النظام البيئي الشمالي

النظام البيئي الشمالي هو نظام بيئي ذو مناخ شبه قطبي يقع في نصف الكرة الشمالي ، تقريبًا بين خطي عرض 50° و70° شمالًا . تُعرف هذه النظم البيئية باسم التايغا ، وتوجد في أجزاء من أمريكا الشمالية وأوروبا وآسيا . ^{[ 1 ]} أما النظم البيئية التي تقع جنوب المناطق الشمالية مباشرةً فتُسمى غالبًا بالنظم البيئية شبه الشمالية . وتتميز هذه المناطق أيضًا بتنوع العمليات والأنواع التي تحدث فيها.

رموز كوبن للنظم البيئية الشمالية هي Dfc و Dwc و Dfd و Dwd .

تُعدّ النظم البيئية الشمالية من أكثر النظم البيئية عرضةً لتأثيرات تغير المناخ . ففقدان التربة الصقيعية، وانخفاض درجات الحرارة، وارتفاع درجات حرارة الصيف، كلها عوامل تُحدث تغييراتٍ جوهرية في هذه النظم، مما يُؤدي إلى نزوح الأنواع المُتكيفة مع البرد، وزيادة حرائق الغابات، وجعل النظم البيئية عُرضةً للتحول إلى أنواعٍ أخرى. وقد تُؤدي هذه التغييرات إلى دورات تغذية راجعة لتغير المناخ ، حيث يُؤدي ذوبان التربة الصقيعية وتغير النظم البيئية إلى إطلاق المزيد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري في الغلاف الجوي، مما يُفاقم تغير المناخ. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

تتنوع الأنواع في النظم البيئية الشمالية نظرًا لاحتوائها على موائل برية ومائية. ويشمل تركيب الأنواع العديد من الكائنات التي تتغذى على نطاق واسع وأخرى أقل تخصصًا. ^{[ 4 ]} من خط الاستواء إلى القطبين، يتناقص تنوع الأنواع، وهناك علاقة عكسية بين تغير تنوع الأنواع وتغير المناخ. ^{[ 5 ] [ 4 ]}

مع ذلك، ورغم أن هذه المنطقة لا تتمتع بتنوع بيولوجي مماثل للأنظمة الاستوائية، إلا أنها تضم ​​مجموعة متنوعة من الأنواع. فالنظم البيئية الشمالية غنية بأنواع نباتية عديدة، من أشجار التنوب الأسود والأبيض ، إلى أشجار الصفصاف ، والزهور البرية ، وأشجار الألدر. ^{[ 6 ]} أما حيوانات الرنة ، فرغم أنها لا تتواجد في هذه المناطق على مدار العام، إلا أنها تنزل إليها خلال فصل الشتاء بحثًا عن الأشنات . ^{[ 7 ]} وتشمل بعض أنواع الأسماك السلمونيات ، والسمك الرملي ، وسمك الشوك ، واللامبري، وسمك السكولبين . ^{[ 8 ]} وتُعد هذه النظم حيوية لسمك السلمون : إذ يعتمد سمك السلمون الأحمر على النظم النهرية داخل النظم البيئية الشمالية في مراحل متعددة من دورة حياته، بدءًا من البيض وحتى اليرقات والبلوغ. ^{[ 9 ]}

يحدث النجاح والتعاقب البيئي بالتوازي في الغابات الشمالية. ورغم أن التعاقب الأولي جزء من التكوين الأصلي للمناظر الطبيعية، إلا أنه ليس بنفس أهمية التعاقب الثانوي . ^{[ 10 ]} يتألف التعاقب الثانوي من أحداث متنوعة: حرائق الغابات، والفيضانات، والانهيارات الطينية، وحتى البحث المفرط عن الغذاء من قبل الحشرات، كلها عوامل تساهم في هذا التطور والدورة في الغابات الشمالية. ^{[ 10 ]}

كانت دراسة النظام البيئي والغلاف الجوي في الغابات الشمالية (BOREAS) دراسة ميدانية بحثية دولية رئيسية في الغابات الشمالية الكندية . أُنجز البحث الرئيسي بين عامي 1994 و1996، وكان البرنامج برعاية وكالة ناسا. تمثلت الأهداف الرئيسية في تحديد كيفية تفاعل الغابات الشمالية مع الغلاف الجوي، وكيف سيؤثر تغير المناخ على الغابة، وكيف تؤثر التغيرات في الغابة على الطقس والمناخ. ^{[ 1 ]}

Boreal ecosystems display high sensitivity towards both natural and anthropogenic climate change. Due to greenhouse gas emissions, atmospheric warming ultimately leads to a chain reaction of climatic and ecological effects.^[11][12] The initial effects of climate change on the boreal ecosystem can include, but are not limited to, changes in temperature, rainfall, and growing season.^[13] Based on studies from the boreal ecosystems in the Yukon, a territory in northwestern Canada, climate change is having an impact on these abiotic factors.^[13] As a consequence, these effects drive changes in forest ecotone as well as marshlands or lakes in boreal ecosystems.^[14] This also concerns plant productivity and predator-prey interactions, which ultimately leads to habitat loss, fragmentation, and threatens biodiversity.^[13]

In terms of boreal trees, the poleward limit for any given species is most likely defined by the temperature, whereas the equatorward limit is generally defined by competitive exclusion.^[15] As changes in climate occur, change in the corresponding weather variables follows,^[15] and ecosystem alterations involving timing for migration, mating, and plant blooming can occur. This can lead to the transition into a different type of ecosystem as the northward shift of plant and animal species has already been observed.^[2] Trees may expand towards the tundra; however, they may not survive due to various temperature or precipitation stressors.^[16] The rate depends on growth and reproductive rate, and adaptation ability of the vegetation.^[16] In addition, the migration of flora may lag behind warming for a few decades to a century, and in most cases warming happens faster than plants can keep up.^[2][16]

Due to permafrost thaw and disturbance alterations such as fire and insect outbreaks, certain models have suggested that boreal forests have developed into a net carbon source instead of a net carbon sink.^[2] Although the trees in the boreal are aging, they continue to accumulate carbon into their biomass. However, if disturbed, higher than normal amounts of carbon will be lost to the atmosphere.^[2]

In some areas, boreal ecosystems are located on a layer of permafrost, which is a layer of permanently frozen soil. The underground root systems of boreal trees are stabilized by permafrost, a process which permits the deeper trapping of carbon in the soil and aids in the regulation of hydrology.^[17][16] Permafrost is able to store double the amount of current atmospheric carbon that can be mobilized and released to the atmosphere as greenhouse gases when thawed under a warming climate feedback.^[18] Boreal ecosystems contain approximately 338 Pg (petagrams) of carbon in their soil, this is comparable to the amount which is stored in biomass in tropical ecosystems.^[19]

In boreal ecosystems, carbon cycling is a major producer of ecosystem services especially timber production and climate regulation. The boreal ecosystem in Canada is one of the largest carbon reservoirs in the world.^[20] Moreover, these boreal ecosystems in Canada possess high hydroelectric potential and are thus able to contribute to the resource-based economy.^[21] Through ecosystem assessment, inventory data, and modeling, scientists are able to determine the relationships between ecosystem services and biodiversity and human influence.^[22]

Forests themselves are producers of lumber products, regulation of water, soil and air quality.^[23] Within the past decade, the number of studies focusing on the relationships between ecosystem services has been increasing.^[24] This is due to the rise of human management of ecosystems through the manipulation of one ecosystem service to utilize its maximum productivity. Ultimately, this results in the supply decline of other ecosystem services.^[24]

• Taiga
• Subarctic climate, also known as "boreal climate"
• Boreal forest of Canada