Восстановление лесов и посадка деревьев — это хорошо зарекомендовавшая себя стратегия смягчения последствий изменения климата. Однако использование такой подход в Арктике ухудшает потепление и является контрпродуктивным для смягчения последствий изменения климата. Это происходит потому, что лесной покров снижает альбедо (или отражение солнечного света) и увеличивает темноту поверхности, что приводит к чистому потеплению (потому что деревья поглощают больше тепла от солнца, чем снег). Кроме того, деятельность по посадке деревьев также нарушает углеродный пул арктической почвы, которая хранит больше углерода, чем все растения на Земле. Таким образом, подход к смягчению последствий изменения климата не обязательно должен быть сосредоточен на углероде. Изменение климата касается энергетического баланса Земли (за вычетом солнечной энергии, остающейся в атмосфере, и солнечной энергии, покидающей атмосферу). Количество парниковых газов определяет, сколько тепла удерживается в атмосфере Земли. В арктических регионах, в высоких широтах, эффект альбедо (т. е. отражение солнечного света обратно в космос без преобразования в тепло) более важен (чем парниковый эффект из-за накопления углерода в атмосфере) для общего энергетического баланса. Следовательно, общая цель замедления изменения климата требует целостного подхода.
Растения и животные постоянно выделяют углекислый газ (CO2) в атмосфере через дыхание. Некоторые природные явления, такие как лесные пожары и извержения вулканов, также высвобождают CO2 в атмосфере. Баланс в атмосферном CO2 поддерживается регулярным поглощением углерода зелеными растениями в присутствии солнечного света посредством фотосинтеза. Однако деятельность человека с 18th столетии, особенно добыча и сжигание ископаемого топлива, такого как уголь, нефть и природный газ, привели к повышению концентрации CO в атмосфере2.
Интересно, что увеличение концентрации CO2 в атмосфере, как известно, проявляется эффект углеродного удобрения (т.е. зеленые растения фотосинтезируют больше в ответ на большее количество CO2 в атмосфере). Значительная часть текущего поглощения углерода на суше объясняется этим возросшим глобальным фотосинтезом в ответ на повышение уровня CO2. В период с 1982 по 2020 год глобальный фотосинтез увеличился примерно на 12% в ответ на 17%-ное увеличение глобальной концентрации углекислого газа в атмосфере с 360 ppm до 420 ppm.1,2.
Очевидно, что возросший глобальный фотосинтез не способен поглотить все антропогенные выбросы углерода с начала индустриализации. В результате, содержание углекислого газа в атмосфере (CO2) фактически увеличилось примерно на 50% за последние два столетия до 422 частей на миллион (в сентябре 2024 года)3 что составляет 150% от его значения в 1750 году. Поскольку углекислый газ (CO2) является важным парниковым газом, это значительное общее увеличение содержания CO в атмосфере2 способствовало глобальному потеплению и изменению климата.
Изменение климата проявляется в виде таяния полярных льдов и ледников, потепления океанов, повышения уровня моря, наводнений, катастрофических штормов, частых и сильных засух, нехватки воды, волн тепла, сильных пожаров и других неблагоприятных условий. Оно имеет серьезные последствия для жизни и средств к существованию людей, отсюда и необходимость смягчения последствий. Поэтому, чтобы ограничить глобальное потепление и повышение температуры до 1.5°C к концу этого столетия, Конференция по изменению климата ООН признал, что к 43 году глобальные выбросы парниковых газов необходимо сократить на 2030%, и призвал стороны отказаться от ископаемого топлива для достижения чистые нулевые выбросы по 2050.
Помимо сокращения выбросов углерода, климатические действия могут также поддерживаться удалением углерода из атмосферы. Любое улучшение улавливания атмосферного углерода было бы полезным.
Морской фотосинтез фитопланктоном, ламинарией и водорослевым планктоном в океанах отвечает примерно за половину улавливания углерода. Предполагается, что биотехнология микроводорослей может способствовать улавливанию углерода посредством фотосинтеза. Обращение вспять обезлесения путем посадки деревьев и восстановления лесных угодий может быть очень полезным для смягчения последствий изменения климата. Одно исследование показало, что увеличение глобального лесного покрова может внести значительный вклад. Оно показало, что глобальная емкость полога деревьев в условиях текущего климата составляет 4.4 млрд га, что означает, что после исключения существующего покрова можно создать дополнительные 0.9 млрд га полога (что эквивалентно 25% увеличению площади лесов). Этот дополнительный полог, если он будет создан, будет поглощать и хранить около 205 гигатонн углерода, что составляет около 25% от текущего запаса углерода в атмосфере. Глобальное восстановление лесов является обязательным условием также потому, что непрерывное изменение климата приведет к сокращению около 223 млн га лесного покрова (в основном в тропических районах) и потере связанного с ним биоразнообразия к 2050 году.4,5.
Посадка деревьев в арктическом регионе
Арктический регион относится к северной части Земли выше 66° 33′ северной широты в пределах полярного круга. Большая часть этого региона (около 60%) занята морским льдом, покрытым Северным Ледовитым океаном. Арктический массив суши расположен вокруг южных границ Северного Ледовитого океана, которые поддерживают тундру или северный бореальный лес.
Бореальные леса (или тайга) расположены к югу от Полярного круга и характеризуются хвойными лесами, состоящими в основном из сосен, елей и лиственниц. Здесь длинные, холодные зимы и короткое, влажное лето. Преобладают холодостойкие, шишконосные, вечнозеленые хвойные деревья (сосны, ели и пихты), которые сохраняют свои игольчатые листья круглый год. По сравнению с лесами умеренного климата и тропическими влажными лесами, бореальные леса имеют более низкую первичную продуктивность, меньшее разнообразие видов растений и не имеют ярусной структуры леса. С другой стороны, арктическая тундра расположена к северу от бореальных лесов в арктических регионах северного полушария, где подпочва постоянно промерзает. Этот регион намного холоднее, со средними зимними и летними температурами в диапазоне -34 °C и 3 °C – 12 °C соответственно. Подпочва постоянно заморожена (вечная мерзлота), поэтому корни растений не могут проникать глубоко в почву, и растения расположены низко над землей. Тундра имеет очень низкую первичную продуктивность, низкое видовое разнообразие и короткий вегетационный период в 10 недель, когда растения быстро растут в ответ на длинный световой день.
Рост деревьев в арктических регионах зависит от вечной мерзлоты, поскольку подземная замерзшая вода ограничивает рост глубоких корней. Большая часть тундры имеет непрерывную вечную мерзлоту, в то время как бореальные леса существуют в районах с небольшим количеством или полным отсутствием вечной мерзлоты. Однако арктическая вечная мерзлота не остается незатронутой.
По мере потепления арктического климата (что происходит в два раза быстрее, чем в среднем по миру), последующее таяние и исчезновение вечной мерзлоты повысит выживаемость ранних саженцев деревьев. Было обнаружено, что наличие кустарникового полога положительно связано с дальнейшей выживаемостью и ростом саженцев в деревья. Состав видов и функционирование экосистем в регионе претерпевают быстрые изменения. По мере потепления климата и деградации вечной мерзлоты растительность может перейти от безлесной арктической к древесно-доминируемой в будущем6.
Уменьшит ли смещение растительности в сторону арктического ландшафта с преобладанием деревьев уровень CO в атмосфере?2 за счет усиления фотосинтеза и смягчения последствий изменения климата? Можно ли рассматривать арктический регион для лесонасаждения с целью удаления CO2 из атмосферы2. В обоих случаях арктическая вечная мерзлота должна сначала оттаять или деградировать, чтобы позволить рост деревьев. Однако таяние вечной мерзлоты высвобождает в атмосферу метан, который является мощным парниковым газом и способствует дальнейшему потеплению. Выделение метана из вечной мерзлоты также способствует возникновению масштабных лесных пожаров в регионе.
Что касается стратегии удаления атмосферного CO2 посредством фотосинтеза путем лесонасаждения или высадки деревьев в арктическом регионе и последующего смягчения последствий потепления и изменения климата, исследователи7 обнаружили, что этот подход не подходит для региона и контрпродуктивен для смягчения последствий изменения климата. Это связано с тем, что лесной покров снижает альбедо (или отражение солнечного света) и увеличивает темноту поверхности, что приводит к чистому потеплению, поскольку деревья поглощают больше тепла от солнца, чем снег. Кроме того, деятельность по посадке деревьев также нарушает углеродный пул арктической почвы, которая хранит больше углерода, чем все растения на Земле.
Таким образом, подход к смягчению последствий изменения климата не обязательно должен быть сосредоточен на углероде. Изменение климата касается энергетического баланса Земли (за вычетом солнечной энергии, остающейся в атмосфере, и солнечной энергии, покидающей атмосферу). Парниковые газы определяют, сколько тепла удерживается в атмосфере Земли. В арктических регионах в высоких широтах эффект альбедо (т. е. отражение солнечного света обратно в космос без преобразования в тепло) более важен (чем хранение углерода в атмосфере) для общего энергетического баланса. Следовательно, общая цель замедления изменения климата требует целостного подхода.
Ссылки:
- Кинан, ТФ, и др.. Ограничение исторического роста глобального фотосинтеза из-за роста CO2. Nat. Clim. Chang. 13, 1376–1381 (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41558-023-01867-2
- Новости лаборатории Беркли – Растения дают нам время, чтобы замедлить изменение климата – но недостаточно, чтобы остановить его. Доступно на https://newscenter.lbl.gov/2021/12/08/plants-buy-us-time-to-slow-climate-change-but-not-enough-to-stop-it/
- NASA. Углекислый газ. Доступно на https://climate.nasa.gov/vital-signs/carbon-dioxide/
- Бастин, Жан-Франсуа и др. 2019. Глобальный потенциал восстановления деревьев. Наука. 5 июля 2019 г. Том 365, выпуск 6448, стр. 76-79. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aax0848
- Чаздон Р. и Бранкальон П., 2019. Восстановление лесов как средство для достижения многих целей. Наука. 5 июля 2019 г. Том 365, выпуск 6448, стр. 24-25. DOI: https://doi.org/10.1126/science.aax9539
- Лимпенс, Дж., Фийен, Т.П.М., Кейзер, И. и др. Кустарники и деградировавшая вечная мерзлота прокладывают путь для укоренения деревьев на субарктических торфяниках. Экосистемы 24, 370–383 (2021). https://doi.org/10.1007/s10021-020-00523-6
- Кристенсен, Дж. А., Барберо-Паласиос, Л., Баррио, И. К. и др. Посадка деревьев не является решением проблемы климата в северных высоких широтах. Nat. Geosci. 17, 1087–1092 (2024). https://doi.org/10.1038/s41561-024-01573-4
