Ученые зафиксировали ускорение фотосинтеза на всей планете

Новости МирТесен

На основе детального изучения спутниковых изображений исследователи провели оценку динамики скорости фотосинтеза на планете в период с 2003 по 2021 год. Полученные результаты оказались не совсем предсказуемыми: если наземные растения продемонстрировали заметное увеличение активности, то в океане картина оказалась значительно менее ясной.

С точки зрения биопродуктивности Земля представляет собой крайне разнородную систему. Несмотря на то, что суша занимает лишь 23,7% от общей поверхности планеты (причем значительная ее часть покрыта льдом), а океан – 76,3%, суммарная продуктивность суши несколько превышает океаническую, 55,8 миллиарда тонн в пересчете на сухой углерод, против 51,9 миллиардаВ отличие от суши, океаны характеризуются значительно меньшей биомассой на единицу площади – разница составляет более трехкратную величину. Кроме того, большая часть морской флоры и фауны периодически оседает на дно после смерти, что приводит к тому, что в каждый конкретный момент времени общая масса живых организмов в морях оказывается на порядок ниже, чем на суше. Это обусловлено ограниченной доступностью углекислого газа и кислорода в водной среде при температурах, оптимальных для фотосинтеза: согласно закону Генри, максимальное содержание углекислого газа – необходимого «питания» для фотосинтезирующих организмов – растворено в самой холодной воде. Однако такая вода либо находится в районах с недостаточным количеством солнечного света, либо слишком холодна для эффективного использования этого газа водорослями.

Авторы новой работы, которую опубликовали в Nature Climate Change, стремились выяснить, как изменялась скорость фотосинтеза на суше и в океанах за 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 расти), фотосинтез ускорился. Однако в научном сообществе возникло серьезное обсуждение: одни ученые утверждали, что антропогенные выбросы углекислого газа и вызванное ими глобальное потепление должны оказывать негативное воздействие, и поэтому ускорение фотосинтеза не может быть устойчивым и неизбежно приведет к его замедлению.

Тем не менее, результаты анализа спутниковых снимков, представленные в новой научной работе, демонстрируют совершенно иную картину. Как и ранее, максимальная чистая продуктивность фотосинтеза наблюдалась в тропических широтах, как на суше, так и в океане. При движении к полюсам она снижалась, однако отмечалось два дополнительных пика: первый – в северном полушарии примерно на 53-м градусе северной широты (в районе между Тулой и Липецком), а второй – в южном полушарии на 40-м градусе южной широты (широта Патагонии и Новой Зеландии). В океане чистая продуктивность превосходила показатели суши преимущественно в зонах, расположенных между 8 и 20 градусами северной широты, а также южнее 20-го градуса южной широты – там, где недостаточно ледяного покрова на суше.

В период с 2003 по 2021 год, несмотря на относительно короткий временной интервал, чистая продуктивность суши значительно увеличилась на 31,9% от общей площади, покрытой растительностью (за исключением арктических и тропических пустынь). Незначительное снижение наблюдалось лишь на 3,3% такой же площади. В океане же статистически значимый рост был зафиксирован только на 5,0% его территории, в то время как спад составил уже 18,5%. В абсолютных величинах 64,9 миллиона квадратных километров океана продемонстрировали существенное снижение чистой продуктивности, тогда как на суше заметный рост был отмечен на 34,8 миллионах квадратных километрах (что эквивалентно двум территориям России).

Примечательно, что увеличение биопродуктивности на материках было отмечено практически во всех климатических поясах, за исключением тропической Америки – региона с изначально высочайшей продуктивностью (936,4 грамма углерода на квадратный метр ежегодно), где дальнейший рост сдерживается деятельностью человека, выражающейся в вырубке лесов. В то же время, снижение нетто-продуктивности в морях концентрировалось преимущественно в определенных областях – тропических и субтропических широтах, особенно 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.

Поэтому нельзя исключать, что колебания в океане были вызваны не долгосрочными процессами, а кратковременными явлениями Эль-Ниньо–Ла-Нинья, которые резко меняют биопродуктивность в тропических водах, особенно в Тихом океане. При наблюдении за периодом в несколько десятилетий эффект Эль-Ниньо–Ла-Нинья может компенсироваться, однако, учитывая, что авторы проанализировали данные за 18 лет, такая компенсация могла быть неполной. На суше влияние этих явлений менее заметно, поэтому ситуация представляется более определенной: фотосинтез усиливается. писали в наших текстах об активно идущем глобальном озеленении.