Северо-восток Северной Америки зеленеет: спутники показали изменения альпийских экосистем

В последние десятилетия Земля буквально изменила цвет, становясь зеленее по крайней мере с 1980-х годов. Это позеленение происходит в различных экосистемах — от густонаселённых районов до в значительной степени необитаемых территорий за Северным полярным кругом. Альпийские зоны тоже зеленеют: экосистемы Альп и Скалистых гор становятся более зелёными по мере изменения их растительных сообществ в условиях потепления климата.

Новое исследование, опубликованное в Ecosphere, расширяет понимание учёных об этом явлении на северо-востоке Северной Америки. Используя 41 год спутниковых данных, исследование представляет крупномасштабный анализ того, как позеленение влияет на альпийские территории там, включая Белые горы в Нью-Гэмпшире, Адирондак в Нью-Йорке и горы полуострова Гаспе в Квебеке.

Результаты показывают широко распространённое позеленение и могут помочь в усилиях по сохранению этих уязвимых экосистем по мере изменения климата.

Новое исследование выделяется тем, что оно «связывает спутниковые наблюдения с глубоким знанием ландшафта и его растительных сообществ», — написал в электронном письме Eos Артюр Байль, эколог из Женевского университета, изучающий позеленение в Альпах. «Что делает его интересным, так это то, что оно охватывает регион с distinctive климатическими условиями и растительными сообществами, которые могут реагировать иначе, чем горные системы, с которыми мы более знакомы». Байль не участвовал в новом исследовании.

Зеленеющие вершины

Состав растительных экосистем, вероятно, меняется — от небольших альпийских растений с меньшей площадью листьев к более зелёным, кустарниковым видам.

Более двух столетий учёные каталогизировали виды, присутствующие на альпийских вершинах в этих регионах, но до сих пор «не было систематического, широкомасштабного географического взгляда на всю территорию», — сказал Джонатан Чипман, географ из Дартмутского колледжа и ведущий автор нового исследования. «Мы поняли, что спутниковое дистанционное зондирование предоставит способ контекстуализировать все эти полевые исследования».

Исследователи использовали почти 1000 спутниковых снимков миссии Landsat с 1984 по 2024 год для анализа. Используя нормализованный разностный вегетационный индекс, они преобразовали цвета, присутствующие на этих изображениях, в значение зелёности.

Они обнаружили, что 88% альпийской территории в этих регионах — около 11 352 гектаров — испытывали значительное позеленение, и ни один из участков не становился более коричневым.

Восемьдесят восемь процентов альпийской территории на северо-востоке Северной Америки зеленеют с 1984 года, включая большую часть альпийской зоны хребта Президентс в Нью-Гэмпшире. Фото: Джонатан Чипман

Чипман подчеркнул, что исследование было дистанционным зондированием и не делало выводов о том, какие виды растений присутствуют на этих вершинах. Тем не менее результаты означают, что на 88% альпийской территории северо-востока Северной Америки состав растительных экосистем, вероятно, меняется — от небольших альпийских растений с меньшей площадью листьев к более зелёным, кустарниковым видам.

Это явление происходит различными способами. Например, чувствительные альпийские растения, приспособленные к более прохладной погоде, могут медленно вымирать, в то время как растения нижних высот, приспособленные к более тёплой погоде, поднимаются вверх по склону и расширяют свои ареалы. Другая возможность заключается в том, что некоторые альпийские растения более устойчивы к потеплению и вытесняют своих менее устойчивых соседей. Инвазивные виды, переносимые туристами, также могут способствовать позеленению.

Позеленение альпийских зон заметно на горе Клэй в Нью-Гэмпшире. Подверженная ветру западная сторона хребта (слева) не очень зеленеет и по-прежнему dominated осоками, ситниками (травянистыми видами) и другими альпийскими растениями. Восточная, более защищённая сторона (справа) зеленеет и теперь покрыта более плотными, облиственными кустарниками и низкими вечнозелёными деревьями. Фото: Джонатан Чипман

Позеленение также может быть результатом удобрения из атмосферного азота, выделяемого промышленностью, добавил Чипман. В конце XX века, до того как США ввели регулирование в соответствии с Законом о чистом воздухе, электростанции с наветренной стороны от исследовательских участков выбрасывали большие количества азота, что могло стимулировать рост растений на подветренных вершинах. Хотя эти выбросы значительно сократились, их последствия могут сохраняться в альпийских экосистемах. «Это увлекательный вопрос для изучения, — написал Байль. — Как эти изменения повлияли на альпийскую растительность и как их эффекты могут различаться в зависимости от воздействия ветра, высоты и широты?»

Байль был удивлён, что позеленение было особенно выраженным значительно выше границы леса, что предполагает участие разнообразной растительности, а не просто результат поднятия деревьев вверх по склону. Результаты — это «ещё одно напоминание о том, что альпийские луга также меняются ускоренными темпами», — написал он, а также напоминание о том, что «схожие модели позеленения не обязательно означают, что действуют одни и те же экологические процессы».

Ветры (не)изменений

Хотя исследователи обнаружили значительное альпийское позеленение, многие вершины региона не испытывали это явление равномерно.

«В других альпийских зонах, где процессы контролируются более непосредственно температурой, можно ожидать, что по мере потепления климата это позволит растениям начать зеленеть на больших высотах. На северо-востоке всё сложнее».

Одной из главных причин этого может быть склонность северо-востока к сильным ветрам: гора Вашингтон в Нью-Гэмпшире, например, держит наземный рекорд самой высокой когда-либо непосредственно измеренной скорости ветра — 231 миля в час (372 километра в час). «Все горы здесь подвержены очень сильным ветрам довольно часто», — сказал Чипман.

Эти сильные ветры сохраняют альпийские зоны более прохладными, делая их менее восприимчивыми к позеленению. Кроме того, сильные ветры зимой могут нести частицы льда, оставляя альпийские растения фактически «пескоструенными», — сказал Чипман. «В других альпийских зонах, где процессы контролируются более непосредственно температурой, можно ожидать, что по мере потепления климата это позволит растениям начать зеленеть на больших высотах. На северо-востоке всё сложнее».

Гипотеза о том, что сильные ветры могут ограничивать позеленение, «заслуживает дальнейшего изучения», — написал Байль.

Защита альпийских зон

Управляющие земельными ресурсами могли бы использовать информацию из исследования о том, где позеленение происходит быстрее всего, для определения лучших участков для природоохранных усилий. Места, где темпы позеленения медленнее и экологические изменения не продвинулись так далеко, могут быть местами, где ещё есть чувствительные или редкие альпийские растения для защиты.

«Если у вас есть, например, сильно подверженные ветру территории, которые меньше подвержены этому процессу позеленения, возможно, это те районы, где вы хотите избежать строительства новой инфраструктуры или прокладки новых троп, потому что они могут стать действительно важными резервуарами альпийского биоразнообразия в будущем», — сказал Чипман.

Исследовательская группа планирует продолжить изучение мест, где альпийское позеленение продвигается медленнее, чтобы попытаться понять движущие силы различий в темпах. Чипман подчеркнул, что полевые исследования растительного сообщества также необходимы для понимания полной картины альпийского позеленения. Новое исследование дистанционного зондирования «является способом дополнения полевой науки, а не её замены», — сказал он.

В будущем учёные намерены объединить спутниковые данные с наземными наблюдениями, чтобы точнее определить, какие именно виды растений ответственны за позеленение и как быстро они распространяются. Особое внимание будет уделено регионам с сильными ветрами — таким как хребет Президентс и горы Гаспе, — где позеленение идёт медленнее и где могут сохраняться уникальные альпийские сообщества. Исследователи также планируют изучить роль азотных выбросов и инвазивных видов в изменении растительного покрова. По словам Чипмана, понимание этих механизмов поможет разработать стратегии сохранения, направленные на защиту наиболее уязвимых альпийских экосистем Северной Америки в условиях продолжающегося потепления.

Источники: Eos, Ecosphere, Дартмутский колледж, Женевский университет