Предполагается, что деревья замедляют глобальное потепление, но растущее количество данных свидетельствует о том, что они не всегда могут быть спасителями климата.
Деревья Капура (Dryobalanops aromatica) в Малайзии в процессе роста избегают перекрытия крон, что создает картину мозаики при взгляде снизу. Фото: Stuart Franklin/Magnum
Когда дело доходит до борьбы с глобальным потеплением, деревья становятся одним из самых популярных видов борьбы с этим явлением. В условиях, когда страны добились незначительного прогресса в области контроля за выбросами углерода, многие правительства и защитники выдвинули планы по посадке огромного количества деревьев для поглощения углекислого газа из атмосферы в попытке замедлить изменение климата. Но новые исследования показывают, что деревья не всегда могут помочь настолько, насколько надеются некоторые ученые.
Лесные схемы получили большой импульс благодаря Парижскому соглашению по климату 2015 года, в котором впервые были учтены усилия всех стран по компенсации выбросов углерода от использования ископаемого топлива и других источников путем посадки или защиты лесов. Китай стремится посадить деревья на территории, в четыре раза превышающей территорию Соединенного Королевства. Калифорния разрешает лесовладельцам продавать кредиты компаниям, производящим выбросы CO2, а другие штаты США рассматривают аналогичные программы, которые могли бы стимулировать проекты по созданию новых лесов и защите существующих. Европейский Союз продвигается к тому, чтобы позволить странам включить лесонасаждения в свои планы борьбы с изменением климата; некоторые страны блока также обязались выделить миллиарды долларов на программы по тропическим лесам.
Многие ученые приветствуют стремление к расширению лесов, но некоторые призывают к осторожности. Они утверждают, что леса оказывают гораздо более сложное и неопределенное воздействие на климат, чем полагают политики, экологи и даже некоторые ученые. Хотя деревья и охлаждают земной шар, поглощая углерод в процессе фотосинтеза, но они также выделяют сложные химические вещества, некоторые из которых нагревают планету. Темные листья деревьев также могут повышать температуру, поглощая солнечный свет. За последние несколько лет было проведено несколько экспериментов, которые показали, что последствия потепления от лесов могут частично или полностью компенсировать их охлаждающую способность.
Такая обеспокоенность вызвала среди ученых бурную дискуссию о том, какое воздействие (потепление или охлаждение) оказывают леса в различных регионах. Никто не отрицает, что деревья полезны для окружающей среды; в конце концов, леса дают массу преимуществ и обеспечивают большую часть земного биоразнообразия в мире. И никакие исследователи не предлагают вырубку существующих лесов или сокращение усилий по борьбе с обезлесением. Но, по мере того, как правительства, корпорации и некоммерческие организации продвигают все более амбициозные программы по замедлению изменения климата, некоторые ученые предостерегают от использования лесов в качестве решения проблемы глобального потепления, пока не появится лучшее понимание этого вопроса. Исследователи участвуют в крупных кампаниях по сбору данных с использованием самолетов, спутников и вышек в лесах для отбора проб полного набора химических веществ, выделяемых деревьями, которые могут влиять как на климат, так и на загрязнение воздуха.
В то же время некоторые исследователи волнуются о публикации результатов, оспаривающих идею о том, что леса охлаждают планету. Один ученый даже получил угрозы смерти после того, как написал комментарий, в котором он высказался против посадки деревьев для предотвращения изменения климата.
Вопросы множатся по мере того, как все больше ученых вступает в дискуссию. В то же время все более тревожные предупреждения об изменении климата, а также о возможности выделения огромных средств на лесонасаждения заставляют ученых в срочном порядке определить, как деревья влияют на климат. “Люди хотят получить ответ, хотят иметь возможность сказать: “Это именно то, что мы должны сделать”, - говорит Гордон Бонан (Gordon Bonan), геолог из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо. Когда дело доходит до лесов и их способности охлаждать климат, он говорит: “Есть много искажений или преувеличений того, что можно сделать.”
Углеродные губки
Если программы по посадке деревьев будут работать так, как рекламируется, они могут выиграть драгоценное время для того, чтобы мир сократил свою зависимость от ископаемых видов топлива и заменил их более чистыми источниками энергии. По оценкам одного широко цитируемого исследования 2017 года, леса и другие экосистемы могут обеспечить более одной трети общего сокращения выбросов CO2, необходимого для поддержания глобального потепления ниже 2°C до 2030 года.
Хотя анализ опирается на большие предположения, такие как наличие механизмов финансирования и политическая воля, его авторы говорят, что леса могут быть важным временным этапом, в то время как мир решает проблему основного источника выбросов углерода: сжигания ископаемого топлива. “Это соломинка, которую бросает нам природа", - говорит Питер Эллис (Peter Ellis), ученый, работающий в области сохранения углерода в лесах, в Арлингтоне, штат Вирджиния, и один из авторов газеты.
Первые предположениена о том, что растения всасывают CO2 из воздуха, относится к 1780-м годам, когда швейцарский пастор Жан Сенебье выращивал растения в различных экспериментальных условиях. Он предположил, что растения разлагают CO2 из воздуха и включают углерод. Эта идея была подтверждена последующими открытиями о механизмах фотосинтеза.
Более двух столетий спустя идеи Сенебье образуют ключевой компонент планов борьбы с накоплением CO2 в атмосфере. Логическое обоснование заключается в том, что деревья могут накапливать углерод в своей древесине и корнях десятилетиями или даже столетиями. Договор по климату 1997 года, известный как Киотский протокол, позволил богатым странам учитывать накопление углерода в лесах в соответствии с их целями по ограничению выбросов парниковых газов. На практике лишь немногие страны сделали это из-за громоздких механизмов учета соглашения и других факторов. Последующие переговоры заложили основу, позволяющую богатым странам платить более бедным тропическим странам за сокращение выбросов в результате обезлесения и увеличение выбросов углерода в лесах. Рамочная программа была официально оформлена в рамках Парижского соглашения 2015 года, которое обязало страны взять на себя обязательства по сокращению выбросов парниковых газов; более 50 стран обязались добавить древесный покров или защитить существующие леса.
Источник: X.-P. Song etal. Nature 560, 639–643 (2018).
Такие схемы требуют конкретных данных о том, сколько углерода содержится в лесах. В последние несколько десятилетий ученые работали над созданием национальных оценок потерь и прироста углерода от растительности, изучая полевые участки и просматривая спутниковые данные. В 2011 году международная группа, возглавляемая исследователями Лесной службы Министерства сельского хозяйства США, пришла к выводу, что леса во всем мире являются крупным поглотителем углерода, поглощая больше углерода из воздуха посредством фотосинтеза и производства древесины, чем они выделяют в процессе дыхания и распада.
Однако, это не означает, что все леса охлаждают планету. Исследователи на протяжении десятилетий знали, что листья деревьев поглощают больше солнечного света, чем другие виды растительного покрова, такие как поля или голая земля. Леса могут уменьшить альбедо (характеристика диффузной отражательной способности поверхности – прим.ред.) земной поверхности. Это означает, что планета отражает меньше солнечного света обратно в космос, что приводит к потеплению. Этот эффект особенно выражен в более высоких широтах и в горных или засушливых районах, где медленно растущие хвойные деревья с темными листьями покрывают светлую землю или снег, которые, в противном случае, отражали бы солнечный свет. Большинство ученых, однако, согласны с тем, что тропические леса являются чистыми климатическими охладителями: деревья там растут относительно быстро и испаряют огромное количество воды, которая образует облака, два эффекта, которые помогают охладить климат.
В более поздние исследования были включены и другие способы воздействия лесов на климат. По мере того, как деревья живут, растут и умирают, ученые узнали, что они находятся в постоянном диалоге с воздухом, обмениваясь углеродом, водой, светом и сбивающим с толку множеством химических веществ, которые могут взаимодействовать с климатом.
Атмосферный химик Надин Унгер (Nadine Unger), работавшая тогда в Йельском университете в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, провела одно из первых глобальных исследований, посвященных изучению одной части этого обмена: влияния летучих органических соединений или ЛОС, выделяемых деревьями. К ним относится изопрен, ненасыщенный углеводород, который может вызывать потепление несколькими способами. Он может вступать в реакцию с оксидами азота в воздухе с образованием озона - мощного согревающегоклимат газа, когда он находится в нижних слоях атмосферы. Изопрен также может продлить срок службы атмосферного метана - еще одного парникового газа. Тем не менее, изопрен может оказывать охлаждающее влияние, помогая производить аэрозольные частицы, которые блокируют поступающий солнечный свет.
Унгер разработала модель земной системы, которая оценивала воздействие лесных химических выбросов. Ее результаты свидетельствуют о том, что преобразование лесов в сельскохозяйственные угодья на протяжении всей промышленной эры могло оказать на климат общее незначительное воздействие. Расчистка лесов высвободила углерод, накопленный в деревьях, но увеличила альбедо Земли (что привело к охлаждению) и сократила выбросы ЛОС, которые могут как охлаждать, так и нагревать.
Как следствие, Унгер предположила, что лесовосстановление также будет иметь неопределенные климатические последствия. Деревья в тропических и умеренных зонах выделяют огромное количество изопрена, что не учитывается в большинстве лесохозяйственных схем. Бореальные леса более высоких широт испускают в основном терпены, помогающие охлаждать климат, образуя аэрозоли, которые могут блокировать солнечный свет и способствовать образованию облачных частиц. Однако Унгер не пыталась количественно оценить этот эффект облачного посева. Она признала, что ее исследование является первым шагом, и призвала усилить мониторинг лесных химических веществ и их атмосферных взаимодействий.
Она продолжила свою исследовательскую работу, написав статью в NewYorkTimes под названием "Спасти планету, не сажать деревья", в которой утверждалось, что существует большая неопределенность в отношении того, насколько леса охлаждают или нагревают климат, что делает посадку деревьев рискованной стратегией борьбы с изменением климата. Статья, и особенно заголовок (который Унгер не писала), вызвала цунами жалоб от исследователей, которые оспаривали данную точку зрения и высказали мнение, что эта статья угрожает подорвать годы исследований и пропаганды. Группа из 30 ученых, занимающихся вопросами леса, написала ответ на экологическом новостном сайте Mongabay, в котором говорилось: «Мы решительно не согласны с основной идеей профессора Унгер».
Обсерватория ZotinoTallTower высотой 304 метра измеряет газы и аэрозоли над таежным лесом в Центральной Сибири. Аналогичная высокая башня на Амазонке делает измерения над тропическим лесом. Фото:MichaelHielscher/MPI
Унгер говорит, что ей угрожали смертью, и что некоторые коллеги перестали с ней разговаривать. Однако некоторые ученые согласились с тем, что важно изучить воздействие лесных ЛОС. Последующие исследования как подтвердили, так и противоречили анализу Унгер 2014 года. Команда, возглавляемая Домиником Спракленом и Кэтрин Скотт, атмосферными химиками из Университета Лидса, Великобритания, разработала модель, которая включала в себя то, как аэрозоли из лесов могут сеять облака, которые отражают солнечный свет. Они пришли к выводу, что чистый эффект ЛОС от лесов заключается в охлаждении глобального климата.
Унгер, в свою очередь, ставит под сомнение некоторые предположения Скотта и Спраклена. Унгер, которая сейчас находится в Университете Эксетера (Великобритания), и Спраклен обсуждают возможность использования общего экспериментального дизайна, чтобы попытаться разрешить их разногласия.
Они и другие исследователи говорят, что такие исследования сдерживаются скудными наборами данных о лесных выбросах. “На мой взгляд, мы все еще недостаточно знаем, какой эффект оказывают лесные ЛОС,” - говорит Алекс Гюнтер (Alex Guenther), атмосферный ученый из Калифорнийского университета в Ирвине.
Последние результаты становятся еще более сложными. Эколог Сунита Пангала (Sunitha Pangala) из Ланкастерского университета, Великобритания, провела большую часть 2013 и 2014 годов в тропических лесах Амазонки, где она разместила газоизмерительные камеры вокруг стволов более 2300 деревьев. ” Что нас действительно удивило, так это объем метана, выделяемый этими деревьями", - говорит Пангала. Она и Винсент Гаучи из Открытого университета в Милтон-Кинсе, Великобритания, и их коллеги сообщили в 2017 году, что на долю деревьев приходится около половины общего объема выбросов метана Амазонки. Ранее исследователи предполагали, что метан просачивается в воздух непосредственно из почвы, где он вырабатывается микробами. Новая работа предполагает, что деревья могут быть еще одним каналом для этого микробного метана, что потенциально объясняет, почему в тропических водно-болотных угодьях было обнаружено больше метана, чем было измерено в почве.
В исследовании, впервые опубликованном в октябре прошлого года, Гаучи и ее коллегами была добавлена еще одна загвоздка, когда они обнаружили, что из деревьев в высокогорных лесах просачивается не только метан, но еще и закись азота, а также парниковый газ.
Глобальное значение этих выводов до сих пор неясно. По оценкам Пангалы и Гаучи, охлаждающий эффект деревьев, поглощающих углерод, значительно опережает потепление от выбросов деревьями метана и закиси азота. Но Кристофер Кови (Kristofer Covey), ученый-эколог из колледжа Скидмор в Саратога-Спрингс, Нью-Йорк, обнаружил утечку метана из деревьев, не являющихся водно-болотными угодьями, в лесах умеренного пояса. Он утверждает, что такие выбросы могут в некоторых местах уменьшить климатические преимущества деревьев больше, чем понимают исследователи и экологи. “Это действительно болезненное сообщение”, - говорит он.
Недавний взрыв результатов подчеркивает необходимость полного учета воздействия лесов, говорит Унгер. «Пока мы понимаем, что тропические деревья выводят углекислый газ из атмосферы, но мы должны также признать, что они выбрасывают в атмосферу метан и ЛОС».
На рабочих местах
Ученые, выступающие в защиту лесов, говорят, что, хотя дополнительные исследования – это всегда хорошо, существующие результаты являются достаточно зрелыми, чтобы поддержать использование лесов для борьбы с изменением климата, особенно с учетом срочности этой проблемы. “Мы не можем позволить себе постоянно откладывать эти дела; мы должны начать предпринимать какие-то действия”, - говорит Джейсон Фанк (Jason Funk), ученый-эколог из Чикаго, штат Иллинойс, который являлся советником и наблюдателем Парижского соглашения.
В настоящее время исследователи обращаются к сложным компьютерным моделям и используют более крупные и всеобъемлющие наборы данных, чтобы точно определить, как леса в разных местах планеты влияют на климат. В некоторых случаях результаты были отрезвляющими. В октябре прошлого года команда под руководством эколога Себастьяна Люссерта (Sebastiaan Luyssaert) из Свободного университета Амстердама смоделировала ряд европейских сценариев лесопользования. Исследователи пришли к выводу, что ни один из сценариев не приведет к значительному глобальному климатическому воздействию, поскольку последствия потемнения земной поверхности и изменения облачности меняются от любых дополнительных лесов и это, ориентировочно, устранит их выгоды от накопления углерода.
Для оценки воздействия лесонасаждений на климат в различных частях Соединенных Штатов эколог Кристофер Уильямс из Университета Кларка в Вустере, штат Массачусетс, объединяет глобальные спутниковые данные, собранные в течение более десяти лет, с данными о связывании углерода, основанными на данных Лесной службы США. В предварительной работе он обнаружил, что с точки зрения климата имеет смысл добавление лесов на западном побережье США и в регионах к востоку от реки Миссисипи. Но он считает, что в большинстве случаев изменения альбедо с целью измения климата является плохой идеей. Примером могут служить лесонасаждения в Скалистых горах и на юго-западе Соединенных Штатов, т.к. хвойные деревья, произрастающие в этих регионах, темные и поглощают больше солнечного света, чем подстилающие почвы или снег. Он надеется превратить это исследование в стандартизированную методологию, которую управляющие лесами смогут использовать для оценки воздействия проекта на климат.
Однако заставить планировщиков принять такие методы может оказаться непростой задачей. Уильямс обнаружил, что некоторые сопротивляются рассмотрению эффектов альбедо, в том числе представители компаний, надеющихся продать углеродные кредиты для лесных проектов. “Даже другие ученые иногда не верят в величину эффекта альбедо или даже в его существование”, - говорит он. "Я слышал, как ученые говорят, что если бы мы обнаружили, что потеря леса охладила планету, мы бы не опубликовали это.”
Дополнительные данные о воздействии лесов на климат могут быть получены на основе долгосрочных исследований, в которых отслеживаются газы и химические вещества, выделяемые и поглощаемые деревьями. Исследователи используют 325-метровую башню в Амазонии для мониторинга потоков углерода, воды и других химических веществ на площади около 100 квадратных километров нетронутых тропических лесов к северо-востоку от Манауса в Бразилии. Башня-компаньон в Сибири делает то же самое.
Команды построили меньшие исследовательские башни для сбора подобных образцов на сотнях участков по всему миру среди различных типов лесов. Например, башня в Норвегии скоро станет первой в этой стране, которая начнет собирать данные в лесу. Однако многие важные области еще не охвачены. Два запущенных в прошлом году прибора НАСА – спутник исследования динамики глобальной экосистемы, льда и облачности и спутник LandElevation-2. Вскоре они должны дать более последовательную глобальную картину запаса углерода в лесах.
Ученые, которые обсуждают воздействие лесов на климат, стремятся получить эти данные. И даже те, кто твердо убежден в том, что лесные проекты могут бороться с изменением климата, приветствуют дополнительную строгость более всеобъемлющих исследований. Эллис, например, признает, что анализ, в котором он с соавторами изучал эффекты альбедо, является в некотором роде недоработанным, потому как команда не учла ЛОС и древесные выбросы метана.
” Нам нужно более честно учитывать эти другие эффекты и быть более внимательными к тому, как мы разрабатываем стратегию", - говорит Эллис. “Образно говоря, мы используем тупой инструмент, когда было бы гораздо предпочтительнее использовать более острый.”
Оригинал статьи на сайте
Автор статьи: GabrielPopkin
