気候変動によるバイオームへの影響

気候変動はすでに生物群系を変えており、陸上および海洋の生態系に悪影響を及ぼしています。^{[2] [3]}気候変動は、気温と平均気象パターンの長期的な変化を意味します。^{[4] [5]これにより、}極端な気象現象の頻度と強度が大幅に増加します。^[6]地域の気候が変化すると、その地域の動植物も変化します。[ 7 ]^{たとえば、} IPCC第6次評価報告書で分析された4000種のうち、半数が気候変動に応じて分布を高緯度または標高に移動したことがわかりました。^[8]

さらに、気候変動は、行動や季節の変化、気候のニッチの不一致を通じて、相互作用する種の間で生態学的混乱を引き起こす可能性があります。 ^[9]たとえば、気候変動により種が異なる方向に移動することがあり、相互の相互作用が混乱する可能性があります。^{[10] [11]}

いくつかのバイオームタイプへの影響の例を次に示します。^{[説明が必要] [どこで? ]}砂漠化の研究は複雑であり、すべての側面を定義できる単一の指標はありません。しかし、より激しい気候変動により、地球の大陸の現在の乾燥地の範囲が拡大すると予想されています。拡大のほとんどは、「北アメリカ南西部、アフリカの北端、南アフリカ、オーストラリア」などの地域で見られます。^[12]

山は地球の表面の約25％を覆い、世界人口の10分の1以上が住んでいます。地球の気候の変化は山岳地帯の生息地に多くの潜在的なリスクをもたらします。^[13]

タイガとしても知られる北方林は、世界平均よりも速い速度で温暖化しており^{[14] 、}タイガの乾燥化を招き、さまざまな影響を及ぼしています。^[15]気候変動は北方林の生産性だけでなく、その健全性と再生にも直接影響を与えます。^[15]

サンゴ礁ほど気候変動に脆弱な生態系は他にほとんどありません。2022年に更新された推定によると、産業革命以前の気温より世界平均で1.5℃（2.7℉）上昇した場合でも、世界のサンゴ礁のわずか0.2％しか海洋熱波に耐えられず、現在は84％が耐えられ、2℃（3.6℉）以上の温暖化ではその数字は0％に低下します。^{[16] [17]}

地球上では、バイオームは生物圏の主な構成要素であり、独特の生物群集と共有された地域気候によって定義されます。^{[18] [19] [20]}単一のバイオームには複数の生態系と生態地域が含まれます。世界自然保護基金の分類によると、陸上、海洋、淡水環境はそれぞれ数百の生態地域、約12のバイオームタイプ、および1桁の数の生物地理区で構成されています。^{[21] [22] [23] [24]}

2007年のIPCC第4次評価報告書は、過去30年間に人為的な温暖化が多くの生物系に影響を及ぼした可能性が高いと結論付けました。^{[25] [26] [27]}第6次評価報告書では、長期データのあるすべての種の半数が生息域を極地側（山岳地帯の種は北上）に移動したことがわかりました。3分の2の種では春の季節が早まっています。^[8]ヨーロッパの鳥類のいくつかの種の繁殖期は、巣立ち雛の足環付け日の変化からわかるように、早い時期に移動しています。^[28]北米の何百もの鳥の生息域は、過去55年間で平均1.5km/年の割合で北に移動しています。^[29]

さらに、気候変動は、行動やフェノロジーの変化、または気候ニッチの不一致を介して、相互作用する種間の生態系を混乱させる可能性があります。^[9]種間の関連の混乱は、気候によって引き起こされる個々の種の反対方向への移動の潜在的な結果です。^{[10] [11]}そのため、気候変動は、より静かでほとんど見過ごされている別の絶滅、つまり種の相互作用の絶滅につながる可能性があります。種間の関連の空間的分離の結果として、生物の相互作用から得られる生態系サービスも気候ニッチの不一致によるリスクにさらされています。^[9]

より激しい気候変動では、生態系全体の混乱がより早く起こる。高排出量のRCP8.5シナリオでは、熱帯海洋の生態系が2030年までに最初に突然の混乱を経験し、熱帯林と極地環境が2050年までにそれに続く。温暖化が最終的に4℃（7.2℉）に達すると、生態系全体の15％で20％以上の種が突然混乱する。対照的に、温暖化が2℃（3.6℉）未満にとどまると、このようなことが起こるのは2％未満となる。^[30]

砂漠化 の研究は複雑で、すべての側面を定義できる単一の指標は存在しません。しかし、より激しい気候変動により、地球の大陸の現在の乾燥地帯の面積は、20世紀後半の38％から、^{[どの世紀？ ]}末までに50％または56％に増加すると予想されています。これは、「中程度」および「高温暖化」の代表的濃度経路4.5および8.5の下でのことです。拡大のほとんどは、「北アメリカ南西部、アフリカの北端、南アフリカ、オーストラリア」などの地域で見られます。^[12]

気候変動は干ばつに関連する多くの要因に影響を及ぼします。これには、降雨量や雨が再び蒸発する速度が含まれます。陸上の温暖化により、世界中の多くの地域で干ばつの深刻度と頻度が高まります。^{[32] [33] : 1057}世界の熱帯および亜熱帯地域の一部では、地球温暖化により降雨量が減少する可能性があります。これにより、干ばつが発生しやすくなります。世界の多くの地域で干ばつが悪化すると見込まれています。これには、中央アメリカ、アマゾン、南アメリカ南西部が含まれます。西アフリカと南アフリカも含まれます。地中海とオーストラリア南西部もこれらの地域の一部です。^{[33] : 1157} 気温が上昇すると蒸発が増加します。これにより土壌が乾燥し、植物のストレスが増加します。その結果、農業が打撃を受けます。つまり、全体的な降雨量が比較的安定していると予想される地域でも、これらの影響を受けることになります。[ ^{33] : 1157}気候変動の緩和策がなければ、2100年までに陸地の約3分の1が中程度以上の干ばつに見舞われる可能性がある。 ^{[33] : 1157}地球温暖化により、干ばつは過去よりも頻繁かつ激しくなっている。^[34]

絶滅の危機に瀕している種の多くは、ホッキョクグマなどの北極や南極の動物です。 ^[38]気候変動により、雪のない風景と、カンジキウサギなどの北極の動物の雪の擬態との間に不一致も生じています。 ^[39]

山は地球の表面の約 25% を覆い、世界人口の 10 分の 1 以上が住んでいます。地球規模の気候の変化は、山岳地帯の生息地に多くの潜在的なリスクをもたらします。^[13]気候変動は、高山ツンドラと山岳地帯の草原や潅木地帯の両方に悪影響を及ぼす可能性があります。森林火災の頻度と激しさなどの極端な現象の数が増加し、^[48]雪解けが加速して、その年の早い時期にはより多くの水が利用可能になり、その年の後半には利用可能な水が減少する一方で、積雪の断熱性が減少すると、逆説的に春の霜による寒害が増加する可能性があります。^{[49] [50]また、}季節にも顕著な変化を引き起こします。^{[51] [52]}

研究によると、気候が温暖化すると、低地の生息地が高山地帯に拡大するだろうと示唆されている。^[53]このような変化は、希少な高山草原やその他の高地の生息地を侵食するだろう。高地の植物や動物は、地域の気候の長期的な変化に適応するために山岳地帯に移動するにつれて、新しい生息地に利用できるスペースが限られてくる。このような生息範囲と個体数の両方の高地への移動は、世界中のさまざまな種のグループで記録されている。^[54]ヒマラヤなどの一部の山岳地帯では、気候変動がさまざまな侵入種の低木の出現を促進し、最終的に低木地帯に変えているようだ。^[55]降水量の変化が最も重要な要因であると思われる。^{[56] [57]}

高山植物や山地植物は、気候変動に対して最も脆弱な種として知られている。2010年にヨーロッパの山脈とその周辺に生息する2,632種を調査した研究では、気候シナリオに応じて、2070～2100年までに高山植物の36～55％、亜高山植物の31～51％、山地植物の19～46％が適した生息地の80％以上を失うことが明らかになった。 ^{[58] 2012年には、}ヨーロッパアルプスの150種の植物について、その生息域は今世紀末までに平均44～50％減少すると推定された。さらに、移動の遅れにより、残りの生息域の約40％もすぐに適さなくなり、絶滅の危機に陥ることが多い。^[59] 2022年には、以前の研究では急激な「段階的な」気候変動がシミュレートされていたのに対し、より現実的な緩やかな温暖化では、「中程度」および最も激しい地球温暖化シナリオであるRCP4.5とRCP8.5の下では、21世紀半ば以降に高山植物の多様性が回復することが判明した。しかし、RCP8.5の場合、その回復は誤解を招くものであり、以前の論文でシミュレートされたのと同じように、21世紀末には生物多様性の崩壊が起こるだろう。^[60]これは、平均して、温暖化が1度上昇するごとに種の総個体数増加が7％減少し、^{[61]回復は、21世紀半ばかそれ以前に絶滅した}アンドロサチェ・チャマエジャスメやスミレ・カルカラタなどの最も脆弱な種が残したニッチの定着によって引き起こされたためである。^[60]

タイガとしても知られる北方林は、世界平均よりも速いペースで温暖化しています。^{[14]その結果、}タイガの乾燥化が進み、さまざまな問題が発生しています。 [15]気候変動は、北方林の生産性だけでなく、森林の健全性と再生にも直接影響を及ぼします。^[15]急速に変化する気候の結果、樹木は生息域の南限で成長が衰え、^[62]気候的生息地を維持するために高緯度および高高度（北方）に移動していますが、一部の種は十分な速さで移動していない可能性があります。^{[63] [64] [65]}極端に寒い日（例えば、−20〜−40℃（−4〜−40℉））の数は、ほぼすべての北方地域で不規則ではあるが体系的に減少しており、樹木を食害する昆虫の生存率が向上しています。[ ^66]北米の北方林の焼失面積は、数十年にわたり約10,000 km ^{2 （250万エーカー）であった後、1970年以降着実に増加し、年間28,000 km 2}（700万エーカー）を超えています。 ^[67]カナダの記録によると、1920年から1999年にかけて山火事が増加しています。^[68]

2010 年代初頭の研究では、1960 年代以降、カナダ西部の亜寒帯林、特に西部の針葉樹林^[69]はすでに干ばつによりかなりの樹木が失われており、一部の針葉樹がポプラに置き換わっていたことが確認されました^[15]。同様に、アラスカ中央部とロシア極東のもともと乾燥していた森林地帯もさらに干ばつが深刻化しており^{[70] 、}シラカバは特にストレスにさらされています^[71]。一方、シベリアの針葉樹は常緑針葉樹に置き換わっており、この変化は地域のアルベド(常緑樹は雪に覆われた地面よりも多くの熱を吸収する) にも影響を与え、小さいながらも検出可能な気候変動のフィードバックとして機能します^[72]。一方、カナダ東部の森林はそれほど影響を受けていません。^{[73] [74]}しかし、一部の研究では、人為的排出量の潜在的な最大増加を示すRCP8.5シナリオでは、2080年頃に転換点に達すると示唆されています。[ 75 ^]

北方環境には、長期的に安定している状態は、樹木のないツンドラ/ステップ、樹木被覆率が 75% を超える森林、樹木被覆率が約 20% と約 45% の開けた森林地帯の 2 つしかないという仮説が立てられている。したがって、気候変動が続くと、少なくとも現在存在するタイガ林の一部は、2 つの森林地帯のいずれか、あるいは樹木のないステップ地帯に追い込まれる可能性がある。しかし、ツンドラ地帯が温暖化し、樹木の成長に適した状態になると、森林地帯または森林地帯に変化する可能性もある。^[76]これと一致して、 10 万の手つかずの地域をLandsat で分析したところ、樹木被覆率の低い地域は温暖化に反応して緑が濃くなったが、樹木の多い地域では、温暖化により一部の樹木が枯死したため、より「茶色」になったことがわかった。^[77]

アラスカでは、異常に暖かい夏によってトウヒの成長が阻害されている一方、森林の最も寒い端の木々は以前よりも速い成長を遂げている。^[78]ある段階で、そのような変化は事実上不可逆となり、気候システムの転換点となる可能性があり、大規模な評価では、南部の亜寒帯林の草原への逆戻りとツンドラ地帯の亜寒帯林への転換という2つのプロセスを、4 °C (7.2 °F) 前後で止められなくなる可能性が高い別々の例として指定しているが、それでも1世紀以上とは言わないまでも、少なくとも50年はかかるだろう。しかし、確実性のレベルはまだ限られており、1.5 °C (2.7 °F) で2つの変化のいずれかが固定される可能性もある。一方、草原への復帰には5℃（9.0℉）、ツンドラの置換には7.2℃（13.0℉）の上昇が必要になる可能性がある。^{[79] [80]}

森林の拡大は減少よりも時間がかかる可能性が高い。なぜなら、北方林種の幼生は気候の変化の影響を最も受けやすく、一方で、それらを置き換えることができる温帯林種の成長率は低いからである。^[81]森林の消失は検出可能な炭素排出も引き起こし、森林の増加は炭素吸収源として機能する。しかし、気候への影響という点では、アルベドの変化はそれを上回る。^{[79] [80]}

米国西部では、1986年以降、夏がより長く暖かくなったため、1970年から1986年と比較して、大規模な山火事が4倍に増加し、森林焼失面積は6倍に増加しました。火災抑制政策も大きな役割を果たしてきましたが、温暖化により、健康な森林も不健康な森林も森林火災のリスクが高まっています。^{[82] [83]}

2018年の研究では、二酸化炭素濃度の上昇により樹木の成長が速まっていることが判明したが、樹木は1900年以降8～12パーセント軽量化され、密度も高くなっている。著者らは、「今日では木材の生産量が増えているにもかかわらず、数十年前よりも含有する材料が少なくなっている」と指摘している。^[84]

歴史的には、数日間の極寒でほとんどのマツノマダラカミキリが死に、その大発生は抑えられた。1998年以降、ブリティッシュコロンビア州では厳しい冬がなかったため、壊滅的なマツノマダラカミキリの大発生が起こり、 2008年までに3,300万エーカー（135,000 km ^{2）が枯死した。 [85] [86]}これは、これまでに記録されたどの大発生よりも桁違いの規模である。 [ ^{87] [88]このような損失は、}カナダ全土の森林火災の平均的な年、または輸送による排出量の5年分に匹敵する。 ^{[87] [89]}

気候変動とそれに伴う世界中で起きている気象パターンの変化は、生物学、個体群生態学、マツノマダラカミキリなどの噴火性昆虫の個体群に直接影響を及ぼしている。これは、気温が昆虫の発達と個体群の繁栄を決定する要因であるためである。^[90]気候と気温の変化以前は、マツノマダラカミキリは主に低地のロッジポールマツやポンデローサマツに生息し、襲っていた。これは、ロッキー山脈やカスケード山脈の高地はマツノマダラカミキリが生存するには寒すぎたためである。^[91]低地の通常の季節的な凍結気象条件下では、マツノマダラカミキリが生息する森林生態系は、樹木の防御機構、カミキリの防御機構、凍結温度などの要因によってバランスが保たれている。これは、宿主（森林）、媒介者（カミキリ）、環境（天候と気温）の単純な関係である。^[92]しかし、気候変動により山岳地帯が温暖化と乾燥化が進むと、ロッキー山脈のホワイトバーク松林などの森林生態系に松くい虫が侵入し破壊する力が強まる。^[92]気温の上昇により、松くい虫のライフサイクルも100%増加する^{[説明が必要] 。松くい虫が成長するには2年ではなく1年しかかからない。ロッキー山脈は松くい虫の}侵入に対処するように適応していないため、松くい虫と戦うための防御力が不足している。^[92]

アマゾンの熱帯雨林は世界最大の熱帯雨林である。その広さはインドの2倍で、南米9か国にまたがっている。この広さのおかげで、空気が森林を横切る際に蒸発と蒸散によって水分をリサイクルし、降雨量の約半分を生み出すことができる。 ^[93]樹木の減少はその能力を妨げ、十分な量が失われると、残りの多くが死滅し、乾燥したサバンナの風景に変わる可能性がある。^[94]今のところ、アマゾンの熱帯雨林の森林破壊は最大の脅威であり、2022年時点で約20％の森林が破壊され、さらに6％が「高度に劣化」している主な理由である。^[95]しかし、気候変動は山火事を悪化させ、降雨を妨げるため、脅威でもある。地球温暖化が3.5℃（6.3℉）に達すると、約1世紀（50～200年）かけて熱帯雨林からサバンナへの崩壊が引き起こされる可能性が高いと考えられていますが、これは2℃（3.6℉）から6℃（11℉）の温暖化でも起こります。^{[79] [80]}

インドネシアの森林火災も1997年以降劇的に増加している。これらの火災は、農業用に森林を伐採するために積極的に起こされることが多い。この地域の大規模な泥炭地が火災に見舞われることもあり、泥炭地火災によって排出されるCO2は_{、平均して化石燃料の燃焼によって排出されるCO2}の量の15%に達すると推定されている。^{[96] [97]}

_{研究によると、成長の遅い樹木は二酸化炭素}濃度が高いと短期間でしか成長が促進されないが、ツル植物のような成長の早い植物は長期的には恩恵を受ける。一般的に、特に熱帯雨林では、これはツル植物が優勢な種になることを意味する。ツル植物は樹木よりもはるかに早く分解するため、その炭素含有量はより早く大気中に戻る。成長の遅い樹木は数十年にわたって大気中の炭素を取り込む。^[98]

理想よりも暖かい条件では、代謝が高まり、餌探しが増加するにもかかわらず体の大きさが小さくなり、捕食のリスクが高まります。実際、発育中のわずかな温度上昇でも、ニジマスの成長効率と生存率が低下します。^[99]

2023年、アメリカのミネソタ 州の900の湖に生息する淡水魚を調べた研究がある。その結果、7月に水温が4℃（7.2℉）上昇すると（地球温暖化とほぼ同じ程度で起こると言われている）、シスコのような冷水魚種はミネソタ州の生息地の61％を占める167の湖から姿を消すことがわかった。冷水イエローパーチはミネソタ州の湖全体で約7％減少し、温水ブルーギルは約10％増加するだろう。^[100]

多くの淡水および海水の植物や動物の種は、適応した冷水生息地を確保するために氷河から供給される水に依存しています。淡水魚のいくつかの種は生存と繁殖に冷水を必要とし、これは特にサケとカットスロートトラウトに当てはまります。氷河の流出量が減少すると、これらの種が繁栄するのに十分な川の水量が不足する可能性があります。基盤種である海洋オキアミは冷水を好み、シロナガスクジラなどの水生哺乳類の主な食料源です。^[101]

一般的に、河川などの淡水域は熱波の影響を強く受ける。しかし、その影響は河川群集における捕食者の有無によって大きく異なる可能性がある。捕食者がいない場合は、影響はさらに深刻となり、ほとんどの種が局所的に絶滅し、群集が均質化してしまう可能性がある。^[102]冷水や冷たい水に生息する魚類の種は、ほとんどの気候変動モデルによると、米国の淡水河川の大部分で最大50%の個体数の減少が見込まれる。^[103]水温上昇による代謝要求の増加と食物量の減少が、それらの減少の主な要因となる。^[103]さらに、多くの魚類（サケなど）は、河川の季節的な水位を繁殖手段として利用しており、通常は水流が多いときに繁殖し、産卵後に海に移動する。 [ ^103]気候変動により降雪量が減少すると予想されるため、水の流出量が減少すると予想され、川の水量が低下し、数百万匹のサケの産卵に影響を及ぼします。^[103]これに加えて、海面上昇により沿岸の河川系が浸水し始め、淡水生息地から塩水環境へと変化し、在来種が絶滅する可能性があります。アラスカ南東部では、海面が年間3.96cm上昇し、さまざまな河川の水路に堆積物が再堆積し、塩水が内陸に流れ込みます。^[103]この海面上昇は、塩水で小川や川を汚染するだけでなく、それらがつながっている貯水池にも汚染を引き起こし、そこにはベニザケなどの種が生息しています。この種のサケは塩水と淡水の両方で生存できますが、産卵には淡水が必要なので、淡水域が失われると春に繁殖できなくなります。^[103]

北極では、ハドソン湾の海域が30年前よりも3週間長く氷のない状態が続いており、海氷上で狩りをすることを好むホッキョクグマに影響を与えている。 ^[104]シロハヤブサや、寒い冬を有利に利用するレミングを捕食するシロフクロウなど、寒冷な気候に依存する種は悪影響を受ける可能性がある。^{[105] [106]}

サンゴ礁 ほど気候変動に対して脆弱な生態系は他にほとんどない。2022年に更新された推定によると、産業革命以前の気温より世界平均で1.5℃（2.7℉）上昇した場合でも、世界のサンゴ礁のわずか0.2％しか海洋熱波に耐えられず、現在は84％が耐えられるが、2℃（3.6℉）以上になるとその数字は0％に低下する。^{[107] [108]}しかし、2021年には、サンゴ礁の1平方メートルあたり約30個のサンゴが含まれており、その総数は5,000億個と推定されていることが判明した。これは、アマゾンのすべての木、または世界中のすべての鳥に相当する。そのため、サンゴ礁が私たちが知っている生態系として機能しなくなるとしても、ほとんどの個々のサンゴ礁種は絶滅を免れると予測されている。^{[109] [110]} 2013年の研究では、47～73種（6～9％）のサンゴが気候変動に対して脆弱である一方、 IUCNレッドリストによれば絶滅の危機に瀕しており、74～174種（9～22％）のサンゴは発表時点では絶滅の危機に瀕していなかったが、気候変動が続くと脅威にさらされる可能性があり、将来の保全の優先課題となっている。^[111]最近のサンゴの個体数推定値の著者らは、以前の予測は高すぎたと示唆しているが、これには異論もある。^{[109] [112] [113]}

• 木本植物の侵入