Насколько люди модифицировали поверхность Земли (пока вы пили кофе): ученые определили скорость поглощения дикой природы

Двенадцать гектаров в минуту. Пока вы завариваете кофе, планета теряет кусок дикой природы размером с два десятка футбольных полей. За сутки площадь составит уже около 178 квадратных километров естественных ландшафтов. В период с 1990 по 2015 год человеческая деятельность привела к трансформации 1,6 миллиона квадратных километров природных территорий. Долго масштаб этого процесса оценивался лишь приблизительно, так как наука опиралась на упрощенные пространственные модели. Традиционный подход делил карту мира на две категории: зоны очевидного промышленного или городского освоения и так называемую «дикую природу».

Но реальное воздействие человека на экосистемы не ограничивается границами городов или контурами крупных сельскохозяйственных полей. Оно распространяется по сложной траектории: вдоль транспортных артерий, линий электропередач, зон добычи полезных ископаемых и участков выпаса скота. Чтобы зафиксировать эту картину целиком, международная группа исследователей под руководством эколога Дэвида Теобальда создала самую детализированную карту антропогенного изменения земной суши.

Их работа оценивает степень модификации ландшафтов с 1990 по 2017 год. Ученые отказались от бинарного деления на «природу» и «город», заменив его непрерывной шкалой интенсивности человеческого вмешательства.

Проблема слепых зон и масштаб разрешения

Главным недостатком предыдущих глобальных моделей оценки человеческого следа было низкое пространственное разрешение. Большинство таких карт оперировали территориальными квадратами (пикселями) площадью от 1 до 86 квадратных километров. В таком масштабе алгоритм усредняет данные. Если в пределах огромного квадрата находится нетронутый лес, но через него проходит узкая линия электропередач или грунтовая дорога, старые модели могли классифицировать весь участок как полностью природный, игнорируя фактор фрагментации ландшафта.

Команда Теобальда увеличила точность данных на два порядка. Они разбили всю сушу планеты (за исключением покрытой льдами Антарктиды) на участки площадью всего 0,09 квадратного километра. Такой уровень резкости позволил алгоритмам увидеть мелкие, но критически важные объекты инфраструктуры: буровые вышки, ветрогенераторы, лесовозные дороги и небольшие карьеры. Именно эта невидимая на глобальных картах паутина коммуникаций наносит первичный урон экосистемам, открывая доступ для дальнейшего освоения территорий.

Архитектура модели: как измерить совокупное давление

Оценка антропогенного давления требует решения сложной математической задачи: как рассчитать совокупный ущерб, если на одной территории действуют сразу несколько факторов? Например, участок земли может одновременно использоваться как пастбище, пересекаться железной дорогой и подвергаться световому и шумовому загрязнению от соседнего промышленного объекта. Простое сложение этих показателей приведет к тому, что уровень модификации превысит 100%, что не имеет физического смысла.

Для создания объективной картины исследователи выделили 14 базовых антропогенных факторов (стрессоров). В их число вошли:

1. Городская и промышленная застройка.
2. Пахотные земли.
3. Пастбища для выпаса скота.
4. Добыча нефти и газа (включая газовые факелы).
5. Шахты и открытые карьеры.
6. Электростанции (как возобновляемые, так и невозобновляемые).
7. Автомобильные дороги.
8. Железные дороги.
9. Линии электропередач.
10. Электрическая инфраструктура (оцениваемая по ночной освещенности).
11. Лесозаготовки.
12. Прямое присутствие человека (доступность территории от ближайших поселений).
13. Водохранилища и дамбы.
14. Загрязнение воздуха (выбросы оксидов азота).

Каждому из этих стрессоров был присвоен свой вес — коэффициент интенсивности. Этот показатель отражает, насколько сильно конкретный вид деятельности изменяет изначальный ландшафт. Например, интенсивность многополосной автомагистрали оценивается в 0.8 из 1.0, в то время как узкая грунтовая дорога имеет коэффициент 0.15. Выпас скота оценивается в 0.28, а открытый горнодобывающий карьер — в 0.91. Эти коэффициенты базируются на расчетах количества энергии, необходимой для поддержания работы этих объектов.

Чтобы решить проблему наложения нескольких факторов на одном участке, авторы применили принцип нечеткого логического сложения. Этот алгоритм учитывает кумулятивный эффект: самый интенсивный фактор наносит территории основной урон, а каждый последующий лишь добавляет определенный процент к уже существующему повреждению. Таким образом, итоговый показатель степени модификации всегда остается в пределах строгого градиента от 0.0 (полное отсутствие человеческого влияния) до 1.0 (полная трансформация территории).

География трансформации: данные на 2017 год

Применение этой методологии к глобальным спутниковым данным и открытым базам картографии позволило получить точные цифры. По состоянию на 2017 год, 14,6% всей земной суши были существенно модифицированы человеком. В абсолютных значениях это 18,5 миллиона квадратных километров.

Данные показывают существенную разницу в уровне освоения между континентами:

• Южная Америка оказалась самым трансформированным континентом планеты — здесь модификации подверглось 28,7% суши. Это связано с колоссальными масштабами вырубки лесов под пастбища и плантации.
• Северная Америка занимает второе место с показателем 16,8%, что обусловлено плотной транспортной и сельскохозяйственной инфраструктурой в США и южной части Канады.
• Европа и Азия демонстрируют высокие показатели урбанизации и сельскохозяйственного освоения, составляя 15,3% и 15,4% соответственно.
• Австралия (5,0%) и Африка (10,7%) остаются наименее модифицированными континентами в процентном соотношении, в первую очередь благодаря наличию огромных массивов засушливых, труднодоступных и непригодных для сельского хозяйства земель.

Если рассматривать планету с точки зрения биомов (крупных экологических зон), то самый тяжелый удар приняли на себя мангровые леса, а также влажные и сухие тропические и субтропические широколиственные леса. Именно в этих зонах, отличающихся высочайшим уровнем биологического разнообразия, исторически концентрируется экспансия сельского хозяйства. Напротив, наименьшему влиянию подверглись суровые климатические зоны: тундра, тайга, а также пустыни и ксерические кустарники.

Временная динамика: ускорение экспансии

Наибольшую ценность работы представляет анализ временных рядов. Исследователи проследили изменения с 1990 по 2015 год, используя сопоставимые наборы данных. Результаты опровергают предположения о том, что технологический прогресс и оптимизация землепользования замедляют разрушение природы.

С 1990 по 2015 год глобальный уровень модификации суши вырос на 15,2%. Скорость потери естественных ландшафтов составляет около 0,6% ежегодно. При этом темпы освоения территорий не стабилизируются. Анализ по десятилетиям показывает, что в период с 2010 по 2015 год скорость трансформации ландшафтов была выше, чем в промежутках 1990-2000 и 2000-2010 годов.

Главными очагами прироста антропогенного давления за эти 25 лет стали Океания (включая острова Тихого океана и Индонезию), Азия и Европа. Именно здесь зафиксировано наиболее быстрое расширение инфраструктурных сетей и промышленных зон. В Южной и Северной Америке темпы экспансии в последние годы были чуть ниже, так как основные массивы наиболее продуктивных земель там были освоены еще до 1990 года.

Практическое значение для глобальной политики

Сегодня ООН и международные природоохранные организации ставят масштабные цели по защите биоразнообразия. В частности, обсуждаются инициативы по взятию под строгую охрану до 30% территории суши к 2030 году.

Однако создание заповедника или национального парка на бумаге не гарантирует сохранения экосистемы. Детальный анализ, учитывающий все 14 стрессоров, показывает, что внутри многих номинально охраняемых зон уже активно работают горнодобывающие компании, проложены трубопроводы, а экосистемы разрезаны сетями дорог, по которым распространяются инвазивные виды растений и браконьеры.

Новая модель позволяет увидеть реальную степень изоляции природных участков. Она дает возможность специалистам по планированию находить территории с низким уровнем модификации (менее 0.01 по шкале модели), которые еще не поздно связать экологическими коридорами. В 2017 году таких зон с очень низким уровнем вмешательства оставалось около 51% от всей суши, но они сконцентрированы преимущественно в высоких широтах и бесплодных пустынях.

Зафиксированное ускорение модификации ландшафтов указывает на то, что существующие методы управления земельными ресурсами не справляются с растущими потребностями экономики.

Источник:Earth System Science Data