BiodivERsA - The futures of reef services in the Anthropocene

Siden førindustriell tid har menneskelige aktiviteter ført til tap av biologisk mangfold med økende hastighet. Dette reduserer naturens evne til å opprettholde menneskelig velvære og velstand. Grunne korallrev i de tropiske og tempererte hav støtter det marine livet på jorden, og gir direkte og indirekte viktige økosystemtjenester for milliarder av mennesker. Dette internasjonale tverrfaglige Biodiversa-prosjektet (The futures of reef services in the Anthropocene) har som mål å forbedre vår forståelse og forutsi den sosial-økologiske dynamikken til korallrev-økosystemer på tvers av skalaer. Det norske partnerbidraget er å anvende state-of-the-art klimamodellering for å studere hvordan klimaendringer påvirker de fysiske og biogeokjemiske driverne, som er kritiske for velferden til korallrev Denne avgjørende informasjonen leveres til våre internasjonale partnere for å projisere dynamikken til grunne korallrev og deres evne til å levere tjenester i løpet av neste århundre. For å oppnå dette brukte vi den norske jordsystemmodellen til å simulere endringer i miljødrivere over historiske og fremtidige perioder under ulike scenarier (f.eks. business as usual og utsleppsreduksjon). I tillegg har vi også utviklet en høyoppløselig koblet regional klimamodell tilpasset det karibiske hav, en region av betydning for grunne revøkosystemer. Resultatene av våre modellsimuleringer har blitt overført til våre internasjonale partnere og brukt til å utvikle artsfordelingsmodeller for å forklare og predikere romlig variasjon i artsmengde. I tillegg pågår ytterligere arbeid for å vurdere virkningen av klimaendringer på korallrevsamfunn. Vi har brukt modellfremskrivningene våre for å bedre forstå hvordan klimaendringer påvirker hastigheten på havforsuring i Nordsjøen under ulike fremtidsscenarier. Vi har også brukt den høyoppløselige regionale modellen for det karibiske domenet for å undersøke begrensningene til globale modeller når det gjelder å simulere viktige miljødrivere, som de marine økosystemene er avhengige av. På grunn av deres lave romlige oppløsning viser vi at globale modeller ikke representerer ekstreme hendelser i havet nøyaktig, spesielt de stadig mer relevante marine hetebølgene. Vår høyoppløselige regionale modell er bedre i stand til å reprodusere styrken og varigheten av marine hetebølgehendelser, noe som antyder en viktig begrensning i globale modellprojeksjoner ved vurdering av fremtidige marine økosystempåvirkninger.

Over the past four years, the Reef Futures team has explored the delivery of five ecosystem services – biomass production, nutrient cycling, carbon cycling, cultural value and nutrition value – from coral reef systems, under different climate scenarios, to more effectively plan for the future and design and implement climate-smart management policies. This international collaboration of marine experts from 18 leading research institutions have developed coupled social-ecological models to identify potential win-win scenarios where biodiversity and shallow reefs ecosystem services are secured under future conditions. From Norway, we have delivered model projections of marine environmental drivers that are crucial for determining ecosystem services provided by coral reefs. This has been achieved through global scale simulations using state-of-the-art Earth system models, consistent with the IPCC-AR6 report. In addition, we have provided new simulations of high resolution for the Caribbean Sea, a domain of interest for the project consortium in determining climate change impact on coral reefs. All model outputs have been archived in public repository and made publicly available. Nationally, in addition to benefits from new interdisciplinary and international collaboration, we have developed new expertise in regional coupled climate modeling that include ocean ecosystem, essential for future research on climate change impact on the tropical marine ecosystem/biodiversity. Finally, the project key findings underline the importance to better manage or even fully protect coastal reefs in future, to meet both social and ecological benefits – findings which clearly resonate with new global commitments to increase protection for marine ecosystems up to 30 per cent coverage by 2030, as agreed at last year’s COP15 biodiversity conference. On 16-17th May, results from Reef Futures were presented to relevant end-users and other Biodiversa projects during the BiodivScen final conference.

On coastal reefs (0-50 m depth), perhaps more than anywhere in the world, natural and human systems share a history of strong dependence that must be taken into account to maintain, on one side, the long-term human development and well-being, and, on the other side, biodiversity. This biodiversity translates directly into services. Reef fishes support the nutritional and economic needs of people in many poor countries while hosting the major part of marine life on Earth (25%). However world's reefs are severely over-fished or have degraded habitats. Avoiding or escaping this negative spiral and identifying the most vulnerable reef social-ecological systems on Earth are among the major issues that scientists and managers are facing today. The project aims to uncover new solutions based on a prospective and integrated modelling approach of reef social-ecological systems at the global scale. The project will quantifying five key services provided by reef fishes: (i) biomass production providing livelihoods, (ii) nutrient cycling that affects productivity, (iii) regulation of the carbon cycle that affects CO2 concentration, (iv) cultural value that sustains well-being tourism activities and (v) nutritional value insuring food security. The project will also determine the conditions under which these ecosystem services are currently maintained or threatened. Based on a global database of fish surveys over more than 5,000 reefs that encompass wide gradients of environments, human influences, and habitats, we will estimate the boundaries or thresholds beyond which these ecosystem services may collapse. Finally, we will predict the potential futures of these services and social-ecological systems under various global change scenarios. Using multiple integrated scenarios and predictive models we will simulate the dynamics of shallow reef ecosystems and their ability to deliver services during the next century.