معلومة

8.5.1.1: الطقس العالمي وتأثيرات المناخ - علم الأحياء

8.5.1.1: الطقس العالمي وتأثيرات المناخ - علم الأحياء


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ال مناخ من منطقة ما متوسط ​​الظروف الجوية (درجة الحرارة وهطول الأمطار) التي تعاني منها تلك المنطقة ومدى اختلاف هذه الظروف عبر الفصول والسنوات. يختلف المناخ عن طقس في هذا الطقس هو الظروف الجوية في أي لحظة معينة بينما المناخ هو المتوسطات أو الأنماط أو الاتجاهات طويلة الأجل. تمت مناقشة هذا التمييز بمزيد من التفصيل في الفصل الخاص بتغير المناخ.

يتأثر المناخ بشكل كبير بشكل الأرض وميل محور الأرض ونمط حركة الأرض حول الشمس. أولاً ، الأرض عبارة عن كرة ، مما يعني أن شدة طاقة الشمس تختلف عبر خطوط العرض (الشكل 2.3.2). بالقرب من خط الاستواء الجغرافي (خط عرض 0 درجة) ، تضرب أشعة الشمس الأرض مباشرة ، وتنتج قدرًا كبيرًا من الحرارة والضوء لكل وحدة مساحة. عند خطوط العرض العالية (بالقرب من القطبين) ، تضرب أشعة الشمس الأرض بزاوية مائلة ، وتنتشر الحرارة والضوء عبر مساحة أكبر من سطح الأرض. وبالتالي ، فإن الشكل الكروي للأرض مسؤول عن النمط العام لمتوسط ​​درجات الحرارة الأكثر دفئًا بالقرب من خط الاستواء ومتوسط ​​درجات الحرارة الأكثر برودة تجاه القطبين (الشكل 2.3.3).

الشكل ( PageIndex {1} ): العلاقة بين شكل الأرض والميل على الطاقة الشمسية. الشكل الذي أنشأه L Gerhart-Barley مع biorender.com

الشكل ( PageIndex {2} ): الأنماط العالمية لمتوسط ​​درجة الحرارة السنوية على الأرض. صورة من ويكيميديا ​​كومنز1.

كما أن مدخلات الطاقة الشمسية تقود أنماط هطول الأمطار ودوران الغلاف الجوي (الشكل 2.3.4). عند خط الاستواء الجغرافي ، حيث تكون طاقة الشمس شديدة ، يتمدد الهواء الدافئ ويرتفع. عندما يصل إلى الغلاف الجوي العلوي ، يبرد. نظرًا لأن الهواء البارد لا يمكنه استيعاب بخار الماء بقدر الهواء الدافئ ، فإن كتل الهواء المتكثفة والتبريد تفقد الكثير من رطوبتها مثل هطول الأمطار. تتحرك هذه الكتل الهوائية بعيدًا عن خط الاستواء باتجاه الشمال أو الجنوب. عند خط عرض 30 درجة شمالاً وجنوبًا ، تتراجع كتل الهواء الباردة والجافة نحو سطح الأرض. عندما تقترب من السطح ، فإنها تدفئ وتمتص الرطوبة مرة أخرى من الغلاف الجوي السفلي ، مما يتسبب في مناطق جافة حول خطي عرض 30 درجة شمالاً و 30 درجة جنوباً. ثم تتحرك الكتل الهوائية مرة أخرى نحو خط الاستواء ، حيث ستدفأ وتمتص المزيد من الرطوبة وترتفع مرة أخرى ، لتكمل دورة حركة الهواء بين 0 درجة (خط الاستواء الجغرافي) و 30 درجة شمالاً و 30 درجة جنوباً (الشكل 2.3.4) . هذه الدورة من حركة الهواء تسمى أ هادلي سيل. توجد خلايا مماثلة من 30 درجة إلى 60 درجة من خطوط العرض (تسمى خلايا فيريل) ومن 60 درجة إلى 90 درجة من خطوط العرض (تسمى الخلايا القطبية) ، على الرغم من أن خلية هادلي هي الأقوى ، حيث تتركز حيث تكون طاقة الشمس أكثر كثافة. وبالتالي ، فإن الشكل الكروي للأرض ، وتأثيره على هذه الخلايا الجوية ، يقود النمط العام لهطول الأمطار العالمي ، ولا سيما هطول الأمطار الغزيرة بالقرب من خط الاستواء الجغرافي وهطول الأمطار المنخفض للغاية عند خطي عرض 30 درجة شمالاً و 30 درجة جنوباً (الشكل 2.3 .5)


الشكل ( PageIndex {3} ): العلاقة بين الطاقة الشمسية وحركة الكتل الهوائية وأنماط هطول الأمطار العالمية. تشير الأسهم الحمراء إلى كتل الهواء الدافئ ، بينما تشير الأسهم الزرقاء إلى كتل هوائية باردة. الشكل الذي أنشأه L Gerhart-Barley مع biorender.com

الشكل ( PageIndex {4} ): المتوسط ​​العالمي لهطول الأمطار السنوي للنظم الإيكولوجية الأرضية. صورة من ويكيميديا ​​كومنز2.

كما هو مذكور في الشكل 2.3.2 ، يميل محور الأرض حوالي 23.5 درجة من الوضع الرأسي. يظل اتجاه المحور ثابتًا حيث تدور الأرض حول الشمس مما يعني أن شدة الإشعاع الشمسي الذي تتلقاه منطقة معينة تختلف على مدار العام ، مما ينتج عنه مواسم (الشكل 2.3.6). في ديسمبر ، يميل نصف الكرة الشمالي بعيدًا عن الشمس وبالتالي يتلقى طاقة شمسية أقل كثافة ، بينما يميل نصف الكرة الجنوبي نحو الشمس وبالتالي يتلقى طاقة شمسية أكثر كثافة. وبالتالي ، فإن شهر ديسمبر هو الشتاء في نصف الكرة الشمالي والصيف في نصف الكرة الجنوبي. في حزيران (يونيو) ، العكس هو الصحيح. يميل نصف الكرة الجنوبي بعيدًا عن الشمس ويميل نصف الكرة الشمالي نحو الشمس. وبالتالي ، فإن شهر يونيو هو الصيف في نصف الكرة الشمالي والشتاء في نصف الكرة الجنوبي. بين هذين الطرفين ، خلال شهري سبتمبر ومارس ، هناك فصلا الخريف والربيع.


يتسبب ميل محور الأرض أيضًا في حدوث تغييرات في طول النهار ، والتي ترتبط بالفصول ؛ الصيف له أيام أطول من الشتاء. 21 كانون الأول (ديسمبر) و 21 حزيران (يونيو) هما أقصى درجات طول اليوم الانقلابات. في الحادي والعشرين من كانون الأول (ديسمبر) ، يكون لنصف الكرة الشمالي أقصر يوم له (لأنه بعيدًا عن الشمس) وله أطول يوم في نصف الكرة الجنوبي (لأنه يميل إلى الشمس). وبالمثل ، في الحادي والعشرين من حزيران (يونيو) ، يكون النصف الجنوبي من الكرة الأرضية هو أقصر يوم له ، بينما يكون للنصف الشمالي للكرة الأرضية أطول يوم. كلما اقتربت المنطقة من القطب ، زاد التغيير في طول اليوم الذي ستشهده ، مثل أن المناطق الواقعة شمال الدائرة القطبية الشمالية (حوالي 66.5 درجة شمالاً) أو جنوب الدائرة القطبية الجنوبية (حوالي 66.5 درجة جنوباً) تتقلب بين 24- ساعة وضح النهار عند الانقلاب الصيفي و 24 ساعة ليلاً في الانقلاب الشتوي. في منتصف الطريق بين الانقلاب الشتوي في 21 سبتمبر و 21 مارس ، يكون طول النهار والليل متساويين ، ويطلق عليه اسم الاعتدال. اعتدال سبتمبر هو الخريف في نصف الكرة الشمالي والربيع في نصف الكرة الجنوبي. الاعتدال الربيعي لشهر مارس هو الربيع في نصف الكرة الشمالي والخريف في نصف الكرة الجنوبي.

الشكل ( PageIndex {5} ): العلاقة بين ميل محور الأرض ومدارها حول الشمس. الشكل الذي أنشأه L Gerhart-Barley مع biorender.com

ملحوظة

من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن الفصول مدفوعة بمسافة الأرض عن الشمس ، مع حدوث فصول أكثر دفئًا عندما تكون الأرض قريبة من الشمس وتحدث المواسم الأكثر برودة عندما تكون الأرض بعيدة عن الشمس. لا تحدد مسافة الأرض من الشمس الفصول. إن نمط الفصول على مدار العام مدفوع بالكامل بميل محور الأرض ، مما يغير شدة الإشعاع الشمسي على مدار العام. تحدث المواسم الأكثر دفئًا عندما تكون الطاقة الشمسية أكثر كثافة وتحدث المواسم الأكثر برودة عندما تكون الطاقة الشمسية أقل كثافة.

الشكل ( PageIndex {6} ): لا تؤثر مسافة الأرض من الشمس على الفصول. الفصول مدفوعة بالكامل بميل محور الأرض أثناء دورانها حول الشمس. الشكل الذي أنشأه L Gerhart-Barley مع biorender.com

في المتوسط ​​، تبعد الأرض حوالي 93 مليون ميل عن الشمس. هذه المسافة تختلف قليلاً بسبب حقيقة أن مدار الأرض حول الشمس عبارة عن قطع ناقص ، وليس دائرة كاملة ، والشمس ليست في مركز القطع الناقص. وبالتالي ، تكون الأرض في بعض أجزاء مدارها أقرب إلى الشمس منها في نقاط أخرى في المدار. إنقلاب الشمس في ديسمبر كما هو موضح في الشكل أعلاه (2.4.6) هو الشتاء في نصف الكرة الشمالي لأن كثافة الشمس أقل ، على الرغم من أن الأرض أقرب إلى الشمس في هذا الجزء من المدار. وبالمثل ، فإن الانقلاب الشمسي لشهر يونيو هو الصيف في نصف الكرة الشمالي بسبب ارتفاع كثافة الشمس ، على الرغم من أن الأرض بعيدة عن الشمس في هذا الجزء من المدار.

تتمركز عملية Hadley Cell الموضحة في الشكل 2.3.4 حيث تكون طاقة الشمس أكثر كثافة ، ويطلق عليها اسم خط الاستواء الحراري. خط الاستواء الجغرافي (0 ° خط العرض) لا يتحرك ؛ ومع ذلك ، فإن ميل محور الأرض ومدار الأرض حول الشمس يعني أن خط الاستواء الحراري يكون أحيانًا عند خط الاستواء الجغرافي وأحيانًا شماله أو جنوبه. تتبع حركة خط الاستواء الحراري نمطًا يمكن التنبؤ به مرتبطًا بالفصول والانقلابات والاعتدالات الموضحة أعلاه. في كل انقلاب في شهر ديسمبر ، يكون خط الاستواء الحراري في أقصى جنوبه. بعد انقلاب الشمس في ديسمبر ، يبدأ خط الاستواء الحراري في التحرك شمالًا. يعبر خط الاستواء حول الاعتدال الشتوي لشهر سبتمبر ويستمر في التحرك شمالًا ، ليصل إلى أقصى شماله في انقلاب الشمس في يونيو. بعد انقلاب الشمس في يونيو ، تبدأ في التحرك جنوبا ، عابرة خط الاستواء خلال الاعتدال الربيعي لشهر مارس ، ومرة ​​أخرى تصل إلى أقصى جنوبها عند انقلاب الشمس في ديسمبر. لاحظ أن الشكل 2.3.6 ليس مقياسًا وأن حركة خط الاستواء الحراري ليست متطرفة كما يوحي الشكل.


ينتج عن هطول الأمطار الناتج عن الكتل الهوائية لـ Hadley Cell أثناء ارتفاعها وتوسعها وتبريدها مجموعة من السحب المطيرة ، تسمى منطقة التقارب بين المدارية (ITCZ). يتبع ITCZ ​​خط الاستواء الحراري وهو يتحرك شمالًا وجنوبًا على مدار العام (الشكل 2.3.8) ؛ ومع ذلك ، نظرًا لوجود ITCZ ​​في الغلاف الجوي العلوي ، فإنه يتأثر أيضًا بالتيارات الهوائية وبالتالي لا يشكل دائمًا نطاقًا مستقيمًا أو صلبًا ، وقد ينقسم إلى شريطين في بعض الفصول أو في بعض المناطق.

الشكل ( PageIndex {7} ): موقع منطقة التقارب بين المدارية (ITCZ) في يوليو ويناير. صورة من ويكيميديا ​​كومنز3.

جميع المفاهيم التي تمت مناقشتها في هذا القسم مرتبطة ببعضها البعض. ينتج عن الشكل الكروي للأرض اختلافات في شدة الشمس ، وتحدث أقصى كثافة للشمس عند خط الاستواء الحراري. يرتبط مركز خلية هادلي بخط الاستواء الحراري ، وتشكل الكتل الهوائية المرتفعة في مركز خلية هادلي نطاقات سحابة ITCZ ​​، والتي تقع أيضًا بعد ذلك تقريبًا فوق خط الاستواء الحراري (مع بعض الاختلاف بسبب التيارات الجوية) . يؤدي تشغيل خلية هادلي إلى تشغيل مناطق الأمطار الغزيرة في مركز الخلية ، فوق خط الاستواء الحراري ، ومناطق الجفاف الشديد عند خط عرض 30 درجة شمالاً و 30 درجة جنوباً. يتسبب ميل محور الأرض ومدار الأرض حول الشمس في تحرك خط الاستواء الحراري (وبالتالي مركز خلية هادلي و ITCZ) شمالًا وجنوبًا على مدار العام ، ليصل إلى أقصى شماله خلال الانقلاب الشمسي في يونيو و أقصى الجنوب عند انقلاب الشمس في ديسمبر ، وقربها من خط الاستواء الجغرافي (خط عرض 0 درجة) في الاعتدالات في سبتمبر ومارس.

ترتبط الأنماط العالمية لدرجة الحرارة (الشكل 2.3.3) وهطول الأمطار (الشكل 2.3.5) بالأنماط العالمية للتنوع البيولوجي (الشكل 2.3.9). تميل المناطق القريبة من خط الاستواء (التي تتميز بدرجة حرارة عالية وهطول أمطار مرتفع) إلى مستويات أعلى من التنوع ، في حين أن المناطق الواقعة عند خطوط العرض الأعلى (الأقرب من القطبين) تتميز بتنوع أقل بشكل عام. هذا النمط يسمى تدرج التنوع الطولي، وقد تم توثيقه في العديد من المجموعات العضوية ، البرية والمائية. تمت مناقشة هذا التدرج بمزيد من التفصيل في الفصل الخاص بالمناطق الأحيائية.

الشكل ( PageIndex {8} ): الأنماط العالمية لتنوع الفقاريات الأرضية. صورة من ويكيميديا ​​كومنز4.


العوامل المؤثرة على المناخ

مناخ تأثير الارتفاع أو الارتفاع
عادة ، تصبح الظروف المناخية أكثر برودة مع زيادة الارتفاع. تعكس "مناطق الحياة" على جبل مرتفع التغييرات ، والنباتات الموجودة في القاعدة هي نفسها الموجودة في المناطق الريفية المحيطة ، ولكن لا يمكن لأي أشجار على الإطلاق أن تنمو فوق الخط الخشبي. تيجان الثلج أعلى الارتفاعات.

أنماط الرياح العالمية السائدة
توجد 3 أنماط رياح رئيسية في نصف الكرة الشمالي وأيضًا 3 في نصف الكرة الجنوبي. هذه ظروف متوسطة ولا تكشف بشكل أساسي عن الظروف في يوم معين. مع تغير الفصول ، تتحول أنماط الرياح شمالاً أو جنوباً. وكذلك الحال بالنسبة لمنطقة التقارب بين المدارات ، والتي تتحرك ذهابًا وإيابًا عبر خط الاستواء. أطلق البحارة على هذه المنطقة حالة ركود لأن رياحها تكون ضعيفة في العادة.

خط العرض وزوايا أشعة الشمس. عندما تدور الأرض حول الشمس ، يتسبب ميل محورها في تغيرات في الزاوية التي تلامس فيها أشعة الشمس الأرض ، وبالتالي تغير ساعات النهار عند خطوط العرض المختلفة. تشهد المناطق القطبية أكبر تباين ، مع فترات طويلة من ضوء الشمس المحدود أو انعدامه في الشتاء وما يصل إلى 24 ساعة من ضوء النهار في الصيف.

الطبوغرافيا
يمكن أن تؤثر تضاريس منطقة ما بشكل كبير على مناخنا. سلاسل الجبال هي حواجز طبيعية لحركة الهواء. في كاليفورنيا ، تحمل الرياح قبالة المحيط الهادئ هواءً محملاً بالرطوبة باتجاه الساحل. يسمح النطاق الساحلي ببعض التكثيف وهطول الأمطار الخفيف. في الداخل ، فإن سلسلة جبال سييرا نيفادا الأطول حلقات هطول الأمطار أكثر أهمية في الهواء. على المنحدرات الغربية لسييرا نيفادا ، ترتفع درجة حرارة الهواء الغارق بسبب الانضغاط ، وتتبخر الغيوم ، وتسود الظروف الجافة.

آثار الجغرافيا
يساعد موقع بلدة أو مدينة أو مكان وبُعدها عن الجبال ومساحات كبيرة من المياه في تحديد أنماط الرياح السائدة وأنواع الكتل الهوائية التي تؤثر عليها. قد تتمتع المناطق الساحلية بنسمات منعشة في الصيف ، عندما يتحرك هواء المحيط البارد إلى الشاطئ. يمكن للأماكن الواقعة جنوب وشرق منطقة البحيرات العظمى أن تتوقع ثلوج "تأثير البحيرة" في الشتاء ، عندما ينتقل الهواء البارد فوق مياه أكثر دفئًا نسبيًا.

في الربيع والصيف ، يشاهد الناس في زقاق تورنادو في وسط الولايات المتحدة العواصف الرعدية ، وتحدث هذه العواصف حيث تتقارب ثلاثة أنواع من الكتل الهوائية بشكل متكرر: بارد وجاف من الشمال ، ودافئ وجاف من الجنوب الغربي ، ودافئ ورطب من خليج المكسيك - غالبًا ما تولد هذه الكتل الهوائية المتصادمة عواصف إعصار.

سطح الأرض
ما عليك سوى إلقاء نظرة على أي كرة أرضية أو خريطة للعالم توضح الغطاء الأرضي ، وسترى عاملًا مهمًا آخر له تأثير على المناخ: سطح الأرض. تحدد كمية ضوء الشمس التي يمتصها أو ينعكسها السطح مقدار التسخين في الغلاف الجوي. تميل المناطق الأكثر قتامة ، مثل المناطق المزروعة بكثافة ، إلى أن تكون ماصة جيدة للمناطق الأخف وزناً ، مثل المناطق المغطاة بالجليد والجليد ، وتميل إلى أن تكون عواكس جيدة. يمتص المحيط ويفقد الحرارة بشكل أبطأ من الأرض. تطلق مياهه تدريجيًا الحرارة في الغلاف الجوي ، والذي بدوره يوزع الحرارة في جميع أنحاء العالم.

تغير المناخ بمرور الوقت
الفترات الباردة والدافئة تتخلل تاريخ الأرض الطويل. كان بعضها قصيرًا إلى حد ما ، والبعض الآخر امتد لمئات الآلاف من السنين. في بعض فترات البرد ، نمت الأنهار الجليدية وانتشرت على مناطق واسعة. في الفترات الدافئة اللاحقة ، تراجع الجليد. كل فترة أثرت بعمق على الحياة النباتية والحيوانية. انتهت أحدث فترة باردة ، غالبًا ما تسمى "العصر الجليدي الصغير" ، في أوروبا الغربية حوالي عام 1850.

منذ مطلع القرن العشرين ، ارتفعت درجات الحرارة بشكل مطرد في جميع أنحاء العالم. لكن لم يتضح بعد كم من هذا الاحترار العالمي ناتج عن أسباب طبيعية ومقدار ما يُستمد من الأنشطة البشرية ، مثل حرق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات.


آثار تغير المناخ على الكائنات البحرية والنظم البيئية

تطلق الأنشطة البشرية جيجا طن من الكربون في الغلاف الجوي للأرض سنويًا. وتشمل العواقب المباشرة للانبعاثات المتراكمة لما بعد الصناعة زيادة درجة الحرارة العالمية ، وأنماط الطقس الإقليمية المضطربة ، وارتفاع مستويات سطح البحر ، وتحمض المحيطات ، وتغير أحمال المغذيات ، وتغير دوران المحيطات. تؤثر هذه العواقب المادية وغيرها على العمليات البيولوجية البحرية من الجينات إلى النظم البيئية ، على نطاق من برك الصخور إلى أحواض المحيطات ، مما يؤثر على خدمات النظام البيئي ويهدد الأمن الغذائي البشري. معدلات التغيير المادي غير مسبوقة في بعض الحالات. من المرجح أن يكون التغيير البيولوجي سريعًا بشكل متناسب ، على الرغم من أن مقاومة ومرونة الكائنات الحية والنظم البيئية متغيرة بدرجة كبيرة. تظهر التغيرات البيولوجية التي نشأت في الاستجابة الفسيولوجية كتغييرات في نطاق الأنواع ، والغزو والانقراض ، وتحولات نظام النظام البيئي. بالنظر إلى الأدوار الأساسية التي تلعبها المحيطات في وظيفة الكواكب وتوفير القوت البشري ، فإن التحدي الكبير هو التدخل قبل تجاوز المزيد من نقاط التحول وتتبع النظم الإيكولوجية البحرية أنظمة أرضية أقل عازلةً أسفل دوامة من التدهور. على الرغم من أن الهندسة الحيوية للمحيطات قد تخفف من حدة التغيير ، فإن هذا لا يخلو من المخاطر. يظل العائق الرئيسي لتغير المناخ هو خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (2) التي يمكن لعلماء البحار والقائمين على البيئة البحرية الضغط من أجلها والمساهمة فيها. تصف هذه المراجعة تغير المناخ في الوقت الحاضر ، وتضعه في سياق التغيير التاريخي ، وتدرس عواقب تغير المناخ على العمليات البيولوجية البحرية الآن وفي المستقبل ، وتناقش المساهمات التي يمكن أن تلعبها النظم البحرية في التخفيف من آثار تغير المناخ العالمي.


تأثيرات الطقس المتطرف والمناخ واستخدام مبيدات الآفات على اللافقاريات في حقول الحبوب على مدى 42 عامًا

تعد حقول الحبوب أساسية لتحقيق التوازن بين إنتاج الغذاء والصحة البيئية في مواجهة تغير المناخ. في داخلها ، توفر اللافقاريات خدمات النظام البيئي الرئيسية. باستخدام 42 عامًا من بيانات الرصد التي تم جمعها في جنوب إنجلترا ، قمنا بالتحقيق في حساسية ومرونة اللافقاريات في حقول الحبوب لظواهر الطقس المتطرفة وفحصنا تأثير التغيرات طويلة الأجل في درجة الحرارة وهطول الأمطار واستخدام مبيدات الآفات على وفرة اللافقاريات. من بين 26 مجموعة من اللافقاريات التي تم فحصها ، ثبت أن 11 مجموعة حساسة لظواهر الطقس المتطرفة. زاد متوسط ​​الوفرة في السنوات الحارة / الجافة وانخفض في السنوات الباردة / الرطبة لـ Araneae ، Cicadellidae ، الكبار Heteroptera ، Thysanoptera ، Braconidae ، Enicmus و Lathridiidae. زاد متوسط ​​وفرة Delphacidae و Cryptophagidae و Mycetophilidae في كل من السنوات الحارة / الجافة والباردة / الرطبة مقارنة بالسنوات الأخرى. عادة ما تعود وفرة المجموعات العشر إلى اتجاهها طويل الأجل في غضون عام بعد الحدث المتطرف. بالنسبة لخمسة منهم ، كانت الحساسية للأحداث الباردة / الرطبة أقل ما يمكن (تُترجم إلى وفرة أعلى) في المواقع ذات الجانب الغربي. ترتبط بعض الاتجاهات طويلة الأجل في وفرة اللافقاريات بدرجة الحرارة وهطول الأمطار ، مما يشير إلى أن تغير المناخ قد يؤثر عليها. ومع ذلك ، كان استخدام مبيدات الآفات أكثر أهمية في شرح الاتجاهات ، مما يشير إلى أن تقليل استخدام مبيدات الآفات من شأنه أن يخفف من آثار تغير المناخ.

اسم الملف وصف
gcb13026-sup-0001-FigS1.pdf مستند PDF ، 482.9 كيلوبايت الشكل S1. (أ) منحنيات الكثافة الطيفية (اللوغاريتمات) مقابل التردد (السنة -1) لدرجة الحرارة ووفرة اللافقاريات. (ب) منحنيات الكثافة الطيفية (اللوغاريتمات) مقابل التردد (السنة -1) لسقوط الأمطار ووفرة اللافقاريات.
gcb13026-sup-0002-FigS2.pdf مستند PDF ، 793.4 كيلوبايت الشكل S2. (أ - ج) التماسك وأطياف الطور لدرجة الحرارة المقترنة بوفرة اللافقاريات.
gcb13026-sup-0003-FigS3.pdf مستند PDF ، 805.3 كيلوبايت الشكل S3. (أ - ج) التماسك وأطياف الطور لسقوط الأمطار المقترنة بوفرة اللافقاريات.

يرجى ملاحظة ما يلي: الناشر غير مسؤول عن محتوى أو وظيفة أي معلومات داعمة مقدمة من المؤلفين. يجب توجيه أي استفسارات (بخلاف المحتوى المفقود) إلى المؤلف المقابل للمقالة.


درجة من القلق: لماذا درجات الحرارة العالمية مهمة

إذا كان بإمكانك أن تسأل سلحفاة بحرية عن سبب أهمية الزيادات الطفيفة في متوسط ​​درجة الحرارة العالمية ، فمن المحتمل أن تحصل على لقمة. من عشب البحر ، هذا هو.

بالطبع ، يمكن لسلاحف البحر & rsquot التحدث ، إلا في بعض أفلام الرسوم المتحركة. وبينما يتم تصويرهم على الشاشة على أنهم مخلوقات سعيدة الحظ ، في الواقع من الصعب جدًا أن تكون سلحفاة بحرية ، أيها المتأنق (ضع في اعتبارك الحقائق) ، وفي عالم دافئ ، تزداد صعوبة الأمر.

نظرًا لأن درجة حرارة رمال الشاطئ التي تعشش فيها إناث السلاحف البحرية تؤثر على جنس نسلها أثناء الحضانة ، فقد يؤدي مناخنا الدافئ إلى انقراض السلاحف البحرية من خلال خلق نقص في الذكور ، وفقًا لعدة دراسات. 1

بعض الدرجات تحدث فرقًا كبيرًا. عند درجات حرارة رملية تبلغ 31.1 درجة مئوية (88 درجة فهرنهايت) ، تفقس أنثى السلاحف البحرية الخضراء فقط ، بينما عند 27.8 درجة مئوية (82 درجة فهرنهايت) وتحت ، يفقس الذكور فقط.

في حين أن محنة السلاحف البحرية هي حالة توضيحية ، إلا أنها حقيقة أن جميع النظم الطبيعية والبشرية حساسة لارتفاع درجة حرارة المناخ بدرجات متفاوتة. لتقييم الآثار المحتملة للاحترار العالمي على كوكبنا عند درجات حرارة مختلفة أعلى من مستويات ما قبل الصناعة (تعتبر الفترة الزمنية بين 1850 و 1900) ، أصدرت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC) في أكتوبر تقريرًا خاصًا حول العالم. الاحترار 1.5 درجة مئوية (2.7 درجة فهرنهايت). الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ هي هيئة تابعة للأمم المتحدة مكلفة بتقييم العلوم المتعلقة بتغير المناخ.

درس التقرير آثار الحد من الزيادة في متوسط ​​درجة الحرارة العالمية إلى أقل بكثير من درجتين مئويتين (3.6 درجة فهرنهايت) فوق مستويات ما قبل الصناعة ، وتوقع التأثيرات التي يُتوقع أن تراها الأرض عند ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 1.5 درجة ودرجتين مئويتين أعلى من تلك. المستويات. تمثل عتبة 1.5 درجة مئوية الهدف المنشود بموجب اتفاقية باريس ، التي اعتمدتها 195 دولة في ديسمبر 2015 لمواجهة تهديد تغير المناخ.

تقدم التفاعلية التالية أبرز النقاط المختارة من التقرير:

التقرير ، الذي أعده 91 مؤلفًا ومحرّر مراجعة من 40 دولة إلى جانب 133 مؤلفًا مساهمًا ، يستشهد بأكثر من 6000 مرجع علمي ويتضمن مساهمات من آلاف المراجعين الخبراء حول العالم ، بما في ذلك وكالة ناسا. كانت بيانات وكالة ناسا حاسمة لتمكين فهم كيفية تأثير كل نصف درجة من الاحترار على كوكبنا. ساهمت نماذج ناسا في التقرير وتوقعات rsquos ، بينما قدمت الملاحظات المحمولة جواً والأقمار الصناعية التابعة لوكالة ناسا مدخلات مهمة.

& ldquo لسوء الحظ ، تقدم الاحترار كثيرًا لدرجة أن لدينا الآن ملاحظات عما يحدث عندما تحصل على نصف درجة إضافية ، وقال درو شينديل ، أستاذ علوم المناخ في كلية نيكولاس للبيئة في جامعة ديوك في دورهام بولاية نورث كارولينا. شيندل هو مؤلف رئيسي منسق لفصل واحد من التقرير الخاص ومؤلف ملخص لواضعي السياسات. & ldquo بعد خمس إلى 10 سنوات إضافية منذ آخر تقييم للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ ، جنبًا إلى جنب مع أنظمة المراقبة الحديثة ، وكثير منها من وكالة ناسا ، يتيح لنا حقًا رؤية ما يحدث للكوكب مع ارتفاع درجة الحرارة بمقدار نصف درجة إضافية بشكل أكثر وضوحًا مما كان عليه في الماضي . & rdquo

يقول التقرير أنه منذ فترة ما قبل الصناعة ، تشير التقديرات إلى أن الأنشطة البشرية أدت إلى زيادة متوسط ​​درجة حرارة الأرض و rsquos بنحو 1 درجة مئوية (1.8 درجة فهرنهايت) ، وهو رقم يتزايد حاليًا بمقدار 0.2 درجة مئوية (0.36 درجة فهرنهايت) كل عقد. . بهذا المعدل ، من المرجح أن يصل الاحترار العالمي إلى 1.5 درجة مئوية فوق مستويات ما قبل الصناعة في وقت ما بين 2030 و 2052 ، مع أفضل تقدير يبلغ حوالي عام 2040.

الاحترار الذي تم إدخاله بالفعل في نظام الأرض عن طريق الانبعاثات التي ينتجها الإنسان منذ بداية فترة ما قبل الصناعة من المتوقع أن يتبدد لمئات إلى آلاف السنين. سيستمر ذلك & ldquobaked في & rdquo الاحترار في إحداث المزيد من التغييرات طويلة الأجل في مناخنا ، مثل ارتفاع مستوى سطح البحر والآثار المرتبطة به. ومع ذلك ، يقول التقرير إن هذه الانبعاثات السابقة وحدها لا يُحتمل أن تتسبب في ارتفاع درجة حرارة الأرض بمقدار 1.5 درجة مئوية. بعبارة أخرى ، ما نقوم به كمجتمع مهم الآن. إن الإلحاح الذي يتعامل به العالم مع خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الآن سيساعد في تحديد درجة الاحترار المستقبلي في جوهرها ، سواء كنا نتعرض لضربة من تغير المناخ أو كرة wiffle.

ربما تفكر ، "لماذا يجب أن أهتم إذا ارتفعت درجات الحرارة نصف درجة أخرى أو درجة واحدة؟ درجات الحرارة ترتفع وتنخفض طوال الوقت. ما الفرق الذي يحدثه؟ & rdquo

الجواب هو الكثير. ستؤثر عتبات درجات الحرارة المرتفعة سلبًا على نسب أكبر بشكل متزايد من الحياة على الأرض ، مع اختلافات كبيرة حسب المنطقة والنظام البيئي والأنواع. بالنسبة لبعض الأنواع ، فإنها تعني حرفياً الحياة أو الموت.

& ldquo ما نراه ليس تأثيرات جيدة & ndash لتغير المناخ في كثير من الحالات أكبر استجابةً لنصف درجة (من الاحترار) مما توقعنا ، & rdquo قال شيندل ، الذي كان سابقًا عالم أبحاث في NASA & rsquos Goddard Institute for Space Studies في نيويورك مدينة. & ldquo نرى تسارعًا أسرع في ذوبان الجليد ، وزيادات أكبر في أضرار العواصف المدارية ، وتأثيرات أقوى على الجفاف والفيضانات ، وما إلى ذلك. بينما نقوم بمعايرة نماذجنا لالتقاط الاستجابات المرصودة أو حتى مجرد استقراء نصف درجة أخرى ، نرى أنها & rsquos أكثر أهمية من فكرنا سابقًا في تجنب الاحترار الإضافي بين 1.5 و 2 درجة مئوية. & rdquo

قال شيندل إن التقرير كان قادرًا على استخدام فهم العلماء من الملاحظات لتقييم عدد الأشخاص الذين سيتعرضون لخطر تأثيرات تغير المناخ مع نصف درجة إضافية من الاحترار. & ldquoIt & rsquos بمئات الملايين ، & rdquo قال ، & ldquow الذي يوضح أهمية الحفاظ على الدفء عند أدنى مستوى ممكن. & rdquo

يوثق موقع NASA & rsquos للتغير المناخي العالمي ، وقسم العلامات الحيوية به ، ما أحدثته زيادة درجة الحرارة بمقدار 1 درجة مئوية بالفعل على كوكبنا. إن تأثيرات الاحتباس الحراري محسوسة في كل مكان ، من ارتفاع مستوى سطح البحر إلى طقس أكثر قسوة ، وحرائق الغابات المتكررة ، وموجات الحر والجفاف المتزايد ، على سبيل المثال لا الحصر. نظرًا لأن مجتمعنا قد تم بناؤه حول المناخ الذي عاشته الأرض على مدار ما يقرب من 10000 عام ، عندما تتغير بشكل ملحوظ ، كما حدث في العقود الأخيرة ، يبدأ الناس في الانتباه. اليوم ، يدرك معظم الناس أن مناخ Earth & rsquos يتغير. وجد تقرير صدر في ديسمبر 2018 عن جامعتي ييل وجورج ماسون أن سبعة من كل عشرة أمريكيين يعتقدون أن الاحتباس الحراري يحدث ، حيث قال ستة من كل عشرة أن السبب في الغالب هو البشر.

نحن نعيش في عالم ملزم بقوانين الفيزياء. على سبيل المثال ، عند درجات حرارة أعلى من 0 درجة مئوية (32 درجة فهرنهايت) ، يبدأ الجليد ، بما في ذلك الصفائح الجليدية القطبية والأرضية وغيرها من الجليد الأرضي ، في الذوبان ويتحول من مادة صلبة إلى سائلة. عندما تتدفق تلك المياه إلى أسفل إلى المحيط ، فإنها ترفع مستوى سطح البحر العالمي.

وبالمثل ، تلعب درجة الحرارة دورًا مهمًا في علم الأحياء. نعلم جميعًا أن متوسط ​​درجة حرارة الإنسان البالغ السليم حوالي 37 درجة مئوية (98.6 درجة فهرنهايت). ليس عليك أن تسأل أي شخص يعاني من حمى تصل إلى 38.3 درجة مئوية (101 درجة فهرنهايت) إذا كانت هناك درجتان مهمتان. تم تحسين أجسامنا لتعمل عند درجة حرارة معينة. وفقًا لمعظم الدراسات ، يشعر البشر براحة أكبر ، ويكونون أكثر إنتاجية ويعملون بشكل أفضل عندما تكون درجة الحرارة المحيطة حولنا حوالي 22 درجة مئوية (71.6 درجة فهرنهايت). قم بتغيير درجة الحرارة هذه بأكثر من بضع درجات في أي من الاتجاهين ونسعى إلى تدفئة أو تبريد أنفسنا إذا استطعنا. تقوم أجسامنا أيضًا بإجراء تعديلات ، مثل التعرق.

عندما تصبح درجات الحرارة المحيطة شديدة للغاية ، يمكن أن تكون التأثيرات على صحة الإنسان عميقة ، بل ومميتة.

النباتات والحيوانات الأخرى أكثر صعوبة. بينما يتكيفون أيضًا مع بيئة درجة الحرارة الخارجية من خلال آليات مختلفة ، يمكنهم فقط تشغيل مكيف الهواء أو الفرن كما نستطيع ، وقد لا يتمكنون من الهجرة. تعيش في موائل محددة ومحددة.

بالنسبة لجميع الكائنات الحية ، كلما تغير المناخ بشكل أسرع ، زادت صعوبة التكيف معه. عندما يكون تغير المناخ سريعًا جدًا ، يمكن أن يؤدي إلى انقراض الأنواع. مع استمرار زيادة تركيزات غازات الاحتباس الحراري ، سيكون التأثير التراكمي هو تسريع تغير درجة الحرارة. الحد من الاحترار إلى 1.5 درجة مئوية يقلل من مخاطر التغيرات طويلة الأمد أو التي لا رجعة فيها ، مثل فقدان بعض النظم البيئية ، ويسمح للناس والنظم البيئية بالتكيف بشكل أفضل.

إذًا ، كيف يمكن أن يؤثر الاحترار بمقدار نصف درجة أو درجة كاملة أخرى على كوكبنا؟ في الجزء الثاني من ميزتنا ، نلقي نظرة على بعض التقارير الخاصة للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ والتوقعات الخاصة بـ rsquos.


تأثير الاحتباس الحراري على المناخ والكائنات الحية

فيما يلي بعض التأثيرات الرئيسية للاحتباس الحراري على المناخ والكائنات الحية:

(أ) تغير المناخ (ب) تغير المناخ والمجتمعات النباتية (ج) تأثير على مستويات سطح البحر (د) الحد من التنوع البيولوجي (هـ) تأثير على الزراعة (و) تأثير على النظم الإيكولوجية في القطب الشمالي (ز) التأثير العام.

(أ) تغير المناخ:

يُعتقد أن زيادة مستويات غازات الدفيئة التي تسبب الاحتباس الحراري قد أثرت بالفعل على المناخ العالمي وستزداد هذه التأثيرات في المستقبل. وفقًا للهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (1996) ، فقد ارتفعت درجة حرارة المناخ العالمي من 0.3 إلى 0.6 درجة مئوية خلال القرن الماضي. تتنبأ النماذج الحاسوبية المعقدة للمناخ العالمي بأن درجات الحرارة سترتفع أكثر بمقدار 1 درجة مئوية إلى 3.5 درجة مئوية خلال القرن المقبل نتيجة لتركيزات ثاني أكسيد الكربون وغازات الاحتباس الحراري الأخرى.

ستكون الزيادة في درجة الحرارة أكبر في خطوط العرض العليا وفوق القارات الكبيرة (Myneni et al ، 1997). ومع ذلك ، يتوقع بعض العلماء أيضًا زيادة في الظواهر الجوية المتطرفة مثل الفيضانات والجفاف الإقليمي والأعاصير المرتبطة بهذا الاحترار (Karl et al.1997). يبدو من المحتمل أن العديد من الأنواع لن تكون قادرة على التكيف بسرعة مع الاحتباس الحراري وما يرتبط به من تغير المناخ.

نتيجة لذلك ، قد تعاني المجتمعات البيولوجية بشدة. أكثر من 10 ٪ من الأنواع النباتية في العديد من الأجزاء المعتدلة الجدار لا تكون قادرة على البقاء على قيد الحياة في الظروف المناخية الجديدة ، يجب أن تهاجر شمالا أو تموت. وقد لوحظ هذا التغيير بالفعل مع نباتات جبال الألب التي تنمو أعلى الجبال والطيور المهاجرة تقضي أوقاتًا أطول في مناطق تكاثرها الصيفي.

ومع ذلك ، من المتوقع أن تكون تأثيرات تغير المناخ العالمي على هطول الأمطار ودرجة الحرارة أقل حدة في المناطق المدارية منها في المناطق المعتدلة. ولكن حتى التغييرات الصغيرة في كمية وتوقيت هطول الأمطار ستؤثر على تكوين الأنواع ودورات تكاثر النباتات. من المتوقع أن تؤثر التغيرات في درجة الحرارة والمناخ العالمي على الدورات البيوجيوكيميائية ، التي سبق أن تعرضت للاضطرابات البشرية المنشأ.

(ب) تغير المناخ والمجتمعات النباتية:

التغيرات المناخية نتيجة للاحترار العالمي ستؤثر بشكل طبيعي على المجتمعات الحيوية على هذه الأرض. قد تستخدم بعض الأنواع النباتية زيادة ثاني أكسيد الكربون2 التركيزات ودرجة الحرارة المرتفعة لزيادة معدلات نموها ، ولكن الأنواع الأقل قابلية للتكيف ستنخفض في الوفرة. مثل هذه التقلبات التي لا يمكن التنبؤ بها في المجتمعات النباتية وأنواع الحشرات العاشبة المرتبطة بها يمكن أن تؤدي إلى انقراض العديد من الأنواع النادرة وزيادة كبيرة في عدد السكان في بعض الأنواع الأخرى.

نتيجة لذلك ، قد يؤدي تغير المناخ العالمي إلى إعادة هيكلة المجتمعات البيولوجية وتغيير نطاقات التوزيع للعديد من الأنواع الحيوانية والنباتية. قد تكون بعض الأنواع معرضة لخطر الانقراض في البرية ، وبالتالي يجب اعتماد استراتيجيات جديدة للحفظ بما في ذلك التكاثر في الأسر.

(ج) التأثير على مستويات سطح البحر:

سيؤدي ارتفاع درجات الحرارة إلى ذوبان الأنهار الجليدية وتقلص القمم الجليدية القطبية. نتيجة لذلك ، قد يرتفع مستوى سطح البحر بمقدار 0.2 إلى 1.5 متر ويغرق المناطق الساحلية المنخفضة ومجتمعاتها الحيوية. هناك دليل على أن هذه العملية قد بدأت بالفعل. لقد ارتفعت مستويات سطح البحر بالفعل بمقدار 10 إلى 25 سم خلال المائة عام الماضية ، ربما بسبب ارتفاع درجات الحرارة العالمية (الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ ، 1996). إذا استمر هذا الاتجاه ، فقد يتم غمر العديد من المناطق المنخفضة في المستقبل القريب.

من الممكن أن يؤدي ارتفاع مستوى سطح البحر إلى تغيير أو تدمير 20٪ -80٪ ​​من الأراضي الرطبة الساحلية. في المناطق الاستوائية ، ستتأثر غابات المانغروف سلبًا لأن مياه البحر ستكون عميقة جدًا في مناطق المنغروف الحالية بحيث لا تسمح للشتلات بالنمو. يضر ارتفاع مستوى سطح البحر بأنواع الشعاب المرجانية التي تنمو بعمق دقيق مع درجة الحرارة المثلى وحركة المياه.

It is possible that slow growing coral reefs will be unable to keep pace with the rise in sea level and will be gradually submerged and die and only fast growing coral reef species will be able to survive. This threat to coral reefs may be further compounded by increasing seawater temperatures. Abnormally high water temperatures in the Pacific Ocean during 1982 and 1983 caused the death of symbiotic algae that live inside the coral. Subsequently, the “bleached” coral suffered a massive dieback of 70%-95% coral cover of die area to depths of 18m (Brown and Ogden, 1993).

(D) Reduction of Biodiversity:

As mentioned above increased temperatures, inundation of some coastal biological communities and changes in the pattern of distribution of many species over a long period of time are likely to cause reduction in biodiversity in aquatic and terrestrial ecosystems.

(E) Effect on Agriculture:

The global climate change may have important effects on agriculture (Rosenweig and Parry, 1994). However, the effects of this change will vary for C3 (e.g., wheat, rice, beans) and C2 (e.g., maize, millet, sugarcane) plants. As temperatures increase with rising levels of CO2, some crop plants may no longer be grown in certain regions. According to Ricklefs and Miller (2000), under the most common models of global climate change, global temperature increases will have negative effects on both C2 and C4 plants unless the higher levels of CO2 in the atmosphere increase plant growth.

(F) Effect on Arctic Ecosystems:

Global climate change will have profound effects on arctic ecosystems. Studies on the response of arctic Tundra to elevated CO2 indicated that the Tundra is more sensitive to global climate change than most other ecosystems on earth. According to Shaver et. al (1992), warmer temperatures may increase primary production, thereby increasing carbon input and soil respiration, thereby increasing carbon output. The extent to which production may be increased is constrained by the availability of nitrogen.

(G) Overall Effect:

The overall effect of global warming on world climate has many dimensions, some of which are discussed above. The natural greenhouse maintains the earth’s temperatures within the limits for physiological functions. But studies suggest that even a moderate increase in the average global temperature could result in significant changes in biotic communities including reduction in biodiversity both in terrestrial and aquatic ecosystems.


Tropical Storms

Overall, occurrences of Atlantic hurricanes do not show a significant long-term trend over the 20th century, although the number of intense hurricanes, those that cause the most damage, has declined from 1944 to the mid-1990s (33, 34). Furthermore, large variations of hurricane activity on interdecadal time scales have been observed during the 20th century (35). Because most coastal settlement occurred in a period of relatively low hurricane landfall frequency, the potential societal impacts of hurricane landfall in more active decades have yet to be fully realized (36).

Recent work documenting the contribution of hurricanes to extreme rainfall events shows that each individual event doubles the monthly rainfall being measured in that month in the mid-Atlantic and New England regions of the United States (37). For the 67-year period studied, eastern Massachusetts and much of the Appalachians experience such extreme rainfall events on average every 5 to 6 years, and the return period drops to 2 to 4 years when hurricane rainfall contributions result in monthly rainfall anomalies of 150% above average.

In the North Pacific basin a positive trend has been observed both in tropical storm activity and typhoons since the mid-1970s (38). Before the mid-1970s, tropical storm activity in the western North Pacific region had been dropping, demonstrating a nonlinear longer term variation in tropical storm frequency in this most active region of the globe. Since 1969 a strong downward trend in tropical storm frequency has been observed in the Australian region, south of the equator (105°E to 160°E), which has been attributed largely to variations in the El Niño–Southern Oscillation (39).


CLIMATE CHANGE AND INFECTIOUS DISEASE: IMPACT ON HUMAN POPULATIONS IN THE ARCTIC 12

Centers for Disease Control and Prevention

Introduction: The Arctic Environment

The circumpolar region is defined as the region that extends above 60°N latitude, borders the Arctic Ocean, and includes all of or the northern parts of eight nations: the United States (Alaska), Canada, Greenland, Iceland, Norway, Finland, Sweden, and the Russian Federation (see Figure 2-20). The climate in the Arctic varies geographically from severe cold in arid uninhabited regions to temperate forests bordering coastal agrarian regions. Approximately 4 million people live in the Arctic and almost half reside in northern regions of the Russian Federation. Peoples of the Arctic and sub-Arctic regions live in social and physical environments that differ substantially from those of their more southern dwelling counterparts. These populations are comprised of varying proportions of indigenous and nonindigenous peoples (Stephansson Arctic Institute, 2004 see Figure 2-21).

FIGURE 2-20

The circumpolar region showing administrative jurisdictions. SOURCE: Map by W. K. Dallmann. Reprinted from Young (2008) with permission from W. K. Dallmann and the International Journal of Circumpolar (more. )

FIGURE 2-21

The circumpolar region showing indigenous and nonindigenous population distributions. SOURCE: Reprinted from Stefansson Arctic Institute (2004) with permission from W. K. Dallmann, (more. )

The indigenous populations of northern Canada (Northwest Territories, Yukon, Nunavut, northern Quebec, and Labrador), Alaska, and Greenland generally reside in small communities in remote regions. They have little economic infrastructure and depend on subsistence hunting, fishing, and gathering of food for a significant proportion of their diet. In these remote areas, access to public health and acute care systems is often marginal and poorly supported. Life expectancy of the indigenous peoples of Alaska, northern Canada, and Greenland is lower than that of the general populations of the United States, Canada, and Nordic countries (Young, 2008). Similarly the infant morality rate for the indigenous segments of these populations is higher than that of the comparable national populations. Mortality rates for heart disease and cancer, once much lower among the indigenous populations of the United States, Canada, and northern European countries, are now similar to their respective national rates. The indigenous populations of Alaska, Canada, and Greenland have higher mortality rates for unintentional injury and suicide. Other health concerns of the indigenous peoples of the Arctic include the high prevalence of certain infectious diseases, such as hepatitis B, هيليكوباكتر بيلوري, respiratory syncytial virus (RSV) infections in infants, and sexually transmitted diseases, as well as heath impacts associated with exposures to environmental pollutants, rapid economic change and modernization, and climate change (Bjerregaard et al., 2004).

Climate Change and the Arctic Environment

The Arctic, like most other parts of the world, warmed substantially over the twentieth century, principally in recent decades. Arctic climate models project continued warming with a 3𠄵ଌ mean increase by 2100. The winters will warm more than summers, the mean annual precipitation is projected to increase, and continued melting of land and sea ice is expected to increase river discharge and contribute to rising sea levels. These changes will be accompanied by greater overall climate variability and an increase in extreme weather events (Arctic Council, 2005).

The rapid warming in the Arctic is already bringing about substantial ecological and socioeconomic impacts, many of which result from the thawing of permafrost, flooding, and shoreline erosion resulting from storm surges and loss of protective sea ice. In many communities, the built infrastructure is supported by permafrost. Loss of this permafrost foundation will result in damage to water intake systems and pipes, and may result in contamination of the community water supply. In addition, loss of foundation support for access roads, boardwalks, water storage tanks, and wastewater treatment facilities will render water distribution and wastewater treatment systems inoperable. Several villages already face relocation because village housing, water system, and infrastructure are being undermined (Warren et al., 2005).

Rapid warming has resulted in the loss of annual Arctic sea ice. On September 11, 2007, the Arctic sea ice cover reached the lowest extent recorded since observations began in the 1970s, exceeding the most pessimistic model predictions of an ice-free Arctic by 2050 (Richter-Menge et al., 2008 Figure 2-22). This dramatic reduction in sea ice will have widespread effects on marine ecosystems, coastal climate, human settlements, and subsistence activities. For the first time the reduction in annual sea ice has created ice-free shipping lanes to the northwest, from northern Labrador through the Arctic archipelago in northern Canada, to the Bering Strait, and has almost completely cleared a passage to the northeast, from the Bering Strait along the northern coast of the Russian Federation to Norway (see Figure 2-23). Both routes represent time- and fuel-saving shortcuts between the Pacific and Atlantic Oceans and will bring an increase in marine transport and access to vast oil, gas, and mineral reserves once inaccessible to exploration and exploitation.

FIGURE 2-22

The Arctic ice cap, September 2001 (Top) and September 2007 (Bottom). SOURCE: NASA, as printed in Borgerson (2008).

FIGURE 2-23

Proposed northwest and northeast shipping lanes through the Arctic Ocean joining the Atlantic and Pacific Oceans. SOURCE: Map by C. Grabhorn Reprinted from ACIA (2004) with permission from Cambridge (more. )

Such access will bring many benefits as well as risks to once isolated Arctic communities. Construction of new coast guard or military bases and other industrial ventures will bring employment opportunities to local populations, but will also affect population distribution, dynamics, culture, and local environments. Tourism will most likely increase. Public sector and government services will then increase to support the new emerging economies. These events will greatly challenge the traditional subsistence way of life for many communities and lead to rapid and long-term cultural change, which will create additional stress on an already vulnerable population (Curtis et al., 2005).

Climate Change and Human Health

The direct health effects of climate change will result from changes in ambient temperature, altered patterns of risk from outdoor activities, and changes in the incidence of infectious diseases. As ambient temperature increases, the incidence of hypothermia and associated morbidity and mortality may decrease. Conversely hyperthermia may increase, particularly among the very young and the elderly (Nayha, 2005). However, because of the low mean temperature in many Arctic regions, the likelihood of such events having large impacts on public health for the general population is low. More significantly, unintentional injury, mostly related to subsistence hunting and fishing𠅊lready a significant cause of mortality among Arctic residents—may increase (Arctic Council, 2005). The reduction in river and sea ice thickness, curtailed ice season, reduced snow cover, and permafrost thawing will make hunting and gathering more difficult, dangerous, and less successful, thereby increasing the risk of injuries and death by drowning.

Permafrost thawing erosion or flooding can force relocation. Communities and families undergoing relocation will have to adapt to new ways of living, may face unemployment, and will have to integrate and create new social bonds. Relocation may also lead to rapid and long-term cultural change and loss of traditional culture, which will increase individual and community stress, leading to mental and behavioral health challenges (Hess et al., in press).

Climate change already poses a serious threat to the food security of many Arctic communities because of their reliance on traditional subsistence hunting and fishing for survival. Populations of marine and land mammals, fish, and waterfowl may be reduced or displaced by changing habitats and migration patterns, further reducing the traditional food supply. Release of environmental contaminants from the atmosphere and melting glaciers and sea ice may increase the levels of these pollutants entering the food chain, making traditional foods less desirable (AMAP, 2003). Reduction in traditional food supply will force indigenous communities to depend increasingly on nontraditional and often less healthy Western foods. This will most likely result in increasing rates of modern diseases associated with processed foods, such as obesity, diabetes, cardiovascular diseases, and outbreaks of food-borne infectious diseases associated with imported fresh and processed foods (Bjerregaard et al., 2004 Orr et al., 1994).

Many host-parasite systems are particularly sensitive to climate change. Specific stages of the life cycles of many helminths may be greatly affected by temperature. For example, small increases in temperature can substantially increase the transmission of lung worms and muscle worms pathogenic to wildlife that are important as a food source for many northern communities (Hoberg et al., 2008).

Climate Change and Infectious Diseases in the Arctic

It is well known that climate and weather affect the distribution and risk of many vector-borne diseases, such as malaria, RVF, plague, and dengue fever in tropical regions of the globe. Weather also affects the distribution of food- and water-borne diseases and emerging infectious diseases, such as West Nile virus, hantavirus, and Ebola hemorrhagic fever (Haines et al., 2006). Less is known about the impact of climate change and the risk and distribution of infectious diseases in Arctic regions. It is known that Arctic populations have a long history of both endemic and epidemic infectious diseases (Parkinson et al., 2008). However, with the introduction of antimicrobial drugs, vaccines, and public health systems, morbidity and mortality due to infectious diseases have been greatly reduced. Despite these advances, high rates of invasive diseases caused by Streptococcus pneumoniae, Haemophilus influenzae, و السل الفطري persist (Bruce et al., 2008a,b Christensen et al., 2004 Dawar et al., 2002 Degani et al., 2008 Gessner et al., 1998 Meyer et al., 2008 Netesov and Conrad, 2001 Nguyen et al., 2003 Singleton et al., 2006 Sྋorg et al., 2001). Sharp seasonal epidemics of viral respiratory infections also commonly occur (Bulkow et al., 2002 Karron et al., 1999 Van Caeseele et al., 2001). The overuse of antimicrobial drugs in some regions has led to the emergence of multidrug-resistant الرئوية الرئوية, هيليكوباكتر بيلوري, and methicillin-resistant المكورات العنقودية الذهبية (Baggett et al., 2003, 2004 McMahon et al., 2007 Rudolph et al., 1999, 2000).

The impact of climate on the incidence of these existing infectious disease challenges is unknown. In many Arctic regions, however, inadequate housing and sanitation are already important determinants of infectious disease transmission. The cold northern climate keeps people indoors amplifying the effects of household crowding, smoking, and inadequate ventilation. Crowded living conditions increase person-to-person spread of infectious diseases and favor the transmission of respiratory and gastrointestinal diseases and skin infections. Many homes in communities across the Arctic lack basic sanitation services (e.g., flush toilet, shower or bath, kitchen sink). Providing these services is difficult in remote villages where small isolated populations live in a harsh cold climate. A recent study in western Alaska demonstrated two to four times higher hospitalization rates among children less than 3 years of age for pneumonia, influenza, and childhood RSV infections in villages where the majority of homes had no in-house piped water, compared with villages where the majority of homes had in-house piped water service. Likewise, outpatient المكورات العنقودية الذهبية infections and hospitalization for skin infections among persons of all ages were higher in villages with no in-house piped water service compared to villages without water service (Hennessy et al., 2008). Damage to the sanitation infrastructure by melting permafrost or flooding may therefore result in increased rates of hospitalization among children for respiratory infections, as well as an increased rate of skin infections and diarrheal diseases caused by bacterial, viral, and parasitic pathogens.

Some infectious diseases are unique to the Arctic and lifestyles of the indigenous populations and may increase in a warming Arctic. For example, many Arctic residents depend on subsistence hunting, fishing, and gathering for food, and on a predictable climate for food storage. Food storage methods often include above ground air-drying of fish and meat at ambient temperature, below ground cold storage on or near the permafrost, and fermentation. Changes in climate may prevent the drying of fish or meat, resulting in spoilage. Similarly, loss of the permafrost may result in spoilage of food stored below ground. Outbreaks of food-borne botulism occur sporadically in communities in the United States, Canadian Arctic, and Greenland and are caused by ingestion of improperly prepared fermented traditional foods (CDC, 2001 Proulx et al., 1997 Sobel et al., 2004 Sørensen et al., 1993 Wainwright et al., 1988). Because germination of Clostridium botulinum spores and toxin production will occur at temperatures greater than 4ଌ, it is possible that warmer ambient temperatures associated with climate change may result in an increased rate of food-borne botulism in these regions. Preliminary studies have shown that fermentation of aged seal meat challenged with C. botulinum at temperatures above 4ଌ results in toxin production (Leclair et al., 2004).

Outbreaks of gastroenteritis caused by Vibrio parahaemolyticus have been related to the consumption of raw or inadequately cooked shellfish collected from seawater at temperatures of higher than 15ଌ. Prior to 2004, the most northerly outbreak occurred in northern British Columbia in 1997. However, in July 2004, an outbreak of gastroenteritis caused by V. parahaemolyticus was documented among cruise ship passengers consuming raw oysters while visiting an oyster farm in Prince William Sound, Alaska (McLaughlin et al., 2005). The outbreak investigation documented an increase of 0.21ଌ per year in the July𠄺ugust water temperature since 1997, and reported that 2004 was the first year that the oyster farm water temperature exceeded 15ଌ in July. This event provides direct evidence of an association between rising seawater temperature and the onset of illness.

Warmer temperatures may allow infected host animal species to survive winters in larger numbers, increase in population, and expand their range of habitation, thus increasing the opportunity to pass infections to humans. For example, milder weather and less snow cover may have contributed to a large outbreak of Puumala virus infection in northern Sweden in 2007. Puumala virus is endemic in bank voles, and in humans causes hemorrhagic fever with renal syndrome (Pettersson et al., 2008). Similar outbreaks have been noted in the Russian Federation (Revich, 2008). The climate-related northern expansion of the boreal forest in Alaska and northern Canada has favored the steady northward advance of the beaver, extending the range of Giardia lamblia, a parasitic infection of beaver that can infect other mammals, including humans who use untreated surface water (Arctic Council, 2005). Similarly, warmer temperatures in the Arctic and sub-Arctic regions could support the expansion of the geographical range and populations of foxes and voles, common carriers of Echinococcus multilocularis, the cause of alveolar echinococcus in humans (Holts et al., 2005). The prevalence of alveolar echinococcus has risen in Switzerland as fox populations have increased in size and expanded their geographic ranges into urban areas (Schweiger et al., 2007). Alveolar echinococcus was common in two regions of northwestern Alaska prior to 1997. Disease in humans was associated with contact with dogs however, improvements in housing and dog lot management have largely eliminated dog-to-human transmission in Alaska. This may not be the case, however, in other parts of the Arctic where human infections with Echinococcus granulosis، و E. multilocularis are still reported, particularly in association with communities dependent on reindeer herding and dog use (Castrodale et al., 2002 Rausch, 2003).

Climate change may also influence the density and distribution of animal hosts and mosquito vectors, which could result in an increase in human illness or a shift in the geographical range of disease caused by these agents. The impact of these changes on human disease incidence has not been fully evaluated, but there is clearly potential for climate change to shift the geographical distribution of certain vector-borne and other zoonotic diseases. For example, West Nile virus entered the United States in 1999 and in subsequent years infected human, horse, mosquito, and bird populations across the United States and as far north as northern Manitoba, Canada (Parkinson and Butler, 2005). In the Russian Federation infected birds and humans have been detected as far north as the region of Novosibirsk (Revich, 2008). Although there is, at present, insufficient information about the relationship between climate and the spread of West Nile virus, a number of factors may contribute to its further northward migration. Milder winters could favor winter survival of infected Culex spp. mosquitoes, the predominant vector of West Nile virus, which since the 1970s have migrated as far north as Prince Albert, Saskatchewan in Canada. Longer, hotter summers increase the transmission season leading to higher numbers of infected mosquitoes and greater opportunities for human exposure. Climate change may alter the disease ecology and migration patterns of other reservoirs such as birds. These factors may affect disease incidence and result in expansion of the range of other arthropod vector-borne diseases.

A number of mosquito-borne viruses that cause illness in humans circulate in the U.S. Arctic and northern regions of the Russian Federation (Walters et al., 1999). Jamestown Canyon and Snowshoe Hare viruses are considered emerging threats to the public health in the United States, Canada, and the Russian Federation, causing flu-like symptoms and central nervous system diseases, such as aseptic meningitis and encephalitis (Walters et al., 1999). Sindbis virus also circulates in northern Europe. The virus is carried northward and amplified by migratory birds. In the late summer, ornithophilic mosquitoes pass the virus onto humans causing epidemics of Pogosta disease in northern Finland, an illness characterized by a rash and arthritis (Kurkela et al., 2008). In Sweden, the incidence of tick-borne encephalitis (TBE) has substantially increased since the mid-1980s (Lindgren and Gustafson, 2001). This increase corresponds to a trend of milder winters and an earlier onset of spring, resulting in an increase in the tick population (Ixodes ricinus) that carries the virus responsible for TBE and other potential pathogens (Skarphຝinsson et al., 2005). Similarly in northeastern Canada, climate change is projected to result in a northward shift in the range of Ixodes scapularis, a tick that carries Borrelia burgdorferi, the etiologic agent of Lyme disease. The current northern limit of Ix. scapularis is southern Ontario including the shoreline of Lake Erie and southern coast of Nova Scotia. Some temperature-based models show the potential for a northward expansion of Ix. scapularis above 60°N latitude and into the Northwest Territories by 2080 (Ogden et al., 2005). However, it should be noted that tick distribution is influenced by additional factors such as habitat suitability and dispersal patterns which can affect the accuracy of these predictions. Whether or not disease in humans is a result of these climate change-induced alterations in vector range depends on many other factors, such as land-use practices, human behavior (suburban development in wooded areas, outdoor recreational activities, use of insect repellents, etc.), human population density, and adequacy of the public health infrastructure.

Response to Climate Change in the Arctic

In 1992, the IOM published a report titled Emerging Infections: Microbial Threats to Health in the United States. This report uncovered major challenges for public health in the medical community primarily related to detecting and managing infectious disease outbreaks and monitoring the prevalence of endemic infectious diseases. It stimulated a national movement to reinvigorate the U.S. public health system to address the HIV/AIDS epidemic, the emergence of new diseases, the resurgence of old diseases, and the persistent evolution of antimicrobial resistance. In a subsequent report, the IOM provided an assessment of the capacity of the public health system to respond to emerging threats and made recommendations for addressing infectious disease threats to human health (IOM, 2003).

Because climate change is expected to exacerbate many of the factors contributing to infectious disease emergence and reemergence, the recommendations of the 2003 IOM report can be applied to the prevention and control of emerging infectious disease threats resulting from climate change. A framework for public health response to climate change in the United States has recently been proposed (Frumkin et al., 2008 Hess et al., in press). The framework emphasizes the need to capitalize on and enhance existing essential public health services and to improve coordination efforts between government agencies (federal, state, and local), academia, the private sector, and nongovernmental organizations.

Applying this framework to Arctic regions requires enhancing the public health capacity to monitor diseases with potentially large public health impacts, including respiratory diseases in children, skin infections, and diarrheal diseases, particularly in communities with failing sanitation systems. Monitoring certain vector-borne diseases, such as West Nile virus, Lyme disease, and TBE, should be priorities in areas at the margins of focal regions known to support both animal and insect vectors, and where climate change may promote the geographic expansion of vectors. Because Arctic populations are relatively small and widely dispersed over a large area, region-specific detection of significant trends in emerging climate-related infectious diseases may be delayed. This difficulty may be overcome by linking regional monitoring systems together for the purposes of sharing standardized information on climate-sensitive infectious diseases of mutual concern. Efforts should be made to harmonize notifiable disease registries, laboratory methods, and clinical surveillance definitions across administrative jurisdictions to allow comparable disease reporting and analysis. An example of such a network is the International Circumpolar Surveillance system for emerging infectious diseases. This network links hospital and public health laboratories together for the purposes of monitoring invasive bacterial diseases and tuberculosis in Arctic populations (Parkinson et al., 2008).

Public health capacity should be enhanced to respond to infectious disease food-borne outbreaks (e.g., botulism, gastroenteritis caused by Giardia lamblia أو Vibro parahaemolyticus). Public health research is needed to determine the baseline prevalence of potential climate-sensitive infectious diseases (e.g., West Nile virus, بوريليا برغدورفيرية, Brucella spp., Echinococcus spp., Toxoplasma spp.) in both human and animal hosts in regions where emergence may be expected. Such studies can be used to accumulate additional evidence of the effect of climate change or weather on infectious disease emergence, to guide early detection and public health intervention strategies, and to provide science-based support for public health actions on climate change. The circumpolar coordination of research efforts will be important not only to harmonize research protocols, laboratory methods, data collection instruments, and data analysis, but also to maximize the impact of scarce resources and to minimize the impact of research on affected communities. Coordination can be facilitated through existing international cooperatives, such as the Arctic Council, 14 the International Union for Circumpolar Health, 15 and the newly formed International Network of Circumpolar Health Researchers. 16

The challenge in the Arctic, however, will be to ensure sufficient public health capacity to allow the detection of disease outbreaks and monitor infectious disease trends most likely to be influenced by climate. The remoteness of many communities from clinical or public health facilities, and the harsh weather conditions of Arctic regions, often preclude appropriate specimen and epidemiologic data collection during an outbreak investigation, research, or ongoing surveillance activities. Staffing shortages are frequent in many in local clinics and regional hospitals that are already overwhelmed by routine and urgent care priorities, leaving little capacity for existing staff to assist public health personnel in outbreak investigations, research, or maintenance of routine surveillance activities. Additional resources and training may be needed to ensure adequate staffing at these facilities, to address existing gaps between regional clinics and hospitals and public health departments, and to ensure a sufficiently trained staff to address the emerging public health impacts posed by climate change.

A key aspect of the public health response to climate change in Arctic regions will be the formation of community-based partnerships with tribal governments to identify potential threats to the community and develop strategies to address those threats. Communities at greatest risk should be targeted for education, outreach, and assessment of existing or potential health risks, vulnerabilities, and engagement in the design of community-based monitoring and the formulation of intervention strategies. The identification, selection, and monitoring of basic indicators for climate change and community health will be important for any response to climate change at the community level (Furgal, 2005). The selection of site- or village-specific indicators should be guided by local concerns and may include activities such as the surveillance of a key wildlife or insect species in a region where climate changes may contribute to the emergence of new zoonotic diseases or the measurement of weather (i.e., precipitation and temperature), water quality (i.e., turbidity, pathogens), and gastrointestinal illness (i.e., clinic visits) in a community. Linking communities across regions and internationally should facilitate the sharing of standard protocols, data collection instruments, and data for analysis. These linkages will be important for the detection of trends over larger geographic regions, should enhance a community’s ability to detect changes that impact health, and will allow the development of strategies to minimize the negative health impacts of climate change on Arctic residents in the future.

استنتاج

Resident indigenous populations of the Arctic are uniquely vulnerable to climate change because of their close relationship with, and dependence on, the land, sea, and natural resources for their cultural, social, economic, and physical well-being. The increasing mean ambient temperature may lead to an increase in food-borne diseases, such as botulism and gastrointestinal illnesses. An increase in mean temperature may also influence the incidence of zoonotic and arboviral infectious diseases by changing the population density and range of animal hosts and insect vectors. The public health response to these emerging microbial threats should include enhancing the public health capacity to monitor climate-sensitive infectious diseases with potentially large public health impacts the prompt investigation of infectious disease outbreaks that may be related to climate change and research on the relationship between climate and infectious disease emergence to guide early detection and public health interventions. The development of community-based monitoring networks with links to regional and national public health agencies as well as circumpolar health organizations will facilitate method standardization, data-sharing, and the detection of infectious disease trends over a larger geographic area. This capacity is essential for the development of strategies to minimize the negative effects of climate change on the health of Arctic residents in the future.


The fingerprints of global climate change on insect populations

Population dynamics change with climate means, variances, or the interaction.

Discrete generations plus climate change can lead to developmental traps.

Land use change may outweigh effects of climate change on population dynamics.

Models predict population response based on physiological mechanism.

The array of insects studied for effects of climate change must be expanded.

Synthesizing papers from the last two years, I examined generalizations about the fingerprints of climate change on insects’ population dynamics and phenology. Recent work shows that populations can differ in response to changes in climate means and variances. The part of the thermal niche occupied by an insect population, voltinism, plasticity and adaptation to weather perturbations, and interactions with other species can all exacerbate or mitigate responses to climate change. Likewise, land use change or agricultural practices can affect responses to climate change. Nonetheless, our knowledge of effects of climate change is still biased by organism and geographic region, and to some extent by scale of climate parameter.


Activity Details

  • Subjects:MATHEMATICS, SCIENCE
  • Types:CLASSROOM ACTIVITY
  • Grade Levels:5 - 12
  • Primary Topic:EARTH AND SPACE SCIENCE
  • Additional Topics:
    DATA COLLECTION, ANALYSIS AND PROBABILITY
    EARTH
  • Time Required: 1hr - 2hrs
  • Next Generation Science Standards (Website)

Develop a model using an example to describe ways the geosphere, biosphere, hydrosphere, and/or atmosphere interact

Analyze geoscience data to make the claim that one change to Earth's surface can create feedbacks that cause changes to other Earth systems

Use a model to describe how variations in the flow of energy into and out of Earth’s systems result in changes in climate

Analyze geoscience data and the results from global climate models to make an evidence-based forecast of the current rate of global or regional climate change and associated future impacts to Earth systems

Ask questions to clarify evidence of the factors that have caused the rise in global temperatures over the past century

Represent real world and mathematical problems by graphing points in the first quadrant of the coordinate plane, and interpret coordinate values of points in the context of the situation.

Make a line plot to display a data set of measurements in fractions of a unit (1/2, 1/4, 1/8). Use operations on fractions for this grade to solve problems involving information presented in line plots. For example, given different measurements of liquid in identical beakers, find the amount of liquid each beaker would contain if the total amount in all the beakers were redistributed equally.

Construct and interpret scatter plots for bivariate measurement data to investigate patterns of association between two quantities. Describe patterns such as clustering, outliers, positive or negative association, linear association, and nonlinear association.

Know that straight lines are widely used to model relationships between two quantitative variables. For scatter plots that suggest a linear association, informally fit a straight line, and informally assess the model fit by judging the closeness of the data points to the line.

Fit a function to the data use functions fitted to data to solve problems in the context of the data. Use given functions or choose a function suggested by the context. Emphasize linear, quadratic, and exponential models.


شاهد الفيديو: خسائر مادية و بشرية في العاصمة بعد عاصفة مطرية (شهر فبراير 2023).