánosabban elfogadott becslés, mely szerint kb. 13 millió faj lehet a Földön, de a becslések 3 és 100 millió között mozognak (Scoble, 1999). Általában az emberek a természetes világot fenyegetô veszélyeket hallva más élôlényeket fenyegetô veszélyekre gondolnak. A még leíratlan és a karizmatikus állatfajok (mint amilyenek a panda, a tigris, az elefánt, a bálna és a különbözô mada- 231

6 rak) számának csökkenése gyorsan a veszélyeztetett fajokra terelte a világ figyelmét. A biodiverzitás megôrzése azonban az etikai megfontolások mellett nem kis mértékben a saját érdekünk. A biológiai erôforrások azok a pillérek, melyekre civilizációnk épül Az egyes állatfajok számos tulajdonsága, a méreteik, formájuk és színük, táplálkozásuk és szexuális szokásaik az ôket körülvevô klimatikus körülményekhez alkalmazkodik. A klíma változásai befolyással vannak a populációk méreteire, melyek viszont befolyásolják a faj elterjedését és abundanciáját, végül az adott ökoszisztéma struktúráját és mûködését. Számos élôlény esetében alapvetô fiziológiai és biogeográfiai kutatásokból következtethetünk a klímaváltozás hatásaira. Visszatérô téma, hogy sok biológiai folyamat hirtelen eltolódáson megy keresztül bizonyos hômérsékleti, vagy csapadék-küszöbérték elérésekor. A növényi és állati elterjedési mintázatok határait különösen gyakran határozza meg a fagytolerancia vagy az éves minimum csapadékmennyiség. Az extrém idôjárási jelenségek gyakran hirtelen változásokat idéznek elô a populációk állapotában. Egyes aszályos évek is drasztikus összeomlásokat okoznak bizonyos fajoknál, míg más fajoknál populációrobbanáshoz vezethetnek. Így igen valószínû, hogy a fajspecifikus hômérséklet-küszöbértéket meghaladó napok arányában, az aszályok vagy extrém szezonális csapadékmennyiségek elôfordulási gyakoriságában bekövetkezô változások néhány fajnál fizikai és viselkedésbeli változásokhoz és számos fajnál elterjedési képük drasztikus megváltozásához vezetnek. Az ezen a téren történô kutatások legnagyobb nehézsége az, hogy a klímaváltozás csak része annak a tényezôcsokornak, melyet globális változás -nak nevezhetünk, és amelyet a fent említett biodiverzitás-hanyatlás jellemez. Hogy csak néhányat említsünk, a területhasználat és -kezelés változásai, a szennyezések és az invazív fajok szintén hatással vannak a vadon élô állatok élôhelyeire. Az élôhelyek akár elpusztítás, akár átható kezelési változások miatt bekövetkezô vesztesége nem csak lokális kipusztulásokat eredményez, de veszélyezteti a környezô területek jó élôhelyeit az egyes poulációk izoláltságának növelésével. Amint a jó élôhelyek területe csökken, és egyre elszigetelôdik a többi jó élôhelytôl, az azokon található populációk végleges kipusztulásának valószínûsége egyre nô. A múltban a fajok természetes elterjedése a változó klímától függôen eltolódott. Az élôhelyek fragmentációja meggátolja a fajok azon képességét, hogy a gyorsan változó klímával, melyet a jôvôben várhatóan megtapasztalunk, együtt vándoroljanak. Temérdek recens kutatás mutatott ki változásokat a vadon élô fajok regionális elterjedésében és lokális abundanciájában, melyek a 20. századi általános klímatikus melegedô trendeknek tulajdoníthatónak tûnnek. Parmesan et al. (1999) az állatok elterjedését megváltoztató klimatikus és nem klimatikus hatások szétválasztása céljából 57 európai nappali lepkefajt tanulmányozott. Amennyire csak lehetséges, megpróbálták leválasztani a klimatikus hatásokat azáltal, hogy vizsgálatuk alól kizárták azon fajokat, melyeket más, nem klimatikus hatások komolyan érintettek. Mivel a klíma hatásainak az élôhelyváltozások hatásaitól való elkülönítése volt a cél, olyan kritériumokat alkalmaztak, melyek alapján a kutatási területet azon fajokra korláto- 232

7 zódott, melyek elterjedési határainál feltételezetten a területhasználati változások nem jelentettek befolyásoló tényezôt. Csak vándorlásra nem hajlamos (nem migráns) fajokat használtak, mert a vándor fajok, mivel gyorsan reagálnak az éves hômérséklet-fluktuációkra (hullámzás), elterjedési határaik gyors eltolódását mutathatják, így igen hosszú idôn keresztül begyûjtött éves adatsor lenne szükséges az évenként ingadozásoktól független általános trendek megállapításához. A vizsgált fajok többségének elterjedési tartományában szisztematikus északi irányú eltolódás volt megfigyelhetô a 20. század folyamán. 35 fajra vonatkozólag rendelkeztek adatokkal elterjedésük mind északi, mind déli határairól, ezek majd kétharmadának egész elterjedési területe km-rel északabbra tolódott, és csak 6%- uk elterjedési területe tolódott dél felé. Mivel földrajzi szélesség vetületében mindkét elterjedési határnál vizsgálták az elterjedési tartományok változásait, képesek voltak elkülöníteni általános terjedési vagy összezsugorodási folyamatokat. Ez a tanulmány volt az elsô kontinentális léptékû bizonyíték bármely taxon elterjedésének a sarkok irányába történô eltolódásáról! Hasonló eredményeket kaptak számos más élôlény sokkal lokálisabb kutatásainál, pl. felfelé tolódást jelentettek növények esetében a svájci Alpokban és madaraknál Costa Ricában. Hasonlóan a vörös róka északra vonult a sarki róka territóriumára, miközben a sarki róka visszahúzódott a sarkokhoz (IPCC, 2003). A kutatások eredményeinek összesítése azt jelezte, hogy a fajok élôhelyében a 20. század folyamán világszerte szisztematikus változás következett be, és ezek a változások összhangban voltak a globális felmelegedési szcenariók elôrejelzéseivel. Így, noha a kutatók nem tudtak kontrollált kísérleteket véghezvinni a klímaváltozásnak a fajok elterjedésére gyakorolt hatását illetôleg, a hasonló mintázatú mozgások ismétlôdése az összes tanulmányban kellôen erôs bizonyítékát adja annak, hogy a klímaváltozás jelenleg is jelentôs hatással van a természetes populációkra. Általánosságban a fajok alapvetô biológiájáról való tudásunk nem elegendô ahhoz, hogy azonosíthassuk azokat a finom mechanizmusokat, melyeken keresztül a klímaváltozás kifejti a hatását a populácóiókra. Alkalmanként azonban direkt megfigyelések sorozata leránthatja a leplet a hosszú távú klímaváltozásra adott válaszmechanizmusokról. Az Euphydrias editha nevû fajt 40 éven át kutatta több tucat kutató. Úgy tûnik, ennél a fajnál az extrém idôjárási körülmények irányítják a lokális populációdinamikát, mely azután befolyásolja az elterjedési határokat. Historikus adatok és jelenlegi terepi felmérések adatainak kombinált felhasználásával Parmesan (2003) arra az eredményre jutott, hogy a faj elterjedési tartománya Nyugat-USA-ban 92 km-rel északabbra és tengerszint felett 124 méterrel magasabbra tolódott a 20. század folyamán. Ezen változás mértéke megfelelt az adott területen megfigyelt melegedési tendenciának, melyben az évi átlagos középhômérsékletizotermák 105 km-t haladtak Ézsakra és 105 m-t magasságban. A faj populációinak kipusztulása sok esetben bizonyos klimatikus eseményekhez köthetô. Az es aszály Kaliforniában a 21 felmért populációból 5 kipusztulását okozta. A Sierra Nevada hegységben 20 év megfigyelés során 3 extrém idôjárási esemény jelentkezett, melyek a hegyi populációk egész sorát segítették hozzá a kipusztuláshoz. Az elsô katasztrófa 1989-ben történt, mikor nagyon kis hó- 233

8 borítottság az imágók korai és szokatlanul egyidejû, áprilisi megjelenéshez vezetett (az általános júniusi repülési idôhöz képest); annyira korai, hogy a virágok még nem virágoztak és a legtöbb imágó éhen pusztult. Egy évvel késôbb, egy ismételten sekély hóborítottság ismételt korai repülési idôt eredményezett. A nyári meleg és napos körülményekhez szokott lepkék nagy része elhullott a szokványos májusi hóviharokban. Ezen események mindegyike jelentôsen lecsökkentette a populációk méretét. Végül, 2 évre rá, 1992-ben egy szokatlan, 5 ºC-os hideg június 16-án szigetelô hóréteg hiányában megölte a tápnövények becsült 97%-át. A lepkék akkorra már lerepültek, és a faj fiatal hernyók formájában volt jelen, melyek nem pusztultak el azonnal, de késôbb tápnövényük hiányában éhenhaltak. A kutatások szerint e faj ezeken az élôhelyeken azóta is kipusztultnak tekinthetô. Az Euphydrias editha elterjedési tartományának megfigyelt északra és felfelé tolódása a 20. század folyamán a faj elterjedésének déli határmezsgyéjén, illetve alacsonyabb tengerszinteken egyre több populáció kipusztulásának eredménye, és ugyanez ment végbe szimmetrikus tendenciával a populáció-stabilitás irányában az elterjedés északi határvidékén, illetve a nagyobb tengerszint feletti magasságokon. Ezért úgy tûnik, ennél a fajnál az extrém idôjárási események irányítják az elterjedési tartomány fokozatos eltolódását, a populációs szinteken érvényesülô rövid távú válaszokon keresztül. A klímaváltozás ökológiai hatásai több különbözô szervezôdési szinten figyelhetôk meg, bár nyilvánvaló, hogy ez a csoportosítás csupán a jelenség észlelésének, illetve a kutatás nézôpontjának következménye: A populációs szintû hatások közé tartozik az egyes fajok áreaviszonyainak megváltozása; fenológiai és életmenet-ciklusainak átrendezôdése; a populáció demográfiai struktúrájának megváltozása; valamint a populáció egyedeinek élettani állapotában megnyilvánuló változások. Közösség szintû hatásnak tekinthetô a fauna és flóra kompozíciójának; a társulások textúrájának (faj gyakorisági eloszlások); a társulások fiziognómiai szerkezetének (életformák eloszlásának); a közösségek architektúrális komplexitásának (térbeli szerkezetének); a populációs kölcsönhatásoknak (táplálékhálózat, kompetíciós viszonyok); valamint az az anyagforgalmi és produkció-biológiai viszonyoknak a megváltozása. Végül bioszféra szintû hatásoknak tekinthetôk a biomok földrajzi elterjedésében; a biogeokémiai ciklusokban; a bioszféra klímaszabályzó hatásában; és a bioszféra összes biodiverzitásában bekövetkezô változások. A klímaváltozás közösségökológiai hatásainak modellezésével foglalkozó kutatásokat vizsgálva koncepció szempontjából két hipotézis különböztethetô meg az ökoszisztémák, illetve társulások klímaváltozásra adott válaszát illetôleg. 234

9 Az ökoszisztéma-vándorlás megközelítés azt feltételezi, hogy az ökoszisztémák viszonylag változatlan állapotban vándorolnak olyan új területekre, amelyek klímája jelenlegi környezetükhöz hasonlatos. Ez a valóságnak nyilvánvalóan egy durva leegyszerûsítése. Ökológiai tudásunk azt sugallja, hogy az ökoszisztémavándorlás paradigma beteljesülése igen valószínûtlen az érintett fajok eltérô klimatikus toleranciája miatt, beleértve a fajon belüli genetikai variabilitást, különbözô korú, vándorlási és diszperziós képességekkel rendelkezô egyedeket és fajokat, özönfajok hatását, vagy más abiotikus tényezôket (pl. barrier). Ez egy elvont munkaparadigma, melynek megvan az az elônye, hogy az ökoszisztéma területe és annak jelenlegi klímája között jól bemutatott kapcsolatot fel lehet használni a klímaszcenáriók által jósolt jövôbeli megváltozott klíma hatására kialakuló új ökoszisztéma-elterjedések elképzeléséhez. A másik megközelítés, az ökoszisztéma-átalakulás in situ változásokkal számol a társulások faji összetételét, a fajok dominanciáját illetôleg. Egyes fajok abundanciája csökken, esetleg lokálisan kihalhatnak, míg mások abundanciája növekszik. Ez végül olyan társulásokat eredményez, melyek nagyban különbözhetnek a jelenlegiektôl. Az ökoszisztéma-vándorlás koncepcióval az a legnagyobb probléma, hogy nagyon nehéz gyakorlati elôrejelzésekhez felhasználni a fajok jelenlegi elterjedését leíró részletes adatok, valamint ökológiai igényeikrôl és ezek kölcsönhatásairól való tudásunk hiányossága miatt. Ezért a legtöbb globális és regionális tanulmány mint ahogy mi is az ökoszisztéma-vándorlás koncepciót kénytelen használni. Az ökológiai folyamatok szerepe a klíma szabályozásában Napjainkra nyilvánvalóvá vált, hogy az emberi tevékenységek befolyásolni tudják a Föld idôjárási és éghajlati viszonyait, az atmoszféra kémiai összetételét. A szervetlen anyagok áramlása és körforgása a légkör és az ökológiai rendszerek között folyamatosan fennáll, így az ember okozta hatások erôsen befolyásolják az ökoszisztémák mûködését. Az antropogén hatások miatt tehát megváltoznak az ökoszisztémák szolgáltatásainak folyamatai, mint például a fotoszintézis mennyiségi áramai, a talaj légzése általi CO 2 -kibocsátás vagy az óceánban oldott CO 2 mennyisége. Ezzel visszahatnak a légkör viszonyaira, szabályozzák a légkör összetételét, ezáltal a Föld hômérsékletét. A évi IPCC jelentés (Fischlin et al., 2007) szerint a 1,5 2,5 Cot meghaladó globális átlaghômérséklet-növekedés jelentôs változásokat idéz elô az ökológiai rendszer szerkezetében és mûködésében, elsôdlegesen negatív következményekkel a biológiai sokféleségre, az ökoszisztémák javaira és szolgáltatásaira. Számos ökológiai rendszer rugalmasságát valószínûleg meghaladja az éghajlatváltozás, a hozzá tartozó zavarok (pl. áradás, szárazság, futótûz, rovarok, az óceán savasodása) és egyéb globális változásokat kiváltó okok (pl. a földhasználat megváltozása, a környezetszennyezés, az erôforrások túlságosan nagy mértékû kiaknázása) példa nélküli kombinációja. Az ökoszisztémák szabályozzák a klímát (csapadék- 235

10 mennyiség, a hômérséklet értéke) oly módon, ha valamely légköri alkotóelem menynyisége (pl. CO 2 ) megnövekszik, a bioszféra ezzel ellentétes folyamatot indukál, hogy csökkenjen az alkotóelem mennyisége. A paleoklíma-kutatások több százezer évre visszamenôleg bizonyították ezt a szabályozó mechanizmust. A többlet CO 2 - tartalmat valószínûleg az óceánok nyelték el, ezzel szabályozva a Föld hômérsékletét is az üvegházhatáson keresztül. A bioszféra szabályozása során ez a visszacsatolás negatív értékû, amely során beáll az egyensúly. A klíma szabályozása során nem csupán az egyensúlyra törekvô, negatív visszacsatolások lehetnek jelen. A Föld egészét tekintve az egyik legfontosabb hômérséklet-befolyásoló tényezô a sarki jégsapkák albedója, fényvisszaverô képessége. A Föld átlaghômérséklete emelkedik, ezáltal a sarkvidékeken levô jég mennyisége évrôl évre csökken. A kevesebb jég felszínérôl kevesebb napfény verôdik vissza, ezért állandó napsugárzás-intenzitás mellett több nyelôdik el, ezáltal tovább melegítve Földünket. Az ökoszisztémák szabályozása során nem ez az egyetlen pozitív visszacsatolású folyamat, ilyen folyamat lehet például a talajban levô fagyott metán-hidrát kiolvadása is. A körforgások közül a legfontosabb a szén körforgása, ezért ezen a biokémiai cikluson keresztül vizsgáljuk a szárazföldi és az óceáni ökoszisztémák mûködésének megváltozását az antropogén hatásoknak tulajdoníthatóan, továbbá az ökológiai rendszerek megváltozott szolgáltatásainak hatásait (visszacsatolásait) a Föld klímájára. A jövôre vonatkozóan szimulációs kísérleteket végeznek a nagy klímakutató központokban a különbözô antropogén hatásokat figyelembe véve a Föld légköri összetételének megváltozására. A modellezés során a bioszféra szabályozásait részben figyelembe veszik, a látszólag jelentéktelenebbnek tûnô folyamatokat azonban elhanyagolják. Biotikus visszacsatolások. Az antropogén felmelegedés, a tengerszint emelkedése az éghajlati folyamatok és visszacsatolások idôskálája miatt évszázadokon át tovább folytatódhat akkor is, ha az üvegházhatású gázok koncentrációját sikerül stabilizálni (Meehl et al., 2007; Denman et al., 2007). Az éghajlat és a szénkörforgás közötti visszacsatolás várhatóan többlet szén-dioxidot juttat a légkörbe, miközben az éghajlati rendszer melegszik. Ennek a visszacsatolásnak az erôssége azonban bizonytalan. A természetes ökoszisztémák elhelyezkedésüket tekintve két csoportra oszthatók fel: óceáni és szárazföldi rendszerekre. A biotikus visszacsatolások tekintetében a szárazföldi rendszerek nagyságrendekkel nagyobb mennyiségû CO 2 -ot juttatnak vissza a légkörbe, mint az óceáni ökoszisztémák. Óceáni ökoszisztémák biotikus visszacsatolásai. Az óceáni ökoszisztéma és biogeokémiai körök meghatározó eleme a szén, és annak cserélôdése (Joos et al., 1999). A növekvô légköri CO 2 megnövekedett sugárzási kényszerhez vezet, amely magasabb tengerfelszíni hômérsékletet (SST) eredményez, és az erôsebb hidrológiai ciklus által csökken a tengerszintközeli rétegek sótartalma a magasabb szélességeken. Ez a változás indukálhatja a termohalin cirkuláció (THC) és az Észak-Atlanti Mélységi Vizek folyamatainak (NADW) átalakulását, ezáltal a tengeri szénciklus módusulását, majd az antropogén szén felszínbôl mélybe való szállításának a csökkenését eredményezi. Ez a csökkenô óceáni CO 2 -felvétel ily módon gyorsíthatja a légköri CO 2 növekedését. 236

11 A klímára vonatkozó másik fellelhetô biotikus visszacsatolás a fitoplankton dimetil-szulfidot termelése, amely során a dimetil-szulfid a légkörbe érve oxidálódik, aeroszolokká alakulhat, amely csökkenti a globális felmelegedést (Simo, 2001). Harmadrészt az óceáni szervesszén-pumpa mûködése korlátozott az ásványi anyagok mennyiségével, így a növekvô mennyiségû szén-dioxiddal nem nô az óceáni nettó primér produkció értéke (Zondervan, 2007). A szél által az óceánokba kerülô vas és egyéb élelmek az egyre szárazabb kontinensekrôl hatással van a nitrogénmegkötésre és az óceáni primér produkció mennyiségére (Falkowski et al., 1998). Szárazföldi ökoszisztémák biotikus visszacsatolásai. Charney et al. (1975) volt az elsô, aki az ökoszisztémák hatását vizsgálta a klímára. Vizsgálataiban a Szahara felszínének megváltozása általi visszacsatolásról szól. A késôbbiekben a globális klímamodellek már a földfelszín légkör komplex hatásait tartalmazzák. Az utóbbi években fontossá váltak a szárazföldi ökoszisztémák vegetációs mûködésének hatásai a klimatikus viszonyokra (Friedlingstein et al., 2006; Meir et al., 2006). Ahogy növeljük a szárazföldi ökológia szerepét a Föld rendszer modellekben (EMIC), úgy meghatározhatók a vegetáció és talaj folyamatainak visszahatásai a klímára, és egyre jobban érthetôvé válik a földhasználat megváltozásának hatása a szén körforgására. A szárazföldi ökológiai rendszerek biotikus visszacsatolásaikat a klímára különbözô biokémiai körök által fejtik ki. Ezen körök közül a legnagyobb mennyiségû árammal a szénkör rendelkezik. A szárazföldi ökoszisztémák három- vagy négyszeres mennyiségû szenet tárolnak, mint ami a légkörben fellelhetô, és a légköri CO 2 több mint egy nyolcada egy év alatt átáramlik az ökoszisztémákon a légzés és fotoszintézis folyamatain keresztül. A szénkörforgás folyamatai visszahatnak a klímára, amelyeket két szinten lehet értelmezni, a bioszféra egésze felôl közelítve, az ún. top-down módon, és az alapvetô biogeokémiai folyamatok felépítésével, az ún. bottom-up módon. A szénkörforgás jelenlegi állapotának és változásainak jobb megértése érdekében a következô kutatásokra kell koncentrálni (Canadell et al., 2004) erdôk biomasszájának meghatározása; eddy kovariancia fluxus hálózata; talaj széntartalmának meghatározása; földhasználat megváltozása és a tûz szerepe; oldalirányú transzport: a folyók és a tengerek közti szén- és ásványi anyag transzport; fosszilis tüzelôanyagok kibocsátásának mérése; ásványi anyagok áramai az ökoszisztémákba (N, P, Si, Fe); ökoszisztémák nem-co 2 komponenseinek kibocsátása (CO, CH 4, VOC); légköri CO 2 -mennyiség az ûrben. Ha az említett mennyiségek értékei rendelkezésre állnak, akkor pontosabb képet kapunk a szénforrások és szénnyelôk helyzetérôl. A szénciklus két alapvetô alkotóelemre osztható, a CO 2 -ra és a CH 4 -ra, ezek meghatározó szerepet töltenek be az ökoszisztéma szabályozásában. Az elôbb említett molekulákon kívül befolyásolhat- 237