Ограничения по воде в тропиках компенсируют поглощение углерода из-за озеленения Арктики

Увеличение растительного покрова и более продолжительные вегетационные периоды в северных широтах сделали части Аляски, Канады и Сибири более зелеными. Некоторые исследования связывают это арктическое озеленение с большим глобальным поглощением углерода. Однако новое исследование показывает, что по мере изменения климата Земли усиленное поглощение углерода растениями в Арктике компенсируется соответствующим снижением в тропиках.

«Это новый взгляд на то, куда в будущем будет направлено поглощение углерода», — говорит ученый Рольф Райхле из Отдела глобального моделирования и ассимиляции данных (GMAO) Центра космических полетов имени Годдарда NASA в Гринбелте, штат Мэриленд.

Райхле — один из авторов исследования, опубликованного 17 декабря в AGU Advances. Оно объединяет 35-летние спутниковые наблюдения радиометра AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) с компьютерными моделями, включая данные об ограничении воды из второго ретроспективного анализа NASA для исследований и приложений современной эпохи (MERRA-2). Вместе они дают более точную оценку глобальной «первичной продуктивности» — меры того, насколько эффективно растения преобразуют углекислый газ и солнечный свет в энергию и кислород посредством фотосинтеза за период с 1982 по 2016 год.

Прирост в Арктике и потери в тропиках

Продуктивность растений в холодных арктических ландшафтах ограничена длительными периодами холода. По мере потепления растения в этих регионах смогли расти гуще и увеличить вегетационный период, что привело к общему росту фотосинтетической активности и, как следствие, к большему поглощению углерода в регионе за 35-летний период.

Однако накопление атмосферных концентраций углерода имело и другие эффекты. В частности, с ростом содержания углерода повысились глобальные температуры, а атмосфера в тропиках (где продуктивность растений ограничена доступностью воды) стала суше. Недавнее увеличение засух и гибели деревьев в тропических лесах Амазонки — один из примеров этого. Продуктивность и поглощение углерода на суше вблизи экватора снизились за тот же период, что и арктическое озеленение, компенсируя любой чистый эффект на глобальную продуктивность.

Добавление спутников в модели продуктивности

Предыдущие модельные оценки предполагали, что растущая продуктивность растений в Арктике может частично компенсировать деятельность человека, выбрасывающую углерод в атмосферу, например, сжигание ископаемого топлива. Но эти оценки опирались на модели, которые рассчитывают продуктивность растений исходя из предположения, что они фотосинтезируют с заданной скоростью эффективности.

В реальности на продуктивность растений влияет множество факторов. Включение спутниковых данных, таких как данные AVHRR, предоставляет ученым последовательные измерения глобального фотосинтезирующего растительного покрова и помогает учесть такие переменные события, как вспышки вредителей и обезлесение, которые не улавливаются предыдущими моделями. Это может повлиять на глобальный растительный покров и продуктивность.

«Были и другие исследования, посвященные продуктивности растений в глобальном масштабе, — говорит Нима Мадани из Лаборатории реактивного движения NASA (JPL) в Пасадене, Калифорния, ведущий автор исследования, в котором также участвовали ученые из Университета Монтаны. — Но мы использовали усовершенствованную модель дистанционного зондирования, чтобы лучше понять изменения в продуктивности экосистем». Эта модель использует улучшенный алгоритм эффективности использования света, который объединяет наблюдения нескольких спутников за фотосинтезирующим растительным покровом и такие переменные, как метеорология поверхности.

«Спутниковые наблюдения критически важны, особенно в регионах, где наши полевые наблюдения ограничены, и в этом красота спутников, — говорит Мадани. — Вот почему мы стараемся максимально использовать данные спутникового дистанционного зондирования в нашей работе».

Только недавно спутниковые записи начали показывать эти новые тенденции в изменении продуктивности. По словам Райхле, «моделирование и наблюдения вместе, то, что мы называем ассимиляцией данных, — это то, что действительно необходимо». Спутниковые наблюдения обучают модели, в то время как модели помогают изобразить связи в системе Земли, такие как противоположные тенденции продуктивности, наблюдаемые в Арктике и тропиках.

Коричневый — новый зеленый

Спутниковые данные также показали, что ограничения по воде и снижение продуктивности не ограничиваются тропиками. Недавние наблюдения показывают, что тенденция озеленения Арктики ослабевает, а в некоторых регионах уже наблюдается «побурение».

«Я не думаю, что нам придется ждать еще 35 лет, чтобы увидеть, как ограничения по воде станут фактором и в Арктике», — говорит Райхле. Можно ожидать, что повышение температуры воздуха снизит способность к поглощению углерода в арктических и бореальных биомах в будущем. Мадани отмечает, что арктические бореальные зоны в высоких широтах, которые когда-то содержали экосистемы, ограниченные температурой, теперь превращаются в зоны, ограниченные доступностью воды, как и тропики.

Эти продолжающиеся сдвиги в глобальных моделях продуктивности могут повлиять на множество растений и животных, изменяя целые экосистемы. Это может затронуть источники пищи и места обитания различных видов, включая исчезающую дикую природу, и человеческие популяции.

Данные, полученные в результате этого исследования, общедоступны по адресу: doi.org/10.3334/ORNLDAAC/1789