북극의 기후와 식물의 상호작용

Climate and vegetation interactions in the Arctic
북극 툰드라라의 꽃식물인 파파버 라디카툼(북극 양귀비)은 북극권 북쪽 여름의 24시간 대낮에 태양을 따라간다.

기후조건의 변화는 극지방에서 증폭되고 북부 고위도 지역은 지구 평균의 두 배 속도로 따뜻해질 것으로 예상된다.[1] 이러한 수정은 기후 변화를 증가시키거나 완화시킬 수 있는 생태계 상호작용과 피드백을 초래한다. 이러한 상호작용은 빙하 시기(마지막 ca. 14,500년) 이후 큰 기후 변동을 통해 중요했을 수 있다. 따라서 최근 북극에서 관찰된 변화를 맥락에 배치하기 위해 식생과 기후의 과거 역학을 검토하는 것이 유용하다. 이 기사는 이 주제에 대한 많은 연구가 있었던 북부 알래스카에 초점을 맞추고 있다.

최근 변경 사항

북극이 따뜻해지면서 툰드라 생태계로 북진하면서 북극-북극 전환지역 전체에 걸쳐 큰 변화가 일어날 것으로 예상된다. 이러한 변화의 시작은 과거 이미지, 원격 감지, 현장 관찰, 실험 조작을 통해 문서화되었으며 고생물학 데이터와 맥락에 배치되었다.[2][3][4][5] 특히 툰드라 생태계의 관목 확장은 관목선 발달(콜론화), 밀도 증가(유내), 개인의 성장(신흥)을 통해 나타난다.[6] 이러한 과정은 영구 동토층 해빙을 악화시켜 북극의 광대한 탄소 자원의 분해를 촉진하고 온실 가스 배출량을 증가시킬 것으로 예상된다.[7][8] 연구들은 늘어난 관목 덮개를 툰드라 화재 사건과 연관시켜 교란을 통한 잠재적 팽창 메커니즘을 제시하지만, 새로운 개인들의 채용을 통제하는 요소들은 잘 이해되지 않는다.[6][9][10][11] 관목 확장을 가능하게 하는 과정을 이해하는 것은 기후 피드백을 정의하고 지구 시스템 모델을 개선하고 툰드라 생태계의 미래 변화를 예측하는 데 필수적이다.[8]

툰드라 화재 흉터, 2015년 7월: 밍크 호수 화재, 쿼츠 크리크, 시워드 반도, AK. 화재 발생 한 달도 안 돼 사진이 찍혔다.
북극 툰드라 생태계의 관목 확장과 관련된 기후-식물 상호작용
긍정적인 피드백 [6][12][13][14][15][9] 부정적인 피드백 [6][16] 풍경 변화

과거의 기후 변화

지구 기후 시스템에 대한 피드백의 강도로 인해 북극에서 식물의 이동과 화재 체제는 현재 연구 우선순위에 있지만, 기기와 역사적 관찰은 지속 기간과 범위가 제한적이다. 결과적으로, 이 지역이 미래 기후 변화의 결과로 경험할 수 있는 잠재적 규모와 변화의 방향을 추론하는 우리의 능력은 방해된다. 그러나, 이 지역 전체의 후기 분기의 역학을 면밀히 분석하면 이 지역의 과거 생태계가 다양한 환경 조건에 의해 어떻게 변화되었는지에 대한 통찰력을 제공함으로써 기후 변화에 대한 생물학적 반응에 대한 우리의 이해를 높일 수 있다.[17] 역사적 기록의 기후는 지구의 역사 전체에서 볼 수 있는 자연적 변동성의 일부(또는 심지어 4월기)만 보여주었기 때문에, 이 연구는 기후에 의한 식물 변화의 역동성에 대한 현대 연구를 증대시킬 것이다.[17][6]

북극 알래스카의 분기별 기후 변화

플리스토세(2.58 ma – 11.7 ka)

플리스토세 시대에는 기후가 자주 크게 변화하여 결과적으로 생태계의 구조와 기능에 극적인 영향을 미친 것이 특징인데, 이것은 북극에서 특히 그러했던 현상이다. 지구 기온이 이 시대의 대부분 동안 현재 평균보다 낮았던 반면, 상당히 따뜻한 기간들이 발생했다. 예를 들어, 마지막 간빙 단계(130-116 ka) 동안 (현재보다 11% 높은) 보어 여름 동안 오수 값이 증가함에 따라 현재보다 4°C까지 온도가 상승했고, 이로 인해 현재보다 낮은 얼음 범위와 나무 라인이 현대 한계의 북쪽으로 약 600km까지 상승했다고 생각된다.[18] 이후 라스트 빙하 최대치(LGM)가 만연하고 해수면이 약 125m 감소하는 가운데 기후가 급격히 추워졌다(현재 25~21ka 사이의 지구 평균보다 5~6°C 낮음).[18][19] 이 기간 동안 베링기아는 해수면이 감소함에 따라 육지 질량의 노출이 증가함에 따라 더 많은 내부 대륙체제로의 이동으로 인해 훨씬 더 건조해진 결과로서 광택이 나지 않았다.[20] 이것은 현재보다 훨씬 더 춥고, 건조하고, 바람이 많이 불었다고 생각되는 북극의 풍경을 만들어냈고, 그 결과 나무 라인이 남쪽으로 상당히 후퇴하게 되었다.[18][21] LGM의 끝에서 온난화는 이후 플레이스토세네에서 홀로세네로 이행하게 되는데, 이는 이전 시대와 관련하여 기후변동성이 감소된 기간이다.

홀로세(11.7 – 4.2 ka)

초기 홀로세네 내내 지구의 기후는 계속 변동을 겪었지만, 시간이 지나면서 이전 시대의 극적인 변화에 비해 규모가 줄어들고 전체적인 변화는 줄어들었다. LGM 기간 동안 확장되었던 북반구 빙상이 후퇴한 후 동부 베링아(알래스카 북서쪽)의 온도와 습기 조건은 최근 천년보다 0.5~2°C 따뜻했던 7~5ka의 중간 홀로세 최대 열량에 도달할 때까지 계속 요동쳤다.[22][23] 이 따뜻한 시기에 이어 4-3ka 전후로 기온이 내려가기 시작해 높은 오수도가 감소하기 시작하면서 네오글라이크 냉각이 시작되었다.[22][21] 중간 홀로세 열 최대치의 타이밍은 원래 추론한 것보다 상당히 늦었지만(이번에 이 온난기가 초기 홀로세 11.0-9. Ka 동안 시작되었다고 제안된 바 있다), 멀티복시 분석은 그 시점의 북서 알래스카 전역에 균일한 열 최대 열량이 없다는 것을 입증했다.[24][23]

과거의 생태계 변화

북극 알래스카의 분기별 환경 변화

플리스토세

툰드라 생태계는 플리오세 종말(3.6 ma) 무렵 북반구에서 발달했는데, 이 시점 이전에는 북극이 주로 북극해 연안까지 북쪽으로 뻗은 숲과 관목지로 덮여 있었다. 그러나, 중간 플레스토세 동안 이 초목 패턴은 그라미노이드 툰드라 스텝으로 이동했다.[18] 키가 더 큰 식물에서 벗어난 이러한 변화는 베링기아 내에서 암호화된 리푸지아가 발생한 지역을 제외하고 숲이 55°N의 북쪽에 도달하지 못한 라스트 빙하 최대치 동안 극에 달할 때까지 더 계속되었다.[21][25] 이 당시, 관목 툰드라는 이전 생태계에 비해 범위가 매우 제한적이었기 때문에(그리고 결과적으로 눈 덮개가 부족했기 때문일 것이다.) 대신 베링기아 그라미노이드 툰드라 스텝 건너편에는 왜관목이 엎드린 채 모자이크를 형성했고, 그라미노이드 금지 툰드라(현재 제한되고 있는 에코타입)를 만들었다.[18][21] 이 시기에 걸쳐 일어나는 대규모 기후 변화를 대표하여, 플리스토센의 식생 패턴은 다양한 생태계의 큰 팽창과 수축을 보여준다.

홀로세네

플레스토세 엘지엠에서 초기 홀로세네로 베링아 전역에 걸쳐 일어난 극적인 풍경 전환 동안 건조된 툰드라는 관목이 따뜻하고 습한 시기에 확장되면서 대체되었고, 결국 오늘날 이 지역을 특징짓는 이 땅의 모자이크, 보어림, 해빙호수를 만들어냈다.[6][23] 이 시기에 비버와 나무(스프루스, 자작나무, 포플러)가 시워드 반도에 확대되면서 다시 북진하여 결국 이들 종들의 20세기 범위를 넘어 확장되었다.[26][27] 그러나 홀로세 기후 최적 이후 신빙성 냉각의 시작은 비교적 서늘한 기후 조건 때문에 키가 큰 식물의 생식이 제한될 가능성이 높기 때문에 이러한 종들은 현재 분포로 제한되었다.[6][21] LGM에서 중간 Holocene 열 최대값으로 전환되는 초기 단계에서는 높은 속도로 피틀랜드와 해빙 호수가 형성됨에 따라 경관이 계속해서 변화하였다. 그러나 이러한 변화는 홀로세 초기 전반에 걸쳐 감소하기 전에 11~10ka 사이에 최고점에 도달했다. 기온만으로 변화된 풍경화 과정과 식물의 변화보다는 계절성의 변화로 인해 변화했다.[23] 이동 범위 제한과 식물 조립은 토양 유형의 영향을 더 받았으며, 그 결과 식물 변화는 기후 조건만으로 제어되지 않았기 때문이다.[28][18]

시티오템포럴 변동성

후기 플리스토세 기간 동안 세계적으로 일어난 극적인 변화 동안 베링아 지역은 춥고 건조한 환경에도 불구하고 툰드라 스텝이 지속되면서 세계의 다른 지역에 비해 상대적으로 작은 식물 변화를 경험했다.[18] 이는 이 지역 전체의 식물에 가해지는 극한 기후 압력의 결과일 가능성이 높으며, 이는 춥고 건조하며 교란된 환경에 집합적으로 적응하는 조립체의 모자이크로 종의 조성을 제한한다.[21][18] 탈색 후 중앙 시베리아에서 가장 큰 규모의 변화가 발생한 반면 북아메리카의 변화는 덜 심각해 여름 온기와 계절성에 있어 다른 변화를 시사하면서 나무 선의 북진 현상이 극지방 전체에서 동등하게 일어나지 않았다.[29][21] 변동하는 기후와 식물의 역동성을 형성하는 복잡한 상호작용의 결과로서, 변화의 성격과 그것들을 해석하는 데 사용된 증거를 모두 고려하는 것이 중요하다. 이것은 여러 분야에 걸친 근현대 및 역사적 과학적 연구에 관련된 주제지만 기후 변화에 대한 생물학적 반응의 고생물학적 재구성에 특히 중요하다.[17]

참고 항목

북극의 기후 변화

참조

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