Rekordstora värmeböljor och torka har gjort västkustens floder dödligt heta för lax, bokstavligen kokade miljontals musslor och musslor i sina skal och lämnade skogar redo att brinna. Den extraordinära svårigheten av 2021 års värme och torka, och dess bränder och översvämningar, har många människor ifrågasatt om klimatförändringar, drivs av mänskliga handlingar, framskrider ännu snabbare än vad studier har förutspått och vad det betyder för framtiden.

Som ekologer, vi har sett klimatförändringarna utspela sig under decennier vid långsiktiga forskningsplatser i skogar, fält och kustområden över hela USA

En ny serie om fem artiklar i tidskriften Ekosfär presenterar mer än 25 fallstudier från dessa platser, ger ett unikt perspektiv på de förändringar som pågår och vad som är troligt framför oss när planeten fortsätter att värmas upp.

Här är ögonblicksbilder av vad vi ser i första hand på National Science Foundations webbplatser för långsiktiga ekologiska forskningsnätverk, från effekten av ökande bränder i Oregon's Cascades till att skifta marint liv utanför Maines kust, och överraskande motståndskraft i Baltimores urbana skogar.

Forests of the Pacific Northwest

I Cascade Mountains i Pacific Northwest, forskare har spårat förändringar i H.J. Andrews Experimental Forest, en 16, 000 tunnland vattendelare, i 70 år. Skogen är en blandning av ikonisk gammal hemlock, cederträ och douglasgranar, många av dem 400 till 500 år gamla; brant terräng; snabb, kallrinnande bäckar; och en släng av skogsplantager.

Även om det är frestande att se varaktighet i en gammal skog, klimatet kan överskrida tröskelvärden, driva även dessa ekosystem som domineras av långlivade träd till förhållanden utanför allt de har upplevt.

Under det kommande århundradet, den stigande temperaturen förväntas förlänga sommarens torka och öka vinterns översvämningar eftersom snön smälter tidigare eller faller som regn.

Som ett resultat, vi räknar med tätare och allvarligare skogsbränder, fler träd dör och förskjutningar i ström- och markekosystem. Ny art, som timmervargar, kommer sannolikt att flytta in, medan vissa inhemska arter, som den nordliga fläckugglan, försvinna. Vi kommer sannolikt också att se förändringar i offentliga värderingar och markförvaltning som antingen kan hjälpa eller skada arters överlevnad.

Dessa förändringar kommer att interagera med varandra i överraskande, kanske ofattbart, sätt. De biologiska svaren på förändringar i de fysiska systemen har, än så länge, varit subtil och varierande, men det kan ändras. Även med rekord som går tillbaka mer än 70 år, omfattningen och riktningen av framtida förändringar är till stor del osäker – vi kan förutse vissa förändringar, men det kan finnas vändpunkter och interaktioner som vi ännu inte förstår.

Östra skogar — landsbygd och tätort

I nordöstra USA, skogarna är yngre eftersom människor har använt marken längre och på ett mer intensivt sätt. Vid Hubbard Brook Experimental Forest i Vita bergen i New Hampshire, ekosystemet har visat en anmärkningsvärd motståndskraft mot störningar.

Det grundades av skogsvården 1955, och tidig forskning inkluderade kalhygge av hela vattendelar för att studera inverkan på vattenkvaliteten och ekosystemen.

Aktuell forskning där fokuserar på om denna förmåga till motståndskraft har försämrats av klimatförändringar, surt regn, invasion av skadedjur och patogener och den obönhörliga marschen av klimat migrerande arter, som ek och tall som kan tränga undan den sockerlönn och bok som idag dominerar i skogen.

Dessa senaste resultat tyder på att om 50 år, dessa nordliga lövskogar kommer sannolikt fortfarande att likna de samhällen vi ser idag, med sockerlönn och bok som dominerar en stängd skog. Dock, svaren från skogstillväxt och trädarter på förändringens drivkrafter tyder nu på att deras motståndskraft kan vara överväldigad mot slutet av 2000-talet, vilket resulterar i en skog med markant annorlunda struktur och tjänster.

Detta kan komma som en överraskning, men när man jämför stadsskogsforskningsplatser, som en nätverkssajt i Baltimore, med lantliga skogar, vi har funnit att vissa urbana skogar faktiskt kan vara mer motståndskraftiga. I samma tidning som beskriver motståndskraften vid Hubbard Brook, forskare diskuterar hur skogarna i de mitten av Atlanten och sydöstra regionerna i USA har upplevt förändringar i biologisk mångfald på grund av brandbekämpning och höga hjortbestånd som inte påverkar naturområden i städer lika mycket. Dessa förändringar minskar motståndskraften i dessa skogar, vilket resulterar i förlust av ek och en svit av biologisk mångfald och ekosystemtjänster förknippade med dessa arter.

Mellanvästern fält

Kellogg Biological Station i sydvästra Michigan är den enda platsen för långsiktig ekologisk forskning i en jordbruksmiljö. Insekter, och hur de kan förändras i en värmande framtid, är ett bekymmer.

Forskning här visar hur ankomsten av invasiva rovdjur har förändrat inhemska och exotiska rovdjurs- och bytessamhällen på sätt som kan göra ekosystemen mindre motståndskraftiga. Invasiva arter har potential att omforma interaktioner mellan hela samhällen, i sin tur påverka ekosystemfunktion och ekosystemtjänster.

Som förändrade klimatmönster, förflyttning av arter utanför deras inhemska utbredningsområden kan få djupgående konsekvenser för den biologiska mångfalden och samhällenas funktion i de invaderade områdena. I jordbruksekosystem i norra och centrala USA, successiva invasioner av exotiska rovbaggar har påverkat samhällsstruktur och ekosystemprocesser med omfattande effekt på både naturliga och förvaltade ekosystem. Nu är frågan om det förändrade klimatet kommer att påverka insektssamhällen, med konsekvenser för skadedjursbekämpning och förlust av inhemska arter

Skiftande marint liv i Atlanten

Förändringar i den biologiska mångfalden är särskilt dynamiska i kustområdena.

Under 2012, en forskare rapporterade att han såg en blå krabba, Callinectes sapidus , simma i mynningen av Plum Island Ecosystem Long-Term Ecological Research webbplats, en mynning i nordöstra Massachusetts kallar vi PIE. Platsen ligger i det kallare vattnet i Mainebukten och 114 km norr om den historiska norra gränsen för blå krabbor.

Sedan, under 2014, en manlig spelmanskrabba, Minuca pugnax , dök upp. Som den blå krabban, dess historiska norra gräns var söder om PIE. Fältundersökningar visade att spelmanskrabbor nu inte bara fanns i PIE, men så långt norrut som Maine.

Den nordliga förskjutningen av dessa krabbors livsmiljö när vattnet värms upp återspeglar vad forskare ser för marina arter globalt när den globala temperaturen stiger.

Förflyttning av arter till icke inhemska områden, oavsett om det är en introducerad art eller via klimatdrivna utbredningsförskjutningar, representerar en biologisk störning i systemet. Vad det kommer att betyda för dessa arter i framtiden, och strukturen, funktion och tjänster hos ekosystemen de flyttar in i, är mindre tydlig. Kustnära marina ekosystem är särskilt dynamiska, och våra kollegor på platser i Massachusetts, Virginia, Georgien, Florida och Kalifornien hjälper oss att förstå och förutsäga dessa effekter.

Spåra förändring idag för att svara på framtiden

Dessa ögonblicksbilder återspeglar förändringar på andra håll i det långsiktiga ekologiska forskningsnätverket.

Nätverket har ungefär 2, 000 forskare på 28 platser runt om i landet samt i Antarktis och på ett korallrev i Stilla havet. Tillsammans representerar de tusentals år av observationer och experiment på marken. Deras forskning matas in i global klimatanalys, som den mellanstatliga panelen om klimatförändringsrapport som förväntas släppas den 9 augusti, 2021.

Att förutsäga ekosystemens framtid är svårt, särskilt under en accelererande kraft som klimatförändringar. Dessa omfattande långsiktiga datamängder, med allt från förändringar i markens näringsämnen till tillväxt och nedgång av djurarter, ge insikt i de förändringar som pågår för att vägleda svaren för framtiden.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.