Planetaarsed piirid. Biosfäär ja kliima

Elussüsteemid on keerukad ja mitme­tasandilised. Kõik elus­olendid koosnevad rakkudest. Rakud moodustavad kudesid, millest omakorda kujunevad organid ja lõpuks organismid. Inimesed peavad sageli elusaks just organisme, kuid elus­süsteemid ulatuvad sellest palju kaugemale. Iga organism sõltub teistest – toit, hapnik ja eluks vajalik keskkond tulevad teistelt organismidelt ja ümbritsevast loodusest. See­tõttu ei saa üksikut organismi pidada täielikult iseseisvaks.

Organismid moodustavad populat­sioone ning eri liikide populat­sioonid omakorda kooslusi. Kooslused elavad kindlates elu­paikades ja sõltuvad ka teistest kooslustest. Näiteks aitavad linnud kaasa fosfori ringlusele, kandes toitaineid merest maismaale. Kõik kooslused koos moodustavad öko­süsteeme, mis on seotud ka eluta keskkonnaga: pinnase, vee ja õhuga.

Kõik ökosüsteemid omakorda moodustavad Maa biosfääri – planeedi elusa osa. Maa biosfäär suudab eksisteerida ise­seisvalt: elus püsimiseks ei ole tal vaja kontakti ühegi teise planeedi biosfääriga. Biosfäär kohaneb muutuvate keskkonna­tingimustega. Ta suudab reguleerida atmosfääri koostist ja kliimat ning laieneb pidevalt uutesse võimalikesse elu­paikadesse, mis tekivad näiteks vulkaanide tegevuse tagajärjel.

Maa ajaloos on mitmel korral toimunud liikide massiline välja­suremine. Tuntuim neist leidis aset 66 miljonit aastat tagasi, kui asteroidi põhjustatud kliima­muutused hävitasid 75% tollastest liikidest. Praegu toimub järje­kordne väljasuremis­laine, mille peamine põhjus on inim­tegevus. Teadlased ennustavad, et sajandi lõpuks kaob ligi miljon liiki.

Liikide väljasuremine kahjustab öko­süsteeme, vähendades geneetilist ja funktsionaalset mitme­kesisust. Geneetiline mitme­kesisus tähendab, et populatsioonis leidub eri geneetilisi variante, mis võimaldavad liigil muutuvate keskkonna­tingimustega kohaneda. Kui see mitme­kesisus kaob, on liigid haavatavamad haiguste ja keskkonna­muutuste suhtes. Näiteks geparditel on madal geneetiline mitme­kesisus, mistõttu võib tõsisem haigus­puhang nad kergesti hävitada.

Funktsionaalne mitme­kesisus tähendab, et igal liigil on öko­süsteemis kindel roll. Kui olulised liigid kaovad, lagunevad ka öko­süsteemid. Näiteks kui kimalased kaovad, väheneb putuk­tolmlevate taimede arv, mis mõjutab toidu­ahelaid. Teine näide on sini­vetikate vohamine vee­kogudes: tasa­kaalu kaotanud öko­süsteem võib muutuda ülejäänud elus­olenditele elamis­kõlbmatuks.

Bioloogilise mitme­kesisuse vähenemine mõjutab ka teisi öko­loogilisi protsesse. Muldade vaesumine mõjutab taimede kasvu ja seeläbi süsiniku­ringet – kui taimi on vähem ja need on kiduramad, seovad nad vähem süsinikku. See omakorda suurendab kasvuhoone­gaaside hulka atmosfääris ning süvendab kliimamuutusi.

Ökosüsteemide nõrgenemine toob kaasa ka sotsiaalseid riske. Näiteks võib vähenenud mulla­viljakus vähendada toidu­tootmist ja suurendada nälja­häda riski (meenuta USA „tolmu­kausi“ teket 1930. aastatel). Ökosüsteemid on olulised looduslikud kaitse­mehhanismid: näiteks metsad ja märgalad aitavad leevendada tormide ja üle­ujutuste mõju. Nende kadumine võib muuta katastroofid rängemaks.

Kliimamuutused on pälvinud Maa plane­taarsetest piiridest kõige enam tähelepanu, kuna kliima­muutused on selgelt üle­ilmse mõjuga. Liigne kasvuhoone­gaaside heide ühes maailma piirkonnas suurendab kasvuhoone­efekti, mille mõju võib ilmneda äärmuslike ilmastiku­nähtustena hoopis teistes piirkondades. Seega ei saa ükski riik käsitleda kliima­muutusi pelgalt oma sise­asjana – nendega tegelemine eeldab laiapõhjalist rahvus­vahelist koostööd.

Kliima on Maal pidevas muutuses. Meie planeedi kliima määrab eelkõige Maale jõudva päikese­kiirguse ja Maalt lahkuva soojus­kiirguse hulk. Mõlemad olenevad peamiselt Maa kaugusest Päikesest ja Maa pöörlemis­telje kalde­nurgast. Maa kaugus Päikesest muutub pidevalt. Kümnete tuhandete aastate pikkuste tsüklitena tiirleb Maa kord Päikesele lähemal orbiidil, mil kliima on soojem, kord kaugemal, mil kliima on jahedam.

Kuid astrofüüsikalised tegurid määravad vaid potentsiaalse kliima. See, milliseks kujuneb tegelik kliima­süsteem, sõltub Maal toimuvatest protsessidest. Kui Maa keskmine temperatuur sõltuks ainult astro­füüsikalistest teguritest, oleks see praegusest umbes 30 kraadi madalam ehk –15 kraadi. Sellistes tingimustes ei pruugiks Maal olla vedelas olekus vett ja võimalused elu olemas­oluks oleksid küllalt kasinad.

Meie planeedil on elu võimalik tänu gravitatsioonile, mis aitab Maa ümber hoida õhukest atmosfääri­kihti. Atmosfääri koostis takistab soojus­kiirguse lahkumist Maalt. Atmosfääri koostise kujunemisel on oluline roll elustikul, mis valdavalt koosneb taimedest. Taimed suudavad reguleerida hapniku ja süsihappe­gaasi tasakaalu atmosfääris ja seega Maa temperatuuri. Isegi kui astro­füüsikaliste tegurite muutumine toob kaasa kliima­muutusi, suudavad taimed neid muutusi tasa­kaalustada.

Kui Päikeselt tulev kiirgus jõuab maa­pinnani, siis osa sellest peegeldub kohe tagasi kosmosesse, osa aga neeldub maa­pinnas, vees või taimestikus. Neeldunud energia soojendab pinda, mis omakorda kiirgab energiat tagasi, kuid mitte enam nähtava valguse kujul, vaid infrapuna­kiirgusena ehk soojus­kiirgusena. Kui soojus­kiirgust poleks miski takistamas, liiguks see otse kosmosesse. Osa energiast jõuabki sinna, kuid Maa ümber olev atmosfäär toimib filtrina. Teatud gaasid, näiteks süsihappe­gaas, metaan ja veeaur, neelavad osa soojus­kiirgusest. Kui molekul neelab kiirguse, hakkavad selle osakesed kiiremini liikuma ja see avaldub temperatuuri tõusuna. Hiljem kiirgavad need molekulid osa energiast uuesti välja, nii kosmose kui ka Maa pinna suunas. Selle tulemusena „peegeldub“ osa Maalt lahkuvast soojusest tagasi Maa pinna suunas ja hoiab Maa keskmise temperatuuri eluks sobivana. Seda protsessi nimetataksegi kasvuhoone­efektiks.

See, kui suur osa päikese­kiirgusest peegeldub ja kui suur osa neeldub, sõltub pinna värvist. Tume pind, näiteks vesi, neelab rohkem kiirgust kui hele pind, näiteks lumi. Tume asfalt­plats neelab rohkem päikese­kiirgust ja muutub päikese käes kuumemaks kui selle kõrval olev haljasala, mis peegeldab osa kiirgust tagasi ega soojene nii palju.

Seega ei mõjuta kliimat mitte ainult atmosfääri koostis, vaid ka maa­kasutus: kui palju on tumedaid pindu (taimestikuta mulla­pind, asfalt, tumedad maja­katused) ja kui palju heledaid pindu (liustikud, jäätunud veekogud).

Inimese arengu seisu­kohast on eriti olulised viimased ligi miljon aastat, mil Maal on valitsenud küllaltki stabiilse kliimaga periood, ehkki toimusid 100 000 aasta pikkused jää­aja ja jää­vaheaja tsüklid. CO₂ sisaldus atmosfääris kõikus umbes 180–280 ppm (ingl parts per million ehk miljondik­osa) vahel. Seda hoidsid sellises vahemikus looduslikud süsiniku­ringe protsessid. Maa temperatuur kõikus mõne­kraadises vahemikus.

Tänapäeval on CO₂ sisaldus üle 420 ppm (vaata jooksvaid andmeid: www.CO2.earth), mis jääb selgelt välja­poole viimase miljoni aasta looduslikku vahemikku. See­tõttu hakkab praegune atmosfääri koostis sarnanema miljonite aastate taguste tingimustega, mil Maa oli märgatavalt soojem. Kuna inim­ühiskonnad ei ole arenenud sellise CO₂ sisaldusega maailmas, on eba­selge, kui hästi need tingimused meile sobivad.

Kliimamuutused on otseselt seotud kõigi teiste plane­taarsete piiridega. Elustikus toimunud muutused, metsade raadamine põldudeks, maa­kasutuse ja maa­katte muutused, muutused aine­ringetes mõjutavad atmosfääri koostist ja kiirgus­bilanssi. Muutuvad kliima­tingimused on oma­korda käivitanud eri tagasiside­mehhanismid, millest paljud võimendavad kliima­muutusi. Näiteks kiirendab soojenev õhu­temperatuur orgaanilise aine lagunemist igi­keltsaga kaetud aladel, suurendades neilt kasvuhoone­gaaside heidet.

Nagu ka kõigi teiste planetaarsete piiride ületamise puhul, on kliima­muutustel inim­ühiskonnale tuntavad tagajärjed. Kliima­muutustega kaasnevaid mõjusid majandusele on pikalt ala­hinnatud, kuigi nendest tingitud kulud ühis­konnale kasvavad aasta-aastalt. Kliima­muutuste tõttu tugevnenud tormid lõhuvad taristut, äärmuslikud põuad tekitavad raskusi toidu­tootmisel, tugevatest sademetest tingitud üle­ujutused hävitavad vara. Rahvastiku pea­tükist saad lugeda, kuidas kliimal on otsene seos rändega, kuna elu­keskkonna halvenemine, põudade sagenemine või ranniku­alade üle­ujutused võivad muuta rände­mustreid.