Tin song ngữ

  1. Tin tức song ngữ Anh-Việt
  2. Khoa học - Công nghệ
  3. Khoa học - Nghiên cứu
  4. Thời tiết ngày càng khắc nghiệt đang cảnh báo sự suy sụp của hệ sinh thái

Thời tiết ngày càng khắc nghiệt đang cảnh báo sự suy sụp của hệ sinh thái

Mức trung cấp

Rising Extreme Weather Warns of Ecosystem Collapse: Study

The world’s climate is already changing. Extreme weather events (floods, droughts, and heatwaves) are increasing as global temperatures rise. While we are starting to learn how these changes will affect people and individual species, we don’t yet know how ecosystems are likely to change.

Receding water levelscan be seen around the San Gabriel Reservoir, or San Gabriel Dam, which provides flood control, groundwater recharge flows and hydroelectricity for the heavily populated San Gabriel Valley in the Greater Los Angeles metropolitan area, which lies in the San Gabriel Mountains north of Azusa and east of Los Angeles, on July 29, 2014 in California. (FREDERIC J. BROWN/AFP/Getty Images)

Research published in Nature, using 14 years of NASA satellite data, shows eastern Australia’s drylands are among the most sensitive ecosystems to these extreme events, alongside tropical rainforests and mountains. Central Australia’s desert ecosystems are also vulnerable, but for different reasons.

As the world warms, this information can help us manage ecosystems and to anticipate irreversible changes or ecological collapse.

Tipping Points

Ecological theory tells us that as ecosystems become unhealthy, they approach critical thresholds (also referred to as tipping points). The more unhealthy they become, the quicker they respond to disturbances.

Ecosystems that cross a critical threshold are transformed into new states, often with losses in biodiversity, exotic species invasions, and sudden forest die-off events. For example, over the past 10 years, ecosystems in the western US have experienced large-scale tree deaths and native, black grama grasslands have been transformed to the exotic, South African Lehmann lovegrass.

Farms and crops can be thought of as agricultural ecosystems, and they are highly sensitive to variations in climate. This means they are very challenging to manage for sustainable livestock and crop production under such intensifying conditions of sudden good and bad periods.

As humans we show weakened resistance when we are sick, and we become more susceptible to external conditions. Similarly, slower than normal ecosystem responses to external changes may also be indicative of an unhealthy ecosystem.

Both of these measures, fast and slow, are early warning signs for ecosystem collapse.

Seeing Ecosystems from Space

But how do we know if an ecosystem is going to collapse? Space offers a unique vantage point. The new research uses data from NASA’s Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (or MODIS) satellites. The satellites, orbiting roughly 900 km above Earth’s surface, measure things like snow and ice, vegetation, and the oceans and atmosphere.

The satellites measure ecosystem “greenness”, which indicates how much an ecosystem is growing. This is not too different from a farmer visually interpreting cues of plant health based on colour, except that satellites can have the capability to analyse colour in parts of the spectrum beyond our sensing capabilities.

The researchers developed a “Vegetation Sensitivity Index”, which showed how ecosystems responded to changes in climate. They particularly looked at changes in temperature, cloud cover, and rainfall.

One nice aspect of this research is that it specifically shows which climate component has the biggest role in changing ecosystems. For example changes to alpine meadows were attributed to warming temperatures, while tropical rainforests were very sensitive to fluctuations in solar radiation (or cloud cover).

Australia’s Vulnerable Ecosystems

Eastern Australia’s dry woodlands and semi-arid grasslands, according to the study, are some of the most sensitive ecosystems to climate change, alongside tropical rainforests and alpine regions. The main factor in Australia is water.

This is in line with our recent study conducted in southeast Australia since 2000, which shows sudden, abrupt shifts in ecosystem function over many semi-arid ecosystems. This demonstrated the vulnerability of eastern Australian ecosystems to climatic variability and future extreme climatic events.

The new study also found central Australia’s deserts and arid lands show unusually slow responses to climate variability, which is concerning. Slower responses may be an early warning that these ecosystems are approaching a critical threshold before collapsing.

But this might also be an adaptation to the extreme climate variability these ecosystems already experience. The vegetation “knows” that the good, rainy times don’t last and therefore they may not invest in new growth that will later become a burden when drought returns.

What Does This Mean for Ecosystems?

This research isn’t the end of the story. Although satellite data are valuable, they can’t tell us exactly what are the causes or mechanisms of ecosystem change. To do that, we need information on the ground, and consistent data over long periods of time is hard to come by. One example is Australia’s Terrestrial Ecosystem Research Network, or TERN.

The next step is to attribute the reasons why some systems appear to be more sensitive than others and more importantly, predict where and when the critical transitions will occur.

When forests, grasslands, and other ecosystems approach their critical thresholds, their resistance is weakened and they become highly susceptible to insects, pests, disease, species invasions, and mortality. One way to help ecosystems cope may be to reduce pressures on the land, such as recreation, harvesting and grazing.

If ecosystems collapse, we can mitigate some of the damage by helping wildlife and minimising soil erosion and runoff following tree deaths. But the most important thing is recognising that each ecosystem will behave differently; some may collapse, but others will survive.The Conversation

Source: Alfredo Huete and Xuanlong Ma



Thời tiết ngày càng khắc nghiệt đang cảnh báo sự suy sụp của hệ sinh thái

Khí hậu thế giới đang biến đổi. Những biến cố thời tiết khắc nghiệt (lũ lụt, hạn hán và các đợt nóng) đang gia tăng cùng lúc với sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu. Trong khi chúng ta đang bắt đầu tìm hiểu sự biến đổi này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến con người và loài sinh vật, chúng ta vẫn chưa biết rằng hệ sinh thái có thể sẽ biến đổi như thế nào.

Có thể thấy mực nước bị rút ở quanh bồn chứa San Gabriel, hay đập nước San Gabriel, nơi kiểm soát lũ lụt, mạch nước ngầm và thủy điện cho Thung lũng San Gabriel đông dân ở các khu vực đô thị Greater Los Angeles, nằm trong dãy núi San Gabriel phía bắc Azusa và phía đông Los Angeles, ngày 29 Tháng Bảy, 2014 tại California. (Frederic J. Brown / AFP / Getty Images)

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Nature, sử dụng 14 năm dữ liệu vệ tinh của NASA, cho thấy những vùng đất khô cằn ở phía đông Australia là một trong những hệ sinh thái nhạy cảm nhất với những biến cố khắc nghiệt, bên cạnh những khu rừng mưa nhiệt đới và núi. Hệ sinh thái vùng sa mạc miền trung nước Úc cũng dễ bị tổn thương, nhưng là do nhiều lý do khác.

Khi trái đất ấm lên, thông tin này có thể giúp chúng ta chỉnh đốn hệ sinh thái và dự đoán những biến đổi không thể phục hồi hoặc sụp đổ hệ sinh thái.

Các điểm tới hạn

Lý thuyết sinh thái cho chúng ta biết rằng khi hệ sinh thái trở nên không còn lành mạnh, chúng sẽ tiếp cận các ngưỡng tới hạn (còn gọi là điểm tới hạn). Nó càng trở nên không lành mạnh, phản ứng của nó khi xảy ra rối loạn càng nhanh.

Những hệ sinh thái đã trải qua một ngưỡng quan trọng sẽ chuyển sang tình trạng mới, thường là kèm với sự tổn thất về mức đa dạng sinh thái, sự xâm nhập của các chủng loài ngoại lai, và các sự kiện chết hàng loạt rừng một cách đột ngột. Ví dụ, trong 10 năm qua, các hệ sinh thái ở miền tây Hoa Kỳ đã trải qua những vụ chết cây rừng quy mô lớn, và đồng cỏ đen bản địa đã bị biến thành loại cỏ Lehmann lovegrass Nam Phi kỳ lạ.

Trang trại và các loại cây trồng có thể được coi như là các hệ sinh thái nông nghiệp, chúng rất nhạy cảm với sự thay đổi khí hậu. Điều này có nghĩa là rất khó khăn để quản lý chăn nuôi bền vững và sản xuất cây trồng trong điều kiện thời kỳ tốt và xấu chuyển biến đột ngột với mức độ gia tăng.

Là con người, chúng ta có biểu hiện là sức đề kháng suy yếu khi bị bệnh, và chúng ta trở nên nhạy cảm hơn với điều kiện bên ngoài. Tương tự như vậy, phản ứng chậm hơn bình thường đối với những thay đổi hệ sinh thái bên ngoài có thể là dấu hiệu của một hệ sinh thái không lành mạnh.

Cả hai cách đo lường này, nhanh và chậm, là những dấu hiệu cảnh báo sớm cho sự sụp đổ của hệ sinh thái.

Nhìn hệ sinh thái từ vũ trụ

Nhưng làm thế nào để chúng ta biết nếu một hệ sinh thái sẽ sụp đổ? Không gian vũ trụ cung cấp một điểm lợi thế độc đáo. Nghiên cứu mới này sử dụng dữ liệu từ các vệ tinh phóng xạ quang phổ chụp ảnh độ phân giải trung bình của NASA (hoặc MODIS). Các vệ tinh, có quỹ đạo khoảng 900 km bên trên bề mặt Trái đất, đo đạc những thứ như tuyết và băng, thảm thực vật, và các đại dương và khí quyển.

Những vệ tinh này đo đạc “mức độ xanh” của hệ sinh thái, mức này chỉ ra mức phát triển của một hệ sinh thái. Điều này không khác nhiều so với việc một nông dân diễn giải một cách trực quan các dấu hiệu sức khỏe cây trồng dựa trên màu sắc, ngoại trừ việc các vệ tinh có thể có khả năng phân tích màu sắc trong các phần của quang phổ nằm ngoài khả năng giác quan của chúng ta.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một “chỉ số nhạy cảm của thực vật”, để cho biết mức độ mà hệ sinh thái phản ứng với những thay đổi của khí hậu. Đặc biệt dựa vào những thay đổi về nhiệt độ, độ che phủ mây và lưu lượng mưa.

Một khía cạnh tốt của nghiên cứu này là nó cho biết thành phần khí hậu nào có vai trò lớn nhất trong việc thay đổi hệ sinh thái. Ví dụ sự biến đổi của đồng cỏ núi cao là do nhiệt độ ấm lên, trong khi đó thì những khu rừng mưa nhiệt đới thì rất nhạy cảm với những biến động trong bức xạ mặt trời (hay độ che phủ của mây).

Các hệ sinh thái dễ bị tổn thương ở Úc

Rừng cây khô và đồng cỏ bán khô cằn ở miền đông Australia, theo nghiên cứu, là một số trong các hệ sinh thái nhạy cảm nhất do biến đổi khí hậu, cùng với những khu rừng mưa nhiệt đới và vùng núi cao. Yếu tố chính ở Úc là nước.

Điều này phù hợp với nghiên cứu gần đây của chúng tôi được tiến hành ở phía đông nam nước Úc kể từ năm 2000, trong đó cho thấy sự biến đổi đột ngột về chức năng sinh thái của nhiều hệ sinh thái bán khô hạn. Điều này cho thấy sự dễ thương tổn của hệ sinh thái ở miền đông Úc với biến động và sự kiện khí hậu khắc nghiệt trong tương lai.

Các nghiên cứu mới đây cũng cho thấy sa mạc trung tâm của Úc và những vùng đất khô cằn cho thấy phản ứng chậm bất thường đối với biến đổi khí hậu, điều này đáng lo ngại. Phản ứng chậm có thể là một cảnh báo sớm rằng các hệ sinh thái đang tiến tới một ngưỡng quan trọng trước khi sụp đổ.

Nhưng điều này cũng có thể là một sự thích nghi với biến đổi khí hậu cực đoan mà các hệ sinh thái này đã trải nghiệm. Thảm thực vật “biết” rằng quãng thời gian tốt và có mưa sẽ không kéo dài và do đó chúng có thể không tập trung vào phát triển mới, việc mà sau đó sẽ trở thành gánh nặng khi hạn hán trở về.

Điều này có ý nghĩa thế nào đối với hệ sinh thái?

Nghiên cứu này chưa phải là phần kết của câu chuyện. Mặc dù dữ liệu vệ tinh có giá trị, nhưng vẫn không cho ta biết nguyên nhân hoặc các cơ chế của sự thay đổi hệ sinh thái có chính xác hay không. Để làm việc đó, chúng ta cần những thông tin trên mặt đất, và các dữ liệu thống nhất trong thời gian dài là khó có được. Một ví dụ là Mạng lưới nghiên cứu hệ sinh thái mặt đất của Úc, hoặc TERN.

Bước tiếp theo là tìm nguồn gốc lý do tại sao một số hệ thống nhạy cảm hơn so với những hệ thống khác và quan trọng hơn, dự đoán ở đâu và khi nào quá trình chuyển biến quan trọng sẽ xảy ra.

Khi các khu rừng, đồng cỏ, và các hệ sinh thái khác tiếp cận các ngưỡng nguy kịch, sức đề kháng của chúng bị suy yếu và chúng trở nên rất dễ bị côn trùng, sâu bệnh, bệnh, sự xâm chiếm chủng loại, và chết. Một cách để giúp các hệ sinh thái đối phó việc này là làm giảm những áp lực lên đất trồng, chẳng hạn như việc tái tạo, thu hoạch, chăn thả gia súc.

Nếu hệ sinh thái sụp đổ, chúng ta có thể giảm thiểu một số thiệt hại bằng cách giúp đỡ các động vật hoang dã và giảm thiểu xói mòn đất và dòng chảy sau khi cây cối bị chết. Nhưng việc quan trọng nhất là nhận thức được rằng mỗi hệ sinh thái sẽ có hành xử khác nhau; một số có thể sụp đổ, nhưng số khác sẽ sống sót tiếp được.


Dịch bởi: Long Võ


bài viết đặc sắc trong tháng 10/2017

CEP Education giúp học sinh giỏi tiếng Anh ngay từ cấp tiểu học

Trung tâm Anh ngữ CEP viết nội dung này để nhắn gửi đến các bạn đang là cha mẹ và cả các em học sinh một lộ trình học tiếng Anh hiệu quả và giúp các em có thể giỏi…

Có thể bạn quan tâm

Tin cùng chuyên mục