Rejim kaymaları, sistemlerin işlev ve yapısındaki büyük, ani ve kalıcı değişikliklerdir. Finansal piyasalar, iklim, beyin, sosyal ağlar ve ekosistemler de dahil olmak üzere çok çeşitli sistemlerde belgelenmiştir. Ekosistemlerdeki rejim değişiklikleri, toplumların güvendiği ekosistem hizmetlerinin akışını etkileyebildikleri, tahmin edilmeleri zor olduğu ve genellikle tersine çevrilmeleri zor hatta imkansız olduğu için politika açısından önemlidir.

Ekosistemlerde, rejim değişiklikleri çok çeşitli deniz, kara ve kutup ekosistemlerinde belgelenmiştir. İyi çalışılmış iki örnek arasında göllerin berrak sudan bulanık suya dönüşerek balıkçılık verimliliğini ve aşırı durumlarda insan sağlığını etkileyen ötrofikasyon ve mercan resiflerinin mercan egemenliğinden makro alg egemenliğine geçerek turizm, kıyı koruma ve balıkçılıkla ilgili ekosistem hizmetlerinin kaybına yol açması yer almaktadır.

Daha tartışmalı örnekler arasında rejim değişikliği olasılığının bulunduğu ancak araştırmacıların değişiklikleri üreten mekanizmaların doğası ve gücü konusunda fikir ayrılığına düştüğü kurak alan bozulması ve Artic deniz buzu kaybı yer almaktadır.

Rejim değişiklikleri için önerilen örnekler arasında Hint Musonunun zayıflaması ve okyanustaki Termohalin (Termohalin, terim olarak “ısı ve tuzlu su” anlamına gelir ve okyanusların derinliklerindeki su dolaşımını ifade eden bir kavramdır. Termohalin dolaşımı, okyanuslardaki suyun sıcaklık ve tuzluluk farklarına bağlı olarak gerçekleşen bir dolaşım şeklidir) dolaşımının zayıflaması yer almaktadır. Paleoklimatolojik (Paleoklimatoloji, fosiller, buz çekirdekleri, deniz tortuları, göl sedimanları, ağaç halkaları ve diğer doğal arşivler gibi kaynaklardan elde edilen verileri kullanarak geçmiş iklim koşullarını ve değişikliklerini yeniden oluşturur) kanıtlar her ikisinin de meydana gelebileceğini göstermektedir, ancak mevcut koşullar altında ne kadar olası oldukları iyi anlaşılmamıştır.

Bu fenomenlerin ortak noktası, bilimsel anlayışlarının dinamik sistemlerin altında yatan aynı matematiksel teoriye dayanmasıdır. Bu anlayışa göre, bir sistemin davranışı, mercan örtüsü veya balık bolluğu gibi sistemdeki temel tepki değişkenlerinin tüm olası değerlerini tanımlayan bir dizi denklemle tanımlanabilir.

Bu sistemler, çekim havzaları olarak adlandırılan parametre uzayı bölgeleri (örneğin, temel itici değişkenlerin değerleri) etrafında dalgalanma eğilimindedir. Rejim kaymalarına eğilimli sistemler birden fazla çekim havzasına veya alanına sahiptir; bu da kabaca aynı parametre değerleri altında kritik bir eşik geçildiğinde aniden bir alandan diğerine kayabilecekleri anlamına gelir (Şekil 1).

Farklı çekim alanları metaforik olarak bir top ve kupa ile temsil edilebilir diyagramı (Şekil 1). Bu diyagramda top, sistemin belirli bir andaki durumunu temsil eder. zaman noktasında, havza veya fincanlar farklı çekim alanlarını veya rejimleri temsil eder. Bunlar Farklı havzaları ayıran nokta, kritik bir eşiği veya devrilme noktasını temsil etmektedir. bu çekim alanlarını birbirinden ayırır. Ancak bu rejimler şu şekilde karakterize edilmez dengede olan kararlı ekosistemler, daha ziyade dalgalanan dinamik ekosistemleri temsil eder ve çekim çanağının sınırları içinde değişir. Bu nedenle, örneğin, türler
Bir ormanın bileşimi, bolluğu ve dağılımı, bir orman olarak her zaman değişir yangınlara, sert kışlara, fırtınalara veya haşere salgınlarına tepki olarak değişir. Yine de orman, orman kimliğini koruyor. Aynı kimlik istikrarı bir rejimin temel özelliğidir.

Bir ekosistemin yapısındaki veya işleyişindeki tüm değişiklikler rejim kayması değildir. Rejim kayması, sistemin ortaya çıkan yapısını ve işlevini koruyan geri besleme yapısını etkilemelidir; yani sistemin kimliğini etkileyen bir değişiklik (örneğin orman, mercan resifi, mangrov). Bilim insanları rejim değişimlerinden bahsederken genellikle rejim değişimlerinin ani ve kalıcı değişimler olduğunu vurgularlar. Ancak, bir değişimin aniliği ve kalıcılığının insani zaman ölçeklerinden ziyade sistemin kimliğini tanımlayan dinamiklere bağlı olduğunu belirtmek gerekir. Örneğin, bir ağaç nesli yüzlerce yıl varlığını sürdürebiliyorsa; birkaç on yıllık zaman dilimi içinde savana geçiş, orman veya savan rejimlerini sürdüren dinamiklere göre ani bir değişimdir.

Rejim kayması kavramının tarihçesi

Birden fazla çekim alanı sergileyen sistemler kavramı ilk olarak 1885 yılında Fransız matematikçi Henri Poincaré tarafından geliştirilmiştir. Ancak bu matematiksel gelişmeler ancak 1960’ların sonunda önde gelen bilim insanları ekosistem istikrarını tartışmaya başladığında ekolojiye girmiştir. Bu tartışmalar, balıkçılık, hastalık salgınları ve otlatma veya hasat sistemlerinde önerilen rejim değişikliklerinin matematiksel ve simülasyon modellerinin geliştirilmesine yol açmıştır. Bu ilk model bolluğundan sonra, 1980’lerin başında eleştirmenler rejim kaymaları kavramının ampirik bir temelden yoksun olduğunu savundu ve kavram üzerine yapılan araştırmalar yavaşladı. 2000’li yılların başında mercan resifleri ve göl ekosistemleri için rejim değişikliklerine dair kanıtlar birikmiş, bu da bunların tespiti ve yönetimi üzerine daha fazla araştırma yapılmasını teşvik etmiştir.

Çeşitli kanıtlar artık hem ekosistemlerde hem de sosyal–ekolojik sistemlerde çeşitli rejim değişikliklerinin varlığını desteklemektedir. Bu kanıtlar deneysel kanıtlar, uzun vadeli zaman serisi verilerinden elde edilen gözlemsel kanıtlar, sediman ve buz çekirdeklerinden elde edilen paleo–ekolojik kanıtlar ve rejim değişimlerini açıklayan olası mekanizmaları temsil eden süreç tabanlı modellerden elde edilen matematiksel kanıtlardan oluşmaktadır. Tablo 1, toplum üzerinde önemli etkileri olan bazı ekolojik rejim değişikliklerinin bir özetini sunmaktadır. Rejim değişimleri hakkında daha fazla bilgi Rejim Değişimleri Veritabanı www.regimeshifts.org adresinde bulunabilir.

Rejim değişikliklerine ne sebep olur?

Modelleme, gözlem ve deneysel çalışmalar, rejim değişimlerinin tipik olarak fırtına veya yangın gibi bir dış şok ile altta yatan etkenler ve iç geri bildirimlerdeki kademeli değişikliklerin bir kombinasyonundan kaynaklandığını göstermiştir (Şekil 2). Bir rejim değişikliğinin sonuçları genellikle oldukça görünür olsa da, rejim değişikliği riskindeki değişiklikler (yani sistem esnekliğindeki değişiklikler) genellikle fark edilmez. Bunun nedeni, bir sistemi kritik bir eşiğe yaklaştıran veya uzaklaştıran temel itici güçlerdeki ve iç geri beslemelerdeki kademeli değişikliklerin, bir rejim değişikliğinin tetiklendiği noktaya kadar sistem durumu üzerinde genellikle çok az etkiye sahip olmasıdır. Bununla birlikte, bir sistem eşiğe yaklaştığında, sisteme küçük bir şokla bile rejim kayması tetiklenebilir. Bu dinamikler nedeniyle, rejim değişikliklerinin çoğu ekosistemde yaşayan veya ekosistemi yöneten insanlar için tam bir sürpriz olarak yaşanır.

Buna iyi bir örnek, Avustralya gibi yarı kurak bölgelerde yeraltı su seviyesinin yükselmesiyle bağlantılı olarak toprağın tuzlanma riskinin artmasıdır. Yükselen su tablaları genellikle fark edilmez çünkü su tablası yüzeyin yaklaşık 2 m altına ulaşana kadar tarımsal ürünlerin üretimi üzerinde çok az etkisi olur ya da hiç olmaz. Bu noktada, kapiller hareket (Kapiller hareket, sıvıların dar bir boşluk veya ince bir tüp içinde gözlenen yüzey gerilimi etkisiyle yükselme veya alçalma hareketidir. Bu hareket, kapiller etkisi olarak da bilinir) suyu hızla toprak yüzeyine çeker ve beraberinde çözünmüş tuzları getirerek üst toprağın tuzlanmasına yol açar ve mahsulün büyümesini önemli ölçüde azaltır. Su tablası 2 m eşiğine yaklaştığında, tuzlu rejime geçiş nispeten küçük bir yağış olayıyla bile tetiklenebilir.

Bir sistemdeki geri bildirimlerin göreceli gücü ve dengesindeki değişiklikler, rejim değişimlerini anlamanın merkezinde yer alır. Tüm karmaşık sistemler hem sönümleyici (negatif veya dengeleyici olarak da bilinir) hem de güçlendirici (pozitif veya güçlendirici olarak da bilinir) geri bildirim döngüleri içerir. Genellikle sönümleyici geri bildirimler baskındır ve sistemi belirli bir çekim alanı içinde tutar. Ancak, sistemde özellikle büyük bir şok yaşanırsa ya da yavaş bir değişken (örn. kademeli habitat kaybı) sönümleyici geri bildirimlerin gücünü aşındırırsa, bu sönümleyici geri bildirimler bastırılabilir. Güçlendirici geri bildirimler daha sonra baskın hale gelebilir ve sistemi bir eşikten geçirerek farklı bir sönümleyici geri bildirim setinin baskın olduğu alternatif bir rejime sürükleyebilir. Farklı rejimlere olanak tanıyan ve rejim değişimlerinin aniliğini açıklayan, farklı geri bildirim setlerinin bir sisteme hakim olma ve sistemi yapılandırma yeteneğidir.

Açıklayıcı bir örnek olarak, besin girdisi seviyeleri (özellikle fosfor) köklü su bitkileri tarafından emilebilecek seviyeleri aştığında sığ göllerde meydana gelen berrak sudan bulanık, ötrofik koşullara hızlı geçiş verilebilir (Şekil 3). Bu eşik aşıldığında, sudaki aşırı besin maddeleri planktonik alglerin yoğun bir şekilde büyümesine yol açar. Algler ışık penetrasyonunu azaltarak göl tabanındaki sedimanları stabilize eden köklü bitki örtüsünün ölümüne yol açar. Bu da köklü bitkiler tarafından sedimanlarda tutulan besin maddelerinin yeniden süspansiyon haline gelmesine, alg büyümesinin daha da artmasına ve güçlendirici bir geri besleme yaratılmasına neden olur.

Besin maddelerinin dışarıdan girişi azaltılsa bile, bulanık, alglerin hakim olduğu durum, göl tortusundan besin maddelerinin sürekli geri dönüşümü yoluyla korunur. Berrak su durumuna geri dönmek için, besin girdilerinin genellikle sistemin başlangıçta ötrofik duruma geçtiği seviyenin önemli ölçüde altına düşürülmesi gerekir. A rejiminden B rejimine geçişi tetikleyen kritik eşiğin, sistemin B rejiminden A rejimine geçtiği eşikten farklı olduğu bu olgu histerezis olarak bilinir ve birçok rejim değişimini karakterize eder.

Rejim değişiklikleri nasıl tespit edilebilir?

Rejim kaymalarının ampirik olarak belirlenmesi, sistemin ve alternatif rejimlerin zaman, mekan ve odak değişkenleri açısından açıkça tanımlanmasını gerektiren zorlu bir görevdir. Bu tanımlar, söz konusu sistemin altında yatan geri bildirim mekanizmalarının işlediği mekânsal ve zamansal ölçeklerle eşleşmelidir. Örneğin, mercan resifi ekosistemlerindeki rejim değişikliklerini belirlemek için gereken verilerin uygun mekansal ve zamansal ölçeği, odak değişkenin balık çeşitliliğinin aksine su kimyası olması durumunda farklılık gösterecektir. Benzer şekilde, toprak yapısındaki rejim değişikliklerinin belirlenmesi, sadece birkaç yılı kapsayan ve tarla ölçeğinde toplanan veriler kullanılarak yapılabilirken, ıslak savandan kuru savana geçişin altında yatan süreçlerin ölçeği, on yıllardan yüzyıllara kadar uzanan bölgesel ölçekli veriler gerektirir (Şekil 4).

Zaman serisi verilerindeki rejim değişimlerinin belirlenmesi çeşitli istatistiksel yaklaşımlar kullanılarak yapılabilir. Bazen rejim değişimleri zaman serilerindeki sıçramalara bakılarak tarihsel verilerden tanımlanabilir; ancak önceki dalgalanmalara kıyasla dinamiklerde önemli bir değişim olup olmadığını test etmek için istatistiksel teknikler gereklidir. Kullanılan en yaygın yaklaşımlar arasında kronolojik kümeleme ve sıralı t-testleri yer almaktadır.

Genellikle temel bileşen analizi, daha sistemik analiz için birkaç ilişkili değişkenin zaman serilerini birkaç ilişkisiz sentetik zaman serisine sıkıştırmak için kullanılır.

Son zamanlarda yapılan çalışmalar, gelecekteki olası rejim değişikliklerinin öngörülmesine olanak tanıyan erken uyarı sinyallerine odaklanmıştır. Bu sinyaller, bir rejim kaymasına yaklaşan bir sistemin istatistiksel davranışındaki değişikliklere dayanmaktadır. Bu yaklaşımlar, bir sistem kritik bir eşiğe yaklaştıkça rejimi koruyan geri besleme süreçlerinin zayıfladığı fikrine dayanmaktadır. Bu fikre dayanarak araştırmacılar, dengeleyici geri bildirimlerin zayıflama işaretlerini tespit etmek için istatistikleri kullanırlar. Kullanılan istatistiksel işaretlerden bazıları, artan otokorelasyon (zamansal veya mekansal), artan değişkenlik ve çarpıklıktaki değişikliklerdir.

Rejim değişiklikleri nasıl yönetilir?

Rejim değişikliklerini yönetmek, kasıtsız rejim değişikliklerinden kaçınmayı ya da bu tür değişiklikler meydana geldikten sonra bunları tersine çevirmeyi içerebilir.
İstenmeyen rejim değişikliklerinden kaçınmak için dayanıklılığın artırılması birçok yolla sağlanabilir. Ekolojik bir perspektiften bakıldığında, önemli bir strateji tepki çeşitliliğini korumaktır, yani bir ekosistemde aşağı yukarı aynı işlevi gören (örneğin besin fiksasyonu veya avlanma), ancak rahatsızlıklara veya streslere (örneğin yangın veya iklim değişikliği) farklı tepki veren türler. Tepki çeşitliliği benzer şekilde sosyal ve sosyal-ekolojik sistemlerde rejim değişikliklerine karşı direnç oluşturmak için önemli bir stratejidir. Bu ortamlarda çeşitlilik, ekonomik çeşitlilik veya geçim kaynağı çeşitliliği şeklinde olabilir.

Mekânsal heterojenlik, istenmeyen rejim değişikliklerine karşı direnç oluşturmak için de önemli olabilir. Etkenlerin etkisi ve geri bildirimlerin gücü genellikle alan boyunca homojen değildir, bu da riski azaltmak için mekansal heterojenliği kullanma fırsatı sağlar. Örneğin, alglerin hakim olduğu resiflere kayan bozulmuş mercan resifleri, yeterli bağlantı olması koşuluyla komşu mercan yamaları tarafından yeniden kolonize edilebilir. Benzer şekilde, balıkçıların avlanma baskılarını alana yaydıkları ve bazı alanları iyileşme için korumalı veya kapalı bıraktıkları durumlarda, balıkçılığın çökme olasılığı daha düşüktür.

Sistemi bir önceki rejime geri döndürmek (ya da sistemi tamamen yeni bir rejime dönüştürmek) için kilit etmenlerin (genellikle yavaş değişkenler) yönetilmesi ve genellikle rejim değişikliğinin başlangıçta meydana geldiği kritik devrilme noktasının çok altında bir noktaya getirilmesi gerekir (Şekil 3). Buna ek olarak, aktif yönetim genellikle aşağıdakiler için gereklidir.

Sistemi istenmeyen rejimde kilitli tutan geri bildirimleri zayıflatırken, arzu edilen rejimde istikrar sağlayacak geri bildirimleri güçlendirir. Ötrofikasyon örneğine geri dönecek olursak, göl yönetimi genellikle besin girdilerinin sistemin ötrofik rejime geçtiği seviyeden daha düşük bir seviyeye indirilmesini gerektirir. Bu sadece gübre kullanımının azaltılmasını içermez, aynı zamanda besin geri dönüşüm geri bildirimini zayıflatmak için demir gibi diğer maddeleri kullanarak gölde zaten mevcut olan besinleri kilitlemek anlamına da gelir. Diğer seçenekler arasında biyo–manipülasyon, yani daha fazla alg patlaması olasılığını önlemek için alg tüketecek türlerin bolluğunu yapay olarak artırmak veya dip taraması yoluyla tortuların doğrudan uzaklaştırılması yer almaktadır.

Sözlük

• Çekici (Attractor) Dinamik bir sistemin zaman içinde evrimleştiği bir dizi koşul. Bir çekici genellikle bir noktadır, ancak bir eğri, bir manifold veya garip bir çekici olarak bilinen fraktal bir yapıya sahip daha karmaşık bir küme de olabilir. Denge noktası olarak da bilinir.
• Kritik eşik (Critical threshold) İki dinamik rejimi birbirinden ayıran nokta. Devrilme noktası veya çatallanma olarak da bilinir.
• Rejim (Regime) Belirli bir çekiciye yol açan veya belirli bir çekicinin etrafındaki dalgalanmaları temsil eden sistem durumları kümesi. Bu durum kümesi içinde sistem kendini belirli bir yapıya dönüştürür ve temelde aynı şekilde davranır. Çekim alanı, çekim havzası veya kararlı durum olarak da bilinir.
• Geri bildirim döngüsü (Feedback loop) Kapalı bir  döngü  oluşturan bir dizi neden-sonuç ilişkisi, böylece herhangi bir unsurdaki bir değişiklik sonunda unsurun kendisini etkilemek için geri beslenir. Geri  bildirim  döngüleri  sönümleyici  (negatif  veya  dengeleyici  olarak  da  bilinir)  veya güçlendirici (pozitif veya güçlendirici olarak da bilinir) olabilir.
• Histerezis (Hysteresis) Gecikme etkileri ve sistem hafızası nedeniyle koşullar değiştiğinde bir sistemin aynı durumda kalma eğilimi. Sonuç olarak, A Rejiminden B Rejimine ileriye doğru bir kayma için kritik eşik, genellikle B Rejiminden A Rejimine geri dönüş kayması için kritik eşikten farklıdır.
• Rejim kayması (Regime Shift) Kritik bir eşik aşıldığında ve sistem bir dinamik rejimden diğerine geçtiğinde bir sistemin yapısında ve işlevinde meydana gelen büyük, ani, kalıcı değişiklik. Kritik geçiş veya faz kayması olarak da bilinir.
• Dayanıklılık (Resilience) Bir sistemin alternatif bir rejime geçmeden önce tolere edebileceği değişim veya bozulmanın büyüklüğü.
• Sistem durumu (System state) pH veya popülasyon büyüklüğü gibi belirli değişkenler açısından tanımlanan, bir sistemin zaman içinde belirli bir noktadaki durumu.

Kaynak:

• https://www.regimeshifts.org