Vesiekosysteemit ja globaali ilmastonmuutos

Vesiekosysteemit ovat globaalin ympäristön kriittisiä osia. Sen lisäksi, että ne edistävät olennaisesti biologista monimuotoisuutta ja ekologista tuottavuutta, ne tarjoavat myös erilaisia palveluja ihmisväestölle, kuten juoma- ja kasteluvettä, virkistysmahdollisuuksia ja elinympäristöä taloudellisesti tärkeälle kalastukselle. Ihmistoiminta on kuitenkin uhannut vesijärjestelmiä yhä enemmän sekä suoraan että välillisesti. Maankäytön muutoksen, ympäristön pilaantumisen ja veden johtamisen aiheuttamien haasteiden lisäksi vesijärjestelmien odotetaan pian joutuvan kärsimään globaalin ilmastonmuutoksen aiheuttamasta lisäkuormituksesta.

”Vesiekosysteemit ja globaali ilmastonmuutos” on seitsemäs osa raporttisarjasta, jossa tarkastellaan ilmastonmuutoksen mahdollisia vaikutuksia Yhdysvaltojen ympäristöön. Siinä esitetään yksityiskohtaisesti ilmastonmuutoksen todennäköiset vaikutukset Yhdysvaltojen vesiekosysteemeihin seuraavan vuosisadan aikana. Raportin laatijat, tohtorit N. LeRoy Poff, Mark Brinson ja John Day, Jr. toteavat:

• Veden lämpötilan nousu ilmastonmuutoksen seurauksena muuttaa perustavanlaatuisia ekologisia prosesseja ja vesilajien maantieteellistä jakautumista. Tällaisia vaikutuksia voidaan lieventää, jos lajit pyrkivät sopeutumaan siirtymällä sopivaan elinympäristöön. Mahdollisten vaelluskäytävien muuttaminen ihmisen toimesta voi kuitenkin rajoittaa lajien kykyä siirtyä muualle, mikä lisää lajien sukupuuttoon kuolemisen ja biologisen monimuotoisuuden häviämisen todennäköisyyttä.
• Sademäärien ja valumavesien kausittaisten mallien muutokset muuttavat vesijärjestelmien hydrologisia ominaisuuksia, mikä vaikuttaa lajikoostumukseen ja ekosysteemin tuottavuuteen. Vesieliöpopulaatiot ovat herkkiä muutoksille äärimmäisten sadetapahtumien, kuten tulvien tai kuivuuden, tiheydessä, kestossa ja ajoituksessa. Muutokset lumen sulamisen kausittaisessa ajoituksessa muuttavat purojen virtaamia, mikä saattaa häiritä monien vesieliöiden lisääntymistä.
• Ympäristönmuutos todennäköisesti rasittaa edelleen herkkiä makean veden ja rannikon kosteikkoja, joihin jo nyt vaikuttavat haitallisesti monet muut ihmisen vaikutukset, kuten muuttuneet virtausjärjestelmät ja veden laadun heikkeneminen. Kosteikot ovat kriittinen elinympäristö monille lajeille, jotka ovat huonosti sopeutuneet muihin ympäristöolosuhteisiin, ja ne toimivat tärkeinä osatekijöinä rannikko- ja merikalastuksessa.
• Vesiympäristöjen ekosysteemien kyky sopeutua ilmastonmuutokseen on rajallinen. Näihin järjestelmiin kohdistuvien merkittävien vaikutusten todennäköisyyden vähentäminen riippuu ratkaisevasti ihmisen toimista, joilla vähennetään ekosysteemien muita stressilähteitä ja parannetaan sopeutumiskykyä. Tällaisia toimia ovat muun muassa rantametsien säilyttäminen, ravinnekuormituksen vähentäminen, vahingoittuneiden ekosysteemien ennallistaminen, pohjavedenoton minimoiminen ja mahdollisten uusien altaiden strateginen sijoittaminen siten, että haitalliset vaikutukset jäävät mahdollisimman vähäisiksi.

Tekijät ja tutkimuskeskus kiittävät lämpimästi tohtoreita Virginia Burkettia, Judy Meyeria, Elizabeth Strangea ja Alan Covichia heidän panoksestaan tämän raportin laatimiseen. Keskus kiittää myös Stratus Consultingin Joel Smithiä hänen avustaan tämän ympäristövaikutussarjan hallinnoinnissa.

Yhteenveto

Yhdysvaltoihin seuraavan sadan vuoden aikana ennustetun laajuinen ilmastonmuutos aiheuttaa merkittäviä muutoksia lämpötilajärjestelmiin ja sademalleihin kaikkialla Yhdysvalloissa. Tällaiset ilmastonmuutokset aiheuttavat vakavia riskejä sisävesien makean veden ekosysteemeille (järvet, purot, joet, kosteikot) ja rannikon kosteikoille, ja ne voivat vaikuttaa haitallisesti lukuisiin kriittisiin palveluihin, joita ne tarjoavat ihmisväestölle.

Lämpötila määrää monien vesi- ja kosteikkolajien maantieteelliset levinneisyysalueet. Maailman keskimääräisen pintalämpötilan ennustetaan nousevan 1,5-5,8oC vuoteen 2100 mennessä (Houghton et al., 2001), mutta nousu voi olla suurempaa Yhdysvalloissa (Wigley, 1999). Keskilämpötilan ennustetun nousun Yhdysvalloissa odotetaan häiritsevän suuresti nykyisiä kasvien ja eläinten levinneisyysmalleja makean veden ekosysteemeissä ja rannikon kosteikoilla. Esimerkiksi kylmän veden kalojen, kuten taimenen ja lohen, ennustetaan katoavan suurelta osin nykyiseltä maantieteelliseltä levinneisyysalueeltaan Manner-Yhdysvalloissa, kun lämpeneminen aiheuttaa veden lämpötilan nousun yli niiden termisen sietokyvyn rajojen. Lajit, jotka ovat eristyksissä elinympäristöissä, jotka ovat lähellä lämmön sietorajoja (kuten Suurten tasankojen purojen kalat), tai jotka elävät harvinaisissa ja haavoittuvissa elinympäristöissä (kuten alppikosteikot), voivat kuolla sukupuuttoon Yhdysvalloissa. Sitä vastoin monet lämpimämpää vettä suosivat kalalajit, kuten suursuuahven ja karppi, voivat mahdollisesti laajentaa levinneisyysalueitaan Yhdysvalloissa ja Kanadassa pintavesien lämmetessä.

Veden lämpötilan nousu muuttaa merkittävästi myös sisävesien makean veden ja rannikkokosteikkojen ekosysteemien tuottavuutta. Lämpimät vedet ovat luonnostaan tuottavampia, mutta tietyt lajit, jotka kukoistavat, voivat olla ei-toivottuja tai jopa haitallisia. Esimerkiksi monissa järvissä lämpiminä, ravinteikkaina jaksoina esiintyvien ”haitallisten” leväkukintojen voidaan odottaa yleistyvän tulevaisuudessa. Viileää vettä vaativia suuria petokaloja saattaa hävitä pienemmistä järvistä pintaveden lämpötilan lämmetessä, mikä voi epäsuorasti aiheuttaa enemmän haitallisia leväkukintoja, jotka voivat heikentää veden laatua ja aiheuttaa mahdollisia terveysongelmia.

Alaskan lämpenemisen odotetaan sulattavan ikirouta-alueita, jolloin matalat kesäiset pohjavesipinnat laskevat; sitä seuraava kosteikkojen kuivuminen lisää katastrofaalisten turvepalojen riskiä ja valtavien hiilidioksidimäärien (CO2) ja mahdollisesti metaanin vapautumista ilmakehään.

Lämpötilamuutokset vaikuttavat omien itsenäisten vaikutustensa lisäksi synergisesti makeanveden- ja rannikkoalueiden valumavesien vuodenaikaisaikaisen ajoittumisen muutosten kanssa. Yleisesti ottaen veden laatu todennäköisesti heikkenee huomattavasti, mikä johtuu odotettavissa olevasta kesäaikaisesta valunnan vähenemisestä ja kohonneista lämpötiloista. Nämä vaikutukset heijastuvat vesieliöihin, koska monien lajien elinkierto on tiiviisti sidoksissa sademäärästä ja valumasta saatavan veden saatavuuteen ja kausittaiseen ajoitukseen. Lisäksi talven lumipeitteen väheneminen vähentää huomattavasti pohjaveden täydennyksen ja kesän valunnan tärkeintä lähdettä, minkä seurauksena purojen, jokien, järvien ja kosteikkojen vedenkorkeus saattaa laskea merkittävästi kasvukauden aikana.

Seuraavassa esitetään yhteenveto nykyisestä käsityksestä ilmastonmuutoksen mahdollisista vaikutuksista Yhdysvaltojen vesiekosysteemeihin:

1. Vesi- ja kosteikkoekosysteemit ovat hyvin alttiita ilmastonmuutokselle. Lämpötila säätelee suoraan eliöiden aineenvaihduntaa ja ekosysteemien kokonaistuottavuutta. Lämpötilan ennustetun nousun odotetaan häiritsevän nykyisiä kasvien ja eläinten levinneisyysmalleja vesiekosysteemeissä. Muutokset sademäärissä ja valumavesissä muuttavat vesieliöiden elinympäristön määrää ja laatua, ja siten ne vaikuttavat epäsuorasti ekosysteemien tuottavuuteen ja monimuotoisuuteen.

2. Veden lämpötilan nousu aiheuttaa muutoksia vesieliöiden elinympäristöjen lämpökelpoisuudessa pysyville lajeille. Se, miten menestyksekkäästi lajit voivat liikkua maisemassa, riippuu leviämiskäytävistä, jotka vaihtelevat alueellisesti, mutta joita ihmisen toiminta yleensä rajoittaa. Vakavimmat vaikutukset kohdistuvat todennäköisesti alavien purojen ja jokien kaloihin, joilla ei ole yhteyksiä pohjoiseen, sekä viileää vettä vaativiin lajeihin (esim. taimen ja lohi). Jotkin lajit laajentavat levinneisyysalueitaan Yhdysvalloissa.

3. Virtavesien valunnan kausittaisilla muutoksilla on merkittäviä kielteisiä vaikutuksia moniin vesiekosysteemeihin. Puroihin, jokiin, kosteikkoihin ja järviin läntisillä vuoristoalueilla ja pohjoisilla tasangoilla vaikutukset ovat todennäköisimpiä, koska näihin järjestelmiin vaikuttaa voimakkaasti keväinen lumen sulaminen, ja lämpeneminen saa aikaan sen, että valunta ajoittuu aikaisemmaksi talvikuukausina.

4. Kosteikkojen häviäminen Alaskan ja Kanadan boreaalisilla alueilla johtaa todennäköisesti hiilidioksidin lisäpäästöihin ilmakehään. Mallit ja empiiriset tutkimukset viittaavat siihen, että ilmaston lämpeneminen aiheuttaa ikiroudan sulamista pohjoisilla kosteikoilla. Näiden boreaalisten soiden kuivuminen aiheuttaa sen, että turpeeseen varastoitunut orgaaninen hiili vapautuu ilmakehään hiilidioksidina ja mahdollisesti metaanina.

5. Rannikkokosteikot ovat erityisen alttiita maapallon lämpötilan nousuun liittyvälle merenpinnan nousulle. Merenpinnan nousun aiheuttama rannikkokosteikkojen tulviminen uhkaa kosteikkokasveja. Jotta monet näistä järjestelmistä voisivat säilyä, tarvitaan jatkuvaa suspendoituneen sedimentin syöttöä virtaavista puroista ja joista, jotta maaperä kasvaisi.

6. Useimpia erityisiä ekologisia reaktioita ilmastonmuutokseen ei voida ennustaa, koska alkuperäisten ja ei-alkuperäisten lajien uudet yhdistelmät ovat vuorovaikutuksessa uusissa tilanteissa.Tällaiset uudet vuorovaikutussuhteet voivat vaarantaa sen, miten luotettavasti vesi- ja kosteikkoekosysteemit tuottavat ekosysteemihyödykkeitä ja -palveluita.

7. Veden lämpötilan nousu ja virtaamien kausittainen väheneminen muuttavat monia ekosysteemiprosesseja, mistä voi aiheutua suoria yhteiskunnallisia kustannuksia. Esimerkiksi lämpimämmät vedet yhdessä runsaan ravinnevalunnan kanssa lisäävät todennäköisesti haitallisten leväkukintojen esiintymistiheyttä ja laajuutta, mikä heikentää veden laatua ja aiheuttaa mahdollisia terveysongelmia.

8. Se, miten ihmiset sopeutuvat muuttuvaan ilmastoon, vaikuttaa suuresti sisävesien makean veden ekosysteemien ja rannikkokosteikkojen ekosysteemien tulevaan tilaan. Näiden ekosysteemien jatkuvan terveyden ja kestävyyden kannalta menestyksekkäin tie on minimoida ihmisen toiminnan haitalliset vaikutukset politiikoilla, jotka edistävät vesiluonnonvarojen tieteeseen perustuvampaa hoitoa. Hallinnan ensisijaisiin tavoitteisiin olisi kuuluttava vesiluonnonvarojen riittävä veden laatu ja määrä sopivina ajankohtina, ravinnekuormituksen vähentäminen ja eksoottisten lajien leviämisen rajoittaminen.

Kokonaisuutena nämä johtopäätökset osoittavat, että ilmastonmuutos on merkittävä uhka Yhdysvaltojen vesiekosysteemien lajikoostumukselle ja toiminnalle. On kuitenkin olemassa kriittisiä epävarmuustekijöitä siitä, miten tietyt lajit ja kokonaiset ekosysteemit reagoivat ilmastonmuutokseen. Nämä epävarmuustekijät johtuvat sekä siitä, miten alueellinen ilmasto muuttuu, että siitä, miten monimutkaiset ekologiset järjestelmät reagoivat. Ilmastonmuutoksen muuttaessa ekosysteemien tuottavuutta ja lajikoostumusta on odotettavissa monia ennakoimattomia ekologisia muutoksia, jotka voivat uhata näiden järjestelmien ihmisille tarjoamia hyödykkeitä ja palveluja.