Loading...

Круговорот углерода в природе: как изменение климата влияет на нашу жизнь
Технопром-2022

24 августа 2022 года в рамках VII Всероссийского молодежного научного форума «Наука будущего — наука молодых» прошло пленарное заседание «Проблемы устойчивого развития в условиях глобальных климатических изменений». Какие климатические исследования сейчас проводят ученые, на сколько градусов изменилась температура с прошлого века, есть ли положительные стороны у глобального потепления — читайте в репортаже InScience.News.
«Мы должны иметь измерения высокой точности»

Первым выступил Алексей Елисеев, главный научный сотрудник Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН, профессор РАН. Он рассказал о том, что знают сейчас ученые про углеродный цикл суши. Это очень важно, ведь на сегодняшний день важнейшей и самой обсуждаемой экологической проблемой считается глобальное потепление, которое в том числе происходит из-за слишком больших выбросов углерода в атмосферу. Именно поэтому сейчас в нашей стране активно развивается программа карбоновых полигонов.

Общая структура углеродного цикла на суше состоит из нескольких резервуаров: растительность, почва, торф, а также углерод почв, которые пока что не участвуют в активном обмене (например, из-за того, что они находятся в вечной мерзлоте). Изменения углеродного цикла определяются такими процессами, как фотосинтез. Пожары и водоемы суши также принимают участие в углеродном обмене. «Чтобы получить надежные знания о том, как устроен наземный углеродный цикл, мы должны иметь измерения высокой точности», — заявил Елисеев.

Особое внимание Елисеев уделил процессам, которые связывают наземный углеродный цикл и атмосферу. Профессор РАН рассказал о том, что в разных регионах уже на протяжении двух десятков лет проходят различные эксперименты. На специальных площадках ученые искусственно обогащают воздух углекислым газом, а потом на протяжении нескольких лет оценивают биопродуктивность растений. Специалисты выяснили, что чем больше СО2 в атмосфере, тем интенсивнее процесс фотосинтеза и роста. Это происходит потому, что закрываются устьица на листьях — отверстия на эпидермисе, которые осуществляют газообмен и транспирацию воды. Такой процесс называется фертилизация. Он изучен достаточно хорошо и используется в сельском хозяйстве для повышения урожайности.

Гораздо хуже изучено то, как меняется интенсивность фотосинтеза в зависимости от состояния климата и типа почв. Ученые многое знают об этом процессе, но без учета важных неэволюционных механизмов акклиматизации. Кроме того, большие сложности вызывают данные исследований о том, как влияет облачность и атмосферные аэрозоли на фотосинтез. Дело в том, что по ряду измерений известно, что, например, после вулканических извержений накопление СО2 замедляется. В некоторых исследованиях показано, что из-за извержений увеличивается доля рассеянной радиации, которая глубже проникает в листву и усиливает фотосинтез. А в других исследованиях оказалось, что этот эффект не так значим: во-первых, извержения подавляют потоки фотосинтетически активной радиации, во-вторых, эффект не очень сильный, так как растения приспособились именно к той доле радиации, которая характерна для широты и местности. Поэтому здесь появляются другие выводы: извержение охлаждает климат на один-два года, поэтому органика в почве разлагается существенно медленнее.

Еще более сложным для ученых является вопрос пожаров. Это очень важно, так как выделяется не только углекислый газ, но и сернистый, угарный газы, аэрозоли. Все эти выбросы оказывают разное влияние на атмосферу. Современные характеристики пожаров изучены очень хорошо, а будущие пожары вызывают много споров: непонятно, как именно они будут проходить, какие характеристики иметь. Прогнозы, которые есть у ученых на сегодняшний день очень различаются.

Самый сложный вопрос у ученых-экологов сейчас: как взаимодействует углеродный цикл с другими биогеохимическими циклами. Азотный цикл для российских ученых является одним из важнейших, ведь азот — это очень популярное удобрение и используется повсеместно. «Этот процесс существенно модифицирует углеродный цикл глобально», — заявил выступающий.

Заканчивая свое выступление, Елисеев отметил, что биогеохимические циклы — это важная составляющая природной системы нашей планеты. Несмотря на то, что лучше всего сейчас изучен углеродный цикл, у ученых все еще остается ряд нерешенных задач: понять, как он взаимодействует с другими биогеохимическими циклами, а также необходимо дополнять описание природных пожаров, особенно торфяных, для того, чтобы иметь возможность уточнить прогнозы на будущее.

«За последние 40-50 лет температура начала очень сильно расти»

Следующим выступил Яков Кузяков, профессор и заведующий кафедр лесного почвоведения и агропочвоведения Университета Геттингена (Германия). Он рассказал о том, как засухи влияют на циклы углерода и азота. В начале своего выступления Кузяков показал рисунок, на котором были серые точки, отражающие температуру в прошлом столетии. Видно, что эти точки примерно находятся в одной зоне. Точки красного цвета показывали температуру в XXI веке. По ним видно, как средние показатели отразили изменение климата и потепление. Засуха наступает тогда, когда с приходит не только более высокая температура, но и уменьшается количество осадков. «За последние 40-50 лет температура начала очень сильно расти, и достигла примерно одного градуса Цельсия выше нормы», — заявил он.

Что же повышение температуры значит для нашей страны? Сельское хозяйство начнет распространяться на севере, усилится рост лесов. Звучит неплохо, но вместе с этим будет больше засух, пожаров, усилится деградация почв, произойдет таяние вечной мерзлоты.

Изменение климата приводит к тому, что экстремальная жара станет более частой в самых разных местах нашей планеты, особенно там, где раньше такое происходило крайне редко. Несмотря на то, что по прогнозам к 2050 году засуха не будет серьезной проблемой для нашей страны, стоит отметить, что с 1980-х годов у нас существенно растет количество пожароопасных суток. Это может стать причиной того, что через 30 лет пожароопасным у нас будет все лето как минимум, а то и с частью осени.

Кузяков рассказал об обзоре исследований, который он подготовил со своими коллегами. Эксперименты показали, что уменьшение осадков приводит к возрастанию температуры в среднем (в обзоре были исследования луговых, кустовых и лесных экосистем) на 4 градуса. Экосистема восстанавливается после засухи в разных экосистемах от шести месяцев до нескольких лет, при этом продуктивность существенно снижается. Кроме того, сильно снижается микробный азот (примерно на 10%), из-за чего в почве становится больше грибов, которые лучше адаптированы к засухе. Также уменьшается количество общего углерода, но повышается растворенный органический углерод.

Изменение климата и повышение температуры — один из самых серьезных кризисов XXI века. Это приводит к деградации почв, увеличению экстремальных погодных явлений, отсутствию продовольственной безопасности и безопасности водных ресурсов. Именно поэтому ученые со всего мира проводят исследования изменений климата, углеродного цикла и других важных процессов в природе.


Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.