08/04/2025
0Моделируя атмосферу будущего, ученые надеются понять, будут ли деревья и дальше выполнять роль легких планеты.
«Дуб – королева своих владений, – говорит Роб Маккензи, делая жест в сторону гиганта, возвышающегося над нами. Этот дуб стоит на этом самом месте задолго до того, как он или я начали ходить по Земле».
Сейчас ранняя зима, когда Маккензи, ученый-атмосферолог и директор Института лесных исследований Бирмингемского университета, ведет меня дальше в этот небольшой участок леса в Стаффордшире, Англия.
Он уверенно ступает по тропинке, под ногами хрустит снег. Низкое зимнее солнце отбрасывает длинные тени, а несколько птиц, спасаясь от холода, поют друг другу на весь лес. Последние осенние листья падают на землю – и попадают не на пол, а в сетки. Потому что это не обычный лес.
Там, где корни путаются в земле, переплетаются трубы и провода. В этом лесу есть водопровод. Силуэтные дубы, березы и платаны стоят плечом к плечу с высокими металлическими каркасами, поддерживающими водосточные трубы, которые тянутся к самым верхушкам деревьев.
Маккензи и его коллеги отправили этот тихий лес неподалеку от Бирмингема в будущее – в некотором роде. Они накачали углекислый газ (CO2) вокруг зрелых дубов, чтобы смоделировать атмосферу, которая, как ожидается, охватит планету Земля к 2050 году.
Этот небольшой лесной массив, расположенный недалеко от городского мегаполиса, не единственный, кто получает взрыв будущего с искусственно повышенным уровнем CO2. Исследователи по всему миру, от Австралии до тропических лесов Амазонки, проводят эксперименты с лесами, пытаясь лучше понять роль деревьев в сохранении прохлады на Земле. Их выводы могут изменить наше представление о том, как леса будущего будут реагировать на изменение климата.
Маккензи и его коллеги проводят свой эксперимент уже семь лет, и результаты их удивили. Вопреки некоторым предыдущим анализам, их исследование показывает, что с возрастом деревья могут поглощать больше углерода. Этот вывод подчеркивает огромную важность зрелых лесов умеренной зоны для регулирования климата.
Более того, Маккензи и его коллеги-лесоводы впервые показали, что микроскопические организмы, живущие на этих деревьях, улавливают метан, еще один парниковый газ, вредный для атмосферы. «Мы обнаружили, что деревья оказывают нам еще одну неожиданную услугу», – говорит Маккензи. Под пологом растут микробы, которые питаются метаном». Есть много причин, по которым стоит ухаживать за лесами.
Ученые закачивают CO2 в леса по всему миру, чтобы лучше понять, как деревья могут помочь сохранить прохладу на Земле (Credit: Thomas Downes)
Естественный парниковый эффект Земли, благодаря которому такие газы, как CO2 и метан, поглощают солнечное тепло, излучаемое поверхностью Земли, и задерживают его в атмосфере, жизненно важен для жизни, какой мы ее знаем. Он помогает поддерживать среднюю температуру на поверхности Земли на уровне выше нуля.
В то же время поглотители углерода – леса, океаны и почвы – поглощают CO2 из атмосферы, не позволяя Земле перегреваться из-за парникового эффекта. Наш климат существует таким образом уже тысячелетия, находясь в состоянии хрупкого равновесия.
Огромные территории мира скоро изменятся или уже изменяются – Роб Маккензи
Однако с ростом выбросов парниковых газов в результате деятельности человека увеличилось и количество этих газов, поглощаемых природой. Благодаря этому растения стали расти быстрее – этот процесс известен как удобрение CO2. Согласно оценкам, в настоящее время природные поглотители углерода поглощают примерно половину всех выбросов углерода, производимых человеком. Но эксперты предупреждают, что мы, возможно, находимся на грани нарушения баланса – как океанские, так и наземные поглотители демонстрируют признаки неспособности идти в ногу со временем.
Экстремальная жара и засуха, лесные пожары и вырубка лесов, изменение землепользования, таяние вечной мерзлоты и потепление океанов – все это может привести к тому, что поглотители углерода, такие как леса, превратятся в источники углерода, то есть они будут выбрасывать больше CO2, чем поглощать.
«Изменение климата происходит быстрее, насколько мы понимаем, чем естественная адаптация каждой экосистемы», – говорит Маккензи. «Болота превращаются в кустарниковые леса, а кустарниковые леса – в озера. Это системный сдвиг. И леса уязвимы так же, как и все экосистемы».
Сами виды деревьев также подвергаются все большему риску. Согласно обновленной версии Красной книги Международного союза охраны природы за 2024 год, более трети деревьев в мире сейчас находятся под угрозой исчезновения из-за глобального потепления, вырубки лесов и инвазивных видов.
Так можем ли мы рассчитывать на то, что деревья будут и дальше сохранять прохладу на Земле?
Измерение обхвата говорит ученым не только о росте дерева, но и о круговороте питательных веществ в нем (Credit: Katherine Latham)
В Стаффордшире Маккензи и его коллеги пытаются лучше понять, какую роль играют деревья в регулировании климата Земли. «Команда работает здесь каждый день», – говорит Маккензи. «Они глубоко переживают за то, что делают. Каждый будний день, а иногда и в выходные».
Их эксперимент в лесу включает в себя изучение того, как повышенный уровень CO2 влияет на огромный спектр процессов – от потоков углерода в лесу, круговорота питательных веществ и использования воды до общего биоразнообразия и структуры экосистем. Этот тип эксперимента называется обогащением CO2 свободного воздуха, или Face.
Избыток CO2 образуется в результате анаэробного сбраживания пищевых отходов в двух массивных резервуарах, расположенных на краю леса, недалеко от штаб-квартиры проекта. Трубы транспортируют CO2 по лесной подстилке, где дренажные трубы высотой в восемь этажей доходят до самой вершины полога. В этих трубах, спрятанных среди стволов деревьев и поддерживаемых металлическими башнями, просверлены простые отверстия, которые позволяют CO2 выходить в атмосферу. По словам Маккензи, газ находится в воздухе около минуты, после чего он либо поглощается деревьями, либо рассеивается в окружающем воздухе.
Тем временем стратегически расположенные станции собирают данные обо всем – от состава почвы до популяции насекомых и т. д., помогая исследователям понять влияние повышенного содержания CO2 на всю экосистему.
Результаты эксперимента показывают, что зрелые леса, подвергающиеся воздействию повышенного уровня CO2, не только продолжают улавливать углерод по мере старения, но и хранят его дольше, чем деревья, подвергающиеся воздействию более низкого уровня CO2, за счет роста дополнительной коры.
При воздействии того объема CO2, который, по оценкам ученых, будет присутствовать в нашей атмосфере к 2050-м годам, производство древесины деревьев увеличилось на 10 %. Это особенно важно, поскольку деревья могут хранить углерод в своей древесине в течение десятилетий. Их листья или корни, напротив, разлагаются быстрее и выпускают углерод обратно в атмосферу.
Исследователь Роб Маккензи готовится к путешествию под полог леса (Credit: Thomas Downes)
Эти результаты помогают выявить важную роль, которую зрелые леса будут играть в качестве хранилища углерода и естественного решения проблемы климата в ближайшие десятилетия. Тот факт, что микробы, живущие под пологом этих зрелых дубов, также потребляют метан, является дополнительным бонусом к смягчению последствий антропогенных выбросов. Этот процесс был впервые обнаружен в 2024 году именно в этом участке английского леса, и это означает, что леса играют еще более важную роль в борьбе с изменением климата, чем предполагали ученые ранее.
Концентрация метана в атмосфере стремительно растет уже несколько десятилетий. Этот парниковый газ стал причиной примерно трети потепления климата с доиндустриальных времен.
По своей способности задерживать тепло в атмосфере метан во много раз превосходит CO2. Но если CO2 может сохраняться сотни лет, то срок жизни метана в атмосфере составляет примерно одно десятилетие. Это означает, что удаление метана из атмосферы может иметь быстрый эффект – и если его увеличить, то это может стать «быстрой климатической победой».
Результаты исследования, проведенного в Стаффордшире, показывают, что деревья ежегодно поглощают от 25 до 50 миллионов тонн атмосферного метана, что делает их на 7-12 % лучше для климата, чем это принято считать в настоящее время.
Одна из крупнейших в мире лабораторий под открытым небом находится глубоко в тропических лесах Амазонки (Credit: Audiovisual G20)
В других странах мира экспериментальные леса также начинают приносить данные.
Запущенный в 2023 году в одной из крупнейших в мире лабораторий под открытым небом, первый эксперимент с CO2, проведенный в тропическом лесу, находится на ранней стадии.
Амазонка является домом для более чем 10% всего наземного биоразнообразия и хранит количество углерода, эквивалентное примерно 20 годам глобальных выбросов CO2. Но ученые предупреждают, что потепление температуры, экстремальные засухи, вырубка лесов и пожары означают, что лесная система Амазонии может «вскоре достичь критической точки, что приведет к крупномасштабному коллапсу».
На участке зрелого тропического леса в самом сердце Амазонии, недалеко от Манауса (Бразилия), исследователи накачивают деревья предсказанным будущим уровнем CO2 в атмосфере, используя ту же технологию Face, что и в Стаффордшире. Они надеются лучше понять, как крупнейший в мире тропический лес будет реагировать на изменение климата.
«Мы измеряем компоненты продуктивности леса», – говорит Лейнара Лугли, тропический эколог, изучающий влияние изменения климата на взаимодействие почвы и растений в Техническом университете Мюнхена. «То есть рост листьев, рост стеблей, рост корней. Нас очень интересуют физиологические закономерности – мы смотрим вглубь листьев [чтобы увидеть], как меняется фотосинтетическая способность».
Лугли особенно интересует, что происходит под землей во время ее эксперимента с CO2: «Получают ли [корни] воду? Получают ли они питательные вещества? [Меняется ли симбиоз с грибами? Как это влияет на функционирование леса в целом?»
Она и ее коллеги также изучают, как изменение климата повлияет на биоразнообразие тропических лесов и как это может отразиться на способности этой среды обитания поставлять пищу, древесину, лекарства и даже дождь.
По словам Лугли, разные виды реагируют на изменения по-разному, но первые результаты показывают, что повышенный уровень CO2 может привести к тому, что растения увеличат рост своих листьев и стеблей. Под землей корни «становятся длиннее и тоньше», добавляет она, что позволяет деревьям преодолевать большие расстояния в поисках необходимых им питательных веществ. Это благоприятствует быстрорастущим, но недолговечным видам с меньшей плотностью древесины, которые, как правило, менее устойчивы к засухе.
Весь жизненный цикл ускоряется, говорит Лугли. «Какова судьба углерода? Возможно, он будет выдыхаться обратно в атмосферу, а не накапливаться в почве».
Лейнара Лугли изучает, как изменение климата может повлиять на взаимодействие между растениями и почвой в тропических лесах Амазонки (Credit: Maria Clara Ferreira Guimaraes)
Вернувшись в тихую стаффордширскую сельскую местность, Маккензи соглашается. «Мы не можем провести столько лесовосстановительных работ, которые позволили бы нам продолжать сжигать ископаемое топливо с той скоростью, с которой мы его сжигаем. Безусловно, леса играют определенную роль, но это не серебряная пуля».
Но, по его утверждению, работа, которую он и его коллеги проводят, «меняет ход событий». Не в последнюю очередь потому, что она показывает, какое влияние могут оказать лесные массивы умеренной зоны на будущий климат.
Это, говорит Маккензи, то, о чем мы рискуем забыть.
