Леса и саванны могут быстро переключаться

Два недавних исследования показали, что экологические изменения могут приводить ранее стабильные леса и луга к переломным точкам, вызывающим внезапные крупномасштабные, а иногда и необратимые изменения, в результате которых лес может превратиться в саванну и наоборот. Эти выводы ставят под сомнение прежние предположения о том, что изменения в природных системах происходят непрерывно и плавно.

В одном исследовании, опубликованном в Science, ученые из Нидерландов под руководством Марины Хироты из Вагенингенского университета проанализировали спутниковые данные NASA о лесах (около 80% деревьев), саваннах (около 20%) и безлесных территориях (около 5% древесного покрова). Было обнаружено, что промежуточные регионы редки, а количество осадков является основным фактором, определяющим тип ландшафта. Исследователи также выяснили, что крупные сдвиги в типе ландшафта могут происходить внезапно, а не в результате ожидаемого медленного и плавного перехода.

В совместном исследовании США и ЮАР, также опубликованном в Science, группа под руководством А. Карлы Стэйвер из Принстонского университета установила, что степень древесного покрова обычно зависит от количества осадков и сезонных изменений. Однако в районах с промежуточным уровнем осадков (1000–2500 мм в год) и мягкими сезонными изменениями решающим фактором, определяющим преобладание леса, луга или безлесного ландшафта, становится огонь. Ученые обнаружили переломную точку при 40–45% древесного покрова: ниже этого порога пожары распространяются быстро, а выше — увеличение древесного покрова замедляет их распространение.

Обе группы работали с данными, собранными спутниками NASA Aqua и Terra, которые используют инструменты MODIS (спектрорадиометр среднего разрешения) для обнаружения растительного покрова и определения преобладающего типа растительности. Исследования были сосредоточены на районах, наименее затронутых деятельностью человека, включая субтропические и тропические регионы Австралии, Южной Америки и Африки.

Господствующие теории экологического развития предполагают, что при постепенном увеличении количества осадков в саванне число деревьев также должно постепенно расти, пока регион не превратится в лес. Новые исследования показывают, что саванны остаются лугами по мере увеличения осадков до достижения переломной точки, после которой они внезапно превращаются в полностью лесные территории. Подобные резкие изменения отмечались в локальном масштабе, но до сих пор не было известно, что они происходят и в глобальном.

Результаты могут иметь значение для людей, чье благосостояние зависит от неизменности ландшафта, поскольку он способен измениться быстро, что потребует столь же быстрой адаптации. Чтобы помочь им, команда Хироты разработала так называемые карты устойчивости, выявляющие регионы, близкие к переломной точке.

Эти два исследования также могут помочь уточнить модели изменения климата, которые в настоящее время предполагают, что переход между лугом и лесом является постепенным и зависит в основном от количества осадков и температур.