Что джунглям хорошо, то Арктике смерть?

Оценка: 5.0 2578 3 Природные катаклизмы

09:24

В 1957 году геолог Эдвард Сейбл сделал снимок реки Джаго, расположенной на северо-востоке Аляски. На фото запечатлен типичный арктический пейзаж: полное отсутствие деревьев, ледниковые отложения и растущая между валунов короткая трава.

Полвека спустя эколог Кен Тейп вновь сфотографировал это место. «Теперь его просто не узнать», — говорит ученый. Вместо стелющихся по земле растений повсюду видны густые высокие кусты. Кое-где даже поменялся рельеф, что связано с оттаиванием вечной мерзлоты.

Такое необычное буйство растительности наблюдается не только в холодных северных широтах, хотя здесь оно, пожалуй, наиболее ярко выражено. Многие из самых сухих районов Земли, от Ближнего Востока до австралийских пустошей и африканской саванны, становятся все зеленее.

Казалось бы, это к лучшему, и в некотором смысле так оно и есть. Однако в условиях изменения климата все далеко не так просто: столь активный рост зелени может привести к неблагоприятным последствиям. Например, помимо всего прочего он может ускорить процесс глобального потепления. Кроме того, вредные сорняки могут размножаться быстрее культурных растений. Так что же происходит? Почему планета становится зеленее, как долго это будет продолжаться и к чему приведет?

На первый вопрос ответить довольно легко. Необычное «озеленение» наблюдается по большей части выше 45 градусов северной широты — на обширных территориях, принадлежащих Канаде и России, а также на севере Европы. Самые заметные изменения произошли в арктической тундре и тайге, где с начала 1980-х по конец 2000-х площадь зеленого покрова увеличилась на 41%. «То, что мы видим сегодня в Северном полушарии, беспрецедентно: такого не было не только в XX веке, но и на протяжении всего прошлого тысячелетия», — говорит Джонатан Баричивич из Университета Восточной Англии в Норидже (Великобритания).

Что касается перечисленных регионов, здесь причина ясна. Рост растительности сдерживается холодом, а Арктика нагревается вдвое быстрее, чем весь остальной мир. Средние зимние температуры повышаются быстрее летних, так что переход между временами года становится более плавным. Наиболее важные следствия этих процессов, отчетливо различимые на спутниковых снимках, — все более раннее наступление весны и увеличение периода вегетации. Баричивич отмечает, что за прошедшие 30 лет период вегетации в арктических широтах удлинился на 6 дней на территории Северной Америки и почти на 13 дней в Евразии.

Вопреки всем опасениям по поводу чрезмерного выпаса скота и опустынивания земель неожиданно обнаружилось, что за последние три десятка лет сухие районы тоже в целом стали зеленее.

Однако здесь наблюдаются большие различия между регионами. К примеру, буйный рост отмечается в африканской Сахели, на севере Великих Равнин, в Западной Австралии и в засушливых областях Индии, тогда как в Центральной Азии и Патагонии растительности стало меньше.

Ученые долго спорили по поводу причин феномена. Выдвигались самые разные версии — от увеличения количества осадков до изменения принципов землепользования. Но результаты исследования, которые провел Рэндалл Донохью из Австралийского национального исследовательского агентства CSIRO в начале этого года, показали: главная причина роста зеленого покрова в теплых сухих районах планеты — повышение концентрации углекислого газа.

Растения используют углерод из углекислого газа для построения молекул, из которых в дальнейшем строятся все органические вещества, от белков до ДНК. Множество экспериментов, проведенных за прошедший век, показали: чем выше уровень углекислого газа, тем быстрее растет зеленый покров.

Углерод как удобрение

Большая часть опытов была поставлена в теплицах и специальных камерах. Однако в последние 20 лет биологи также пробовали выпускать большие объемы углекислого газа в лесах и полях, чтобы оценить реакцию растений в естественных условиях. Такие исследования показали, что у многих видов фотосинтез ускоряется (иногда на целых 40%) при концентрациях углекислого газа, составляющих от 475 до 600 частей на миллион (естественный уровень сегодня составляет около 400 частей на миллион, а в 1850 году он равнялся 280). Некоторые деревья при содержании углекислого газа 550 частей на миллион всего за шесть лет могут набрать на 74% больше массы, чем при обычных условиях.

Тем не менее любой агроном или фермер знает, что одного углекислого газа растениям маловато — для роста им необходимы также свет, вода, азот и другие питательные вещества. Во многих районах Земли росту зелени препятствует недостаток какого-либо элемента из этого списка. Например, в таежных областях часто наблюдается недостаток азота, из-за чего в некоторых местах повышение концентраций углекислого газа не дает должного эффекта, отмечает Донохью. А в засушливых регионах главный лимитирующий фактор — вода. Почему же рост растений там все равно ускоряется?

Причина в том, что поверхность каждого листа покрыта воздухонепроницаемым слоем воска, который предотвращает потерю влаги. Чтобы поглотить необходимый им углекислый газ, растения вынуждены открывать устьица в своих листьях, и, пока те открыты, через них испаряется вода. Но при повышении концентраций углекислого газа растениям нет нужды открывать устьица широко и надолго, поэтому они теряют меньше воды и усиленно растут даже при неизменно малом ее количестве.

Донохью и его коллеги подсчитали, что 14%-ное увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере в период с 1982 по 2010 год могло на 5—10% усилить рост зелени в теплых засушливых регионах, где сдерживающим фактором является количество влаги. Ученые проверили свои предположения, проанализировав спутниковые снимки, на которых всегда четко видно, насколько плотно суша покрыта зелеными листьями. Сделав скидку на эффект, вызванный колебанием количества осадков, исследователи обнаружили, что в некоторых частях Австралии, на Ближнем Востоке, в Африке и Северной Америке листвы стало больше примерно на 11%.

А какова ситуация в других регионах? За последние 20 лет в средних и полярных широтах Северного полушария было установлено множество измерительных станций, регистрирующих концентрацию углекислого газа, влажность, скорость ветра и другие показатели. Тревор Кинан из Университета Маккуори в Сиднее (Австралия) и его коллеги использовали данные самых старых из этих станций, чтобы вычислить, сколько углекислого газа и воды потребляют деревья.

Ученые обнаружили, что коэффициент эффективности водопользования — отношение количества усвоенного растениями углерода к объему потерянной влаги — с каждым годом возрастает на 3%.

По мнению исследователей, это связано с повышением уровня углекислого газа. В одних регионах леса быстрее растут, в других — просто потребляют меньше воды. Результаты данной работы ошеломили специалистов, так как, согласно им, коэффициент эффективности водопользования возрастает в шесть раз быстрее, чем в экспериментах по обогащению воздуха углекислым газом.

Шокирующие цифры

С полученными цифрами согласны далеко не все. «Думаю, такого просто не может быть, — говорит Белинда Медлин, тоже сотрудница Университета Маккуори, участвовавшая в ряде опытов с углекислым газом. — Вряд ли мы упустили бы из виду столь ярко выраженный эффект». Медлин предлагает другие объяснения, но признает, что всем им не хватает убедительности.

Даже если Кинан преувеличил масштабы феномена, совершенно ясно, что повышающийся уровень углекислого газа уже оказывает влияние на растительность. Вопрос в том, к чему это ведет?

Очевидно, что зелень продолжит распространяться к северу от 45-й параллели — по крайней мере в ближайшем будущем. «Из-за потепления тайга сдвинется выше по карте, захватив часть тундры», — предсказывает Баричивич. В некоторых районах Северного полушария сейчас такая растительность, какая еще в 1982 году произрастала на 4—6 градусов южнее. Если эта тенденция сохранится, к концу века граница зелени окажется на 20 градусов (то есть примерно на 2200 километров) севернее первоначальной.

Если так, то уже через 50 лет в Сибири будет такая же пышная флора, как в Европе, а канадская часть Арктики окажется полностью покрытой лесом. Однако все далеко не так однозначно. Начнем с того, что мы даже еще не до конца поняли суть происходящего. «Ученые до сих пор пытаются выяснить, что же на самом деле означают эти зеленые пиксели на спутниковых снимках и что именно происходит на Земле», — говорит Тейп, ныне сотрудник Аляскинского университета в Фэрбенксе (США).

Во-первых, неизвестно, как отреагируют на изменения растения и животные, а также люди. Без сомнения, кто-то в этой ситуации выиграет, а кто-то проиграет. В Северной Америке миллиарды деревьев уже погибли из-за нашествия жуков-короедов, которые в более теплой среде размножаются быстрее.

Кроме того, существует множество сомнений по поводу эффектов прямого воздействия углекислого газа на растения. «Очень трудно сказать, как долго продлится рост зеленого покрова на планете, так как мы не знаем, достигнут ли растения в будущем предела, после которого перестанут реагировать на увеличение концентраций углекислого газа», — отмечает Донохью.

Следует учитывать также изменения климата, обусловленные повышением уровня углекислого газа в атмосфере. Тогда как в холодных регионах дальнейшее потепление может стимулировать рост зелени, в теплых областях оно может оказывать противоположное действие: чем жарче, тем больше влаги теряют растения. К тому же их рост резко замедляется при превышении определенного температурного оптимума.

Совершенно непредсказуема и ситуация с дождями, отмечает Джед Каплан из Швейцарской высшей технической школы Лозанны. Ожидается, что сухие регионы станут еще суше, тогда как общее количество осадков увеличится. Однако нельзя сказать точно, где именно будет выпадать эта лишняя атмосферная вода.

Таким образом, мы не знаем, как изменится климат, не говоря уже о том, какой эффект на растения окажут происходящие с ним изменения. Сложность еще и в том, что растительность и климат взаимно влияют друг на друга — как на локальном, так и на глобальном уровне.

Если рассуждать теоретически, то чем больше зелени, тем больше поглощается углекислого газа, а это способствует замедлению процесса потепления. В недавно опубликованном исследовании показано, что в атмосфере было бы уже примерно 485 частей на миллион углекислого газа, если бы его избыток не способствовал усиленному росту растений. Впрочем, стоит отметить, что такую картину дают нам компьютерные модели, а не реальные наблюдения.

Кроме того, важно понимать, что буйный рост зелени будет сдерживать поступление углекислого газа в атмосферу только в том случае, если поглощенный углерод будет сохраняться в почве, в торфяных болотах или стволах деревьев.

По результатам некоторых научных работ, гораздо больше его будет выделяться обратно. Огромные опасения вызывает гибель тропических лесов, которая может не только привести к исчезновению богатейших экосистем Амазонии, но и ускорить процесс изменения климата. С каждым градусом потепления джунгли будут выделять около 50 миллиардов тонн углерода — столько же, сколько человечество выбрасывает за пять лет.

В то же время, согласно исследованию, опубликованному в феврале, благодаря лишнему углекислому газу коэффициент эффективности водопользования растений повысится настолько, что это поможет предотвратить вымирание лесов. Питер Кокс из Эксетерского университета (Великобритания), руководивший этой научной работой, говорит: «Мы думаем, что катастрофы не будет, однако скорее всего джунгли все равно пострадают».

Что джунглям хорошо, то Арктике смерть?

Между тем «озеленение» Арктики — однозначно плохая новость. Земля, плотно покрытая растительностью, поглощает и удерживает намного больше тепла, чем голая заснеженная тундра. «С какой стороны ни посмотри, это лишь усугубляет глобальное потепление», — комментирует Скотт Гетц из Научно-исследовательского центра в Вудс-Холе (штат Массачусетс, США).

Гетц и его коллеги пришли к выводу, что изменения в Арктике будут более серьезными, чем считалось раньше: к 2050 году площадь, покрытая древовидным кустарником, увеличится на 50%. Следовательно, эффект потепления будет более выраженным. Вполне вероятно, что в результате этого вечная мерзлота начнет оттаивать, отдавая в атмосферу огромное количество метана — одного из самых вредных парниковых газов.

Кроме того, пожары в тундре, на протяжении последних 11 тысяч лет случавшиеся довольно редко, могут стать более частыми и сильными — а это еще один источник выбросов углекислого газа.

Образ зеленой планеты ассоциируется с раем, но богатая растительность в дикой природе — не всегда благо. Например, поступление дополнительных питательных веществ в экосистемы лугов и коралловых рифов может снижать биоразнообразие, способствуя размножению лишь нескольких наиболее сильных видов. Лишний углекислый газ в атмосфере может оказывать такой же эффект. Так, в Северной Америке уже наблюдается усиление роста вьющихся растений — в том числе ядовитого плюща — в ущерб деревьям.

Ясно одно: растительный мир будет заметно меняться с возрастанием уровня углекислого газа и среднегодовых температур на земном шаре. «Масштаб происходящих сегодня перемен огромен, а дальнейшие перспективы страшноваты», — говорит Кинан.

То же место, другое время: на снимке Кена Тейпа, сделанном в 2007 году, видно, как альпийская флора уступает под натиском высокого ивняка, который уже скрыл от наших глаз небольшой пруд и валуны, хорошо видимые на фото 1957 года (вверху). Ландшафт изменился также благодаря тому, что вечная мерзлота оттаяла и камни скатились вниз по склону холма