Jak zagrożenia naturalne kaskadowo powodują katastrofy?

To był jak dotąd wyjątkowy rok pod względem klęsk żywiołowych. Tajfuny w Azji i huragan Florence uderzający we wschodnie wybrzeże USA spowodowały rozległe zniszczenia, powodzie i lawiny błotne. W ciągu ostatnich dwóch miesięcy Skandynawia, Hiszpania i Portugalia, Wielka Brytania, Ameryka Północna i Afryka Południowa doświadczyły gwałtownych pożarów lasów. W lipcu, tuż pod Atenami, jedna z najbardziej śmiercionośnych pożarów w zapisanej historii szalała przez nadmorskie miasteczka, zabijając 99 osób. W tym samym miesiącu w Mendocino, w Kalifornii, spłonął obszar większy niż Los Angeles – ponad 1800 kilometrów kwadratowych – zabijając strażaka i niszcząc prawie 300 domów. W Szwecji wybuchło ponad 50 dzikich pożarów, niektóre nawet w obrębie koła podbiegunowego.

Niezwykła dotkliwość wielu z tych pożarów może być oznaką globalnego ocieplenia, z gorszymi w przyszłości. Ale to również podkreśla, jak ekstremalne wydarzenia są połączone. Wiele z pożarów nastąpiło po długich okresach suszy i rekordowych temperaturach. Ich wystąpienie również ładuje kostkę do gry dla niszczycielskich przyszłych zagrożeń.

Zardzewiałe krajobrazy są bardziej podatne na powodzie i osunięcia ziemi. W styczniu, lawina błotna zabiła 21 osób i raniła ponad 160 w pobliżu Montecito w Kalifornii. Miesiąc wcześniej, dziki pożar zniszczył roślinność i zdestabilizował glebę na stromych zboczach miasta. Kiedy burza przyniosła ulewne deszcze, 5-metrowa fala błota, głazów i gałęzi, poruszająca się z prędkością 30 kilometrów na godzinę, zmiotła ludzi z domów.

Łańcuchy niekorzystnych zdarzeń, takich jak te, kaskadowe jak przewracające się kostki domina, będą coraz częstsze w miarę ocieplania się świata. Jednak skala kaskadowych zagrożeń jest wciąż nieznana. Analitycy ryzyka szacują prawdopodobieństwo wystąpienia pojedynczych zdarzeń, przewidując rosnącą częstotliwość susz, huraganów itp. Nie biorą pod uwagę sieci powiązań między nimi. Na przykład, wzrost poziomu morza zwiększy erozję wybrzeża i narazi społeczności, infrastrukturę i ekosystemy na szkody spowodowane sztormami i falami powodziowymi.

Oceny ryzyka powinny być rozszerzone, aby rozważyć kaskadowe zagrożenia. W przeciwnym razie nie będziemy w stanie zaplanować skali i charakteru nadchodzących katastrof. Naukowcy muszą znaleźć odpowiedzi na następujące pytania: w jaki sposób zmiany klimatu wpłyną na ryzyko wystąpienia katastrofalnych efektów domina? Jakie są implikacje dla środowiska zabudowanego? Jakie środki łagodzące i adaptacyjne są potrzebne, aby poradzić sobie z poważniejszymi, wzajemnie powiązanymi katastrofami?

Tutaj przedstawiamy zarys tego, jak takie ramy ryzyka powinny zostać opracowane.

Katastrofy złożone

Pierwszym krokiem jest uznanie przez badaczy i zarządzających ryzykiem, że skutki zmian klimatu nie występują w izolacji, ale są silnie powiązane. Na przykład, susze i fale upałów często występują razem. Susze prowadzą do wysuszenia gleb, co zapobiega uwalnianiu energii słonecznej w postaci parowania, powodując ocieplenie powierzchni ziemi1. W całych Stanach Zjednoczonych tygodniowe fale upałów, które zbiegają się z okresami suszy, występują obecnie dwa razy częściej niż w latach 60. i 70. ubiegłego wieku2.

Suche i ciepłe warunki zwiększają ryzyko wystąpienia dzikich pożarów, które niszczą glebę i stanowią scenę dla późniejszych osunięć ziemi i powodzi. Śnieg i lód topnieją wcześniej, zmieniając czas spływu wód. Od lat 80. ubiegłego wieku wydłużyło to sezon pożarowy na całym świecie o 20%3,4. Przy mniejszej ilości śniegu i lodu na półkuli północnej, efekt chłodzenia zapewniany przez odbicie światła słonecznego od powierzchni Ziemi spadł o 10-20% w latach 1979-2008 (w stosunku do średniej wartości w tym okresie)5.

I te powiązania sięgają dalej: dzikie pożary występują na coraz wyższych wysokościach i szerokościach geograficznych (patrz „Więcej pożarów, więcej topnienia śniegu”), gdzie usuwają koronę lasu i zmieniają miejsce i sposób gromadzenia się śniegu. Sadza osadzająca się na śniegu pochłania ciepło i przyspiesza topnienie. Podobnie, pył uwalniany podczas suszy przyspiesza topnienie, jak to miało miejsce w dorzeczu górnej rzeki Kolorado6. Pył transportowany z jałowych regionów Afryki wpływa na czapy śnieżne w Europie, Ameryce Północnej i Azji.

Społeczności są częścią tych cykli. Na przykład, 60% wody w południowej Kalifornii pochodzi z wód roztopowych z gór Sierra Nevada7. Wielomiliardowy przemysł rolniczy w Kalifornii również zależy od tego źródła. Zmieniające się wzorce temperatury, śniegu, pożarów i powodzi stanowią wyzwanie dla starzejącej się sieci zapór, wałów przeciwpowodziowych i zbiorników wodnych w tym stanie. Muszą one być w stanie pomieścić więcej wody na początku sezonu, jak również zapobiegać powodziom i spływom gruzowym. Drobne zdarzenia, które normalnie nie byłyby powodem do niepokoju, mogą mieć głęboki wpływ: nieoczekiwane wybuchy wód roztopowych mogą na przykład spowodować spływ gruzu po spalonej ziemi. Regiony w Andach, Himalajach, Alpach i Górach Skalistych stoją przed podobnymi wyzwaniami.

Gwałtownie zmieniająca się natura zagrożeń w ocieplającym się świecie nie będzie obca lokalnym społecznościom. W Zimbabwe, na przykład, rdzenni mieszkańcy są mniej zdolni do czerpania z wzorców pogodowych, flory i fauny, aby przewidzieć, kiedy powodzie mogą nadejść i zmusić ich do zmiany miejsca zamieszkania.

W międzyczasie, szybki wzrost populacji i urbanizacja pogarsza zmiany klimatyczne. Na przykład, domy zbudowane na stromych zboczach mogą stać się bardziej podatne na osunięcia ziemi.

Brakujące linki

Badacze klimatu zaczęli oceniać niektóre zagrożenia związane z klimatem, takie jak susze i fale upałów1,2. A wysiłki mające na celu zminimalizowanie strat ludzkich i finansowych wynikających z katastrof stały się bardziej interdyscyplinarne i skoordynowane. Ramy Narodów Zjednoczonych z 2015 r. dotyczące zmniejszania ryzyka związanego z klęskami żywiołowymi (Sendai) wspierają badania nad ryzykiem, narażeniem i podatnością w celu poprawy odporności i reagowania w sytuacjach kryzysowych na szereg klęsk żywiołowych, od powodzi po trzęsienia ziemi. Siódmy program ramowy Unii Europejskiej (7PR) ma na celu poprawę wiedzy, prognozowania i narzędzi decyzyjnych służących zapobieganiu katastrofom i interwencjom.

Ale programy te nie zdołały jeszcze spleść ze sobą całego gobelinu zagrożeń. Zazwyczaj dotyczą one jednorazowych poważnych katastrof, a nie powiązanych łańcuchów mniejszych zdarzeń, koncentrując się na reagowaniu na sytuacje kryzysowe, a nie na zapobieganiu im lub zwiększaniu odporności. Można przeanalizować niektóre oczywiste powiązania, takie jak gwałtowny ciąg zdarzeń, który nastąpił po trzęsieniu ziemi w Tohoku w 2011 r., które wywołało tsunami powodujące stopienie się reaktora jądrowego w Fukushima Daiichi w Japonii. Nie zbadano jednak długoterminowego wpływu tsunami na hydrologię i wybrzeża regionu. Ponadto większość krajów przyjmuje własne podejścia do radzenia sobie z zagrożeniami. W obecnych praktykach brakuje uniwersalnych ram dla rozwiązywania problemów związanych z katastrofami kaskadowymi.

Wiele luk badawczych pozostaje do wypełnienia. Słabo poznane są fizyczne mechanizmy kaskadowe, takie jak wpływ sadzy z pożarów na pokrywy śnieżne lub fal oceanicznych na osuwiska przybrzeżne, a także ich sprzężenia zwrotne. Zakładanie, że zdarzenia są niezależne, daje również fałszywe poczucie tego, jak często należy się spodziewać ich wystąpienia, co z kolei wpływa na gotowość na wypadek katastrofy.

Teoretyczne modele ryzyka muszą być w stanie poradzić sobie z wielowymiarowymi i współzależnymi zagrożeniami. Na przykład, na erozję wybrzeża może mieć wpływ globalny wzrost poziomu morza, tsunami wywołane trzęsieniem ziemi, sztormy i infrastruktura, taka jak bariery i zabezpieczenia. Stan wybrzeży z kolei dyktuje narażenie społeczności.

Historyczne zapisy mogą nie zawierać wszystkich odpowiedzi. Trudno jest również wyodrębnić przyczyny i skutki w złożonych sieciach, zwłaszcza w systemach zarządzanych. Trudno jest określić ilościowo, w jaki sposób zdarzenie początkowe zwiększa lub zmniejsza ryzyko związane z kolejnymi zdarzeniami, a także przewidzieć ich czas wystąpienia8. Na przykład awaria wału przeciwpowodziowego może mieć wiele przyczyn w dłuższym okresie, w tym osłabienie w czasie suszy, ekstremalne opady deszczu, zły projekt i nieodpowiednią konserwację.

Dane są skąpe, zwłaszcza z odległych regionów, takich jak surowe góry. Agencje i kraje nie zawsze dzielą się danymi. Różne dyscypliny i regiony stosują różne definicje. Brakuje kluczowych obserwacji. Na przykład, zakres dzikiego pożaru i jego bezpośrednie skutki (ofiary śmiertelne, utracone domy) są rejestrowane, ale uszkodzenia struktury gleby nie są powszechnie odnotowywane.

Potwierdzenie danych satelitarnych na miejscu jest rzadkie. Wiele krajów ogranicza wykorzystanie swoich danych dotyczących środowiska i klimatu. Trudno jest znaleźć długoterminowe zestawy danych, zwłaszcza na Bliskim Wschodzie, w Afryce, Ameryce Południowej i południowo-wschodniej Azji. Klęski żywiołowe wywołane przez umiarkowane warunki często nie są rejestrowane. A dostęp do urządzeń komputerowych i szkoleń w zakresie przetwarzania danych jest niewystarczający w wielu krajach rozwijających się.

Nie istnieje standardowy protokół zbierania danych dotyczących środowiska, klimatu i wpływu klęsk żywiołowych. Kraje mają swoje własne sposoby śledzenia wpływów pieniężnych, utraty życia i środków do życia. Naukowcy stosują różne metody opisywania susz, burz, fal upałów i pożarów. Na przykład, meteorolog może zdefiniować susze na podstawie deficytu opadów, podczas gdy hydrolog może opisać je na podstawie zmian w spływie rzek.

Następne kroki

Należy opracować globalny system do oceny zagrożeń kaskadowych. Naukowcy powinni wyjść poza obliczanie statystyk dotyczących ekstremalnych susz, powodzi i pożarów w izolacji i zagłębić się w ich interakcje ze środowiskiem naturalnym i zabudowanym. Organizacje międzynarodowe, takie jak Światowy Program Badań nad Klimatem i Światowa Organizacja Meteorologiczna, powinny przejąć inicjatywę w koordynowaniu badań. Natomiast agencje międzyrządowe, w tym Komisja Europejska, amerykańska Federalna Agencja Zarządzania Kryzysowego oraz Biuro Narodów Zjednoczonych ds. Zmniejszania Ryzyka Katastrof, jak również inne organizacje zajmujące się zagrożeniami, powinny opracować globalny system wczesnego ostrzegania o zagrożeniach. Należy również opracować przepisy i materiały edukacyjne, aby pomóc inżynierom, decydentom i społeczeństwu zminimalizować ich narażenie na złożone zagrożenia i kaskadowe katastrofy.

Zakres danych zbieranych do analizy zagrożeń musi zostać rozszerzony, w przestrzeni kosmicznej i na ziemi. Obserwacje powinny być spójne na całym świecie i udostępniane w sposób otwarty. Opowiadamy się za monitorowaniem w czasie rzeczywistym, aby uchwycić ekstremalne i umiarkowane zdarzenia w momencie ich wystąpienia, a nie retrospektywnie. Taka sieć monitoringu mogłaby opierać się na innych globalnych wysiłkach w zakresie śledzenia środowiska, takich jak Globalna Sieć Systemów Obserwacji Ziemi, projekt Globalnego Modelu Trzęsień Ziemi oraz Portal Danych NASA. Należy również gromadzić informacje społeczno-gospodarcze o zagrożonych ludziach, zwierzętach gospodarskich, budynkach i infrastrukturze.

Inżynierowie, planiści i decydenci muszą zidentyfikować wrażliwą infrastrukturę i ekosystemy do monitorowania. Lokalne i krajowe agencje rządowe i naukowcy powinni poprawić przepisy, zarządzanie kryzysowe i kodeksy budowlane. Po tegorocznych pożarach w Grecji obywatele twierdzili, że nieuregulowane budownictwo na terenach leśnych i brak oficjalnego planu ewakuacji przyczyniły się do wysokiej liczby ofiar śmiertelnych. Kontakty ze społecznościami i edukacja publiczna mają kluczowe znaczenie dla zwiększenia świadomości potencjalnych zagrożeń kaskadowych oraz dla ratowania życia i środków do życia w miarę narastania skutków zmian klimatu.