Анализ спутниковых снимков, проведенный учеными, позволил оценить динамику скорости фотосинтеза на планете в период с 2003 по 2021 год. Результаты оказались неоднозначными: на суше растения демонстрируют заметное увеличение скорости фотосинтеза, в то время как в океане наблюдается менее выраженная тенденция.
С точки зрения биопродуктивности Земля представляет собой крайне неоднородная планета. Несмотря на то, что суша занимает 23,7% от общей площади поверхности (и часть из них покрыта льдом), а океан — 76,3%, ее нетто-продуктивность выше на суше, 55,8 миллиарда тонн в пересчете на сухой углерод, против 51,9 миллиарда у океанов. В пересчете на единицу площади разница в три с лишним раза. К тому же большая часть морской биомассы регулярно уходит на дно (после гибели), из-за чего в каждый момент времени биомасса морей на порядок ниже, чем суши. Основная причина этого в меньшей доступности углекислого газа и кислорода в воде той температуры, где может эффективно протекать фотосинтез: по закону Генри максимум СО2 («еды» фотосинтезирующих организмов) содержится в самой холодной воде, но она находится там, где меньше солнца или так холодно, что быстро использовать этот газ водорослям сложно.
Авторы новой работы, которую опубликовали в Nature Climate Change, исследователи поставили перед собой задачу определить, как изменялась интенсивность фотосинтеза на суше и в океанах в период с 2003 по 2021 год, используя данные спутниковых наблюдений. Ранее проведенные исследования показали, что начиная с 1980-х годов, когда среднепланетарные температуры начали заметно повышаться, фотосинтез стал протекать быстрее. Тем не менее, в научном сообществе возникла дискуссия: одни ученые утверждали, что антропогенные выбросы углекислого газа и вызванное ими глобальное потепление оказывают негативное воздействие, и, следовательно, ускорение фотосинтеза не может быть устойчивым и вскоре будет замедлено.
Анализ спутниковых снимков, представленный в новой работе, выявил совершенно иную картину. Подобно предыдущим исследованиям, максимальная нетто-продуктивность по фотосинтезу отмечалась в тропических регионах, как на суше, так и в океане. Она уменьшалась к полюсам, за исключением двух областей: в северном полушарии появился второй пик, хотя и менее выраженный, примерно на 53-м градусе северной широты (между Тулой и Липецком). В океане же вторичный пик наблюдался на 40-м градусе южной широты (широта Патагонии и Новой Зеландии). Нетто-продуктивность океана превышала продуктивность суши главным образом в зонах между 8 и 20 градусами северной широты и южнее 20-го градуса южной широты (где суша не покрыта льдом в значительно меньшей степени).
За период с 2003 по 2021 год, несмотря на его относительную краткость, нетто-продуктивность суши увеличилась на 31,9% на всей площади, покрытой растительностью (исключая арктические и тропические пустыни). На этой же площади наблюдалось снижение на 3,3%. В океане же статистически значимый рост был отмечен лишь на 5,0% его площади, а снижение составило уже 18,5%. В абсолютных значениях 64,9 миллионов квадратных километров океана продемонстрировали существенное снижение нетто-продуктивности, тогда как на суше заметный рост зафиксировали 34,8 миллионов квадратных километров (что эквивалентно двум территориям России).
Практически во всех климатических зонах, за исключением тропической Америки, зафиксирован рост биопродуктивности на суше. Это неудивительно, поскольку биопродуктивность в этом регионе и так является самой высокой в мире (936,4 грамма углерода на квадратный метр в год), и дальнейшее ее увеличение сдерживается вырубкой лесов, вызванной деятельностью человека. В то же время, снижение нетто-продуктивности в морях было отмечено преимущественно в определенных регионах – тропических и субтропических, в особенности в Тихом океане.
Более значительное увеличение биопродуктивности на суше наблюдалось в бореальных и альпийских зонах, где начальная нетто-продуктивность составляла всего 403,6 грамма углерода на квадратный метр в год. Несмотря на возникшие проблемы в американском регионе, общая тропическая биопродуктивность также увеличилась, хотя и в меньшей степени, примерно вдвое меньше, чем в бореальных зонах. Тем не менее, биопродуктивность в тропиках, безусловно, превышала показатели бореальных регионов — 820 грамм углерода на квадратный метр в год, однако темпы ее роста были ниже.
При анализе глобальной ситуации установлено, что за период с 2003 по 2021 год нетто-продуктивность увеличилась на 0,11 миллиарда тонн сухого углерода в год, что превышает шесть миллионов тонн в год. Однако, трудности в определении точных показателей в океане (из-за сложностей в его спутниковом наблюдении) внесли значительные неопределенности в эти данные: прирост оценивается как 0,11 ± 0,13 миллиарда тонн в год. Таким образом, с учетом предельных значений погрешности, нельзя исключать даже снижение общей биопродуктивности.
Неопределенность в отношении ситуации на суше значительно ниже: авторы зафиксировали увеличение в 0,20 ± 0,07 миллиарда тонн углерода в год. Согласно новой работе, в океане наблюдается снижение на −0,12 ± 0,12 миллиарда тонн в год. При этом погрешность оценки для океана настолько велика, что нельзя исключить отсутствие снижения и вовсе. Причины сокращения биопродуктивности в океанах остаются не совсем ясными. С одной стороны, более высокая температура воды может снизить растворимость углекислого газа, что ограничивает биопродуктивность водорослей. С другой стороны, тропические воды, несмотря на это, по-прежнему являются самыми продуктивными в мировом океане (157,5 грамм углерода на квадратный метр в год), в то время как продуктивность северных вод значительно ниже (46,8 грамм). Разница в продуктивности между холодными и теплыми морскими водами почти в четыре раза, что примерно вдвое превышает разницу между тропическим и бореальным лесом на суше.
Сложно отрицать, что колебания в океане могли быть спровоцированы не долгосрочными процессами, а событиями Эль-Ниньо–Ла-Нинья, которые приводят к резким (но кратковременным) изменениям биопродуктивности в тропических водах, в особенности в Тихом океане. Если время наблюдений составляет несколько десятилетий, эффект Эль-Ниньо–Ла-Нинья может нивелироваться, однако, поскольку авторы проанализировали данные за 18 лет, такая компенсация могла быть неполной. На суше влияние этих явлений менее выражено, поэтому картина здесь более ясная: фотосинтез активизируется. О причинах этого мы уже писали в наших текстах об активно идущем глобальном озеленении.