Наземные экосистемы оказывают заметное влияние на климат

Наземные экосистемы, поглощая или выделяя огромное количество парниковых газов (СО2, метана, оксидов азота), тем самым не только участвуют в глобальном круговороте углерода, но и оказывают заметное влияние на климат. Однако не меньшее значение имеет и обратное воздействие - влияние климата на процессы, протекающие в экосистемах. В статье, опубликованной в журнале Nature, Мартин Хайманн (Martin Heimann) и Маркус Райхштайн (Markus Reichstein) из Института биогеохимии Макса Планка (Йена, ФРГ) подчеркивают, что взаимосвязь климата и процессов, протекающих внутри экосистем, остается еще крайне малоизученной. Очевидно только, что эффекты глобального потепления могут экосистемами как ослабляться, так и усиливаться.Если в какой-то экосистеме увеличивается масса растительности или запасы органического вещества в почве, то очевидно, что процессы потребления углекислого газа (СО2) преобладают над процессами выделения (экосистема работает как "сток" атмосферного углерода). Если же интенсивнее идут процессы разложения органического вещества, а количество СО2, выделяемого в ходе дыхания грибов и бактерий (а также самих растений), превышает количество СО2, фиксируемого в процессе фотосинтеза, то данная экосистема становится источником атмосферного углерода. Параллельно росту содержания СО2 в атмосфере происходит и увеличение средней температуры (глобальное потепление есть уже твердо установленный факт, с которым нельзя не считаться). Но только с билайн корбиной, вы сможете увидить все что вас интересует! Поскольку интенсивность дыхания любых организмов при увеличении температуры растет экспоненциально (по закону Аррениуса), то неудивительно, что возрастает и суммарное дыхание экосистемы. В итоге леса тропического пояса (а это самые продуктивные экосистемы мира) становятся местами стока атмосферного углерода только в более влажные годы, а в годы более сухие оказываются местами его выделения. Отсюда - сильные межгодовые колебания содержания СО2 в атмосфере, коррелирующие с климатическими особенностями того или иного года, в частности с выраженностью явления Эль-Ниньо (точнее "Эль-Ниньо - Южная осцилляция"), которое сказывается на режиме выпадения осадков в Южной Америке и Юго-Восточной Азии.Оценить роль наземных экосистем в круговороте углерода непросто и потому, что в используемых для этого моделях процесс создания органического вещества, протекающий в надземных частях растений, рассматривается совершенно отдельно от процессов разложения органического вещества, происходящих в почве. На самом деле "надземные и "подземные" процессы, конечно, взаимодействуют, но как - не всегда ясно. Особенно плохо известно, что происходит в почве. Если, к примеру, органическое вещество сосредоточено преимущественно в самых верхних слоях, а корни растений располагаются гораздо глубже - там, где больше почвенной влаги или близок водоносный слой, то в случае быстрого наступления засухи разложение органического вещества может остановиться, а фотосинтез будет продолжаться (экосистема будет работать как "сток" углерода). Но если воды будет не хватать корням, то резко затормозится и фотосинтез.Важно учитывать и то, что экосистемы суши реагируют не столько на средние показатели климата, сколько на конкретную обстановку, сложившуюся в определенном месте в определенное время. Так, сильнейшая жара в Европе летом 2003 года привела к столь резкому снижению первичной продукции, что свела на нет результаты накопления органического вещества за предыдущие 4 года. Кроме того, после таких сильных засух нередко наблюдается массовая гибель деревьев в последующие года. Жара, особенно если она сопровождается ветрами, резко повышает вероятность возникновения крупных лесных пожаров, в результате которых в атмосферу попадает огромное количество СО2.В своей статье Хайманн и Райхштайн приводят обобщенные схемы трех примеров, иллюстрирующих то, как происходящее внутри экосистем может сказываться на круговороте углерода, в частности на соотношении процессов выделения его в атмосферу и поглощения из атмосферы.Первый пример касается районов вечной мерзлоты, где, по существующим оценкам, в замороженном состоянии находится по крайней мере 400 петаграмм (4 × 1011 тонн; "пета-" означает 1 × 1015) углерода органического вещества. Очевидно, что при повышении температуры воздуха возникает угроза поступления в атмосферу огромного количества метана и СО2. Таким образом тепловой эффект усиливается, что способствует выделению еще большего количества метана и углекислого газа.Второй пример иллюстрирует ситуацию, когда добавление в систему нового, легко разлагаемого бактериями субстрата (например, глюкозы и даже целлюлозы) приводит к тому, что размножившиеся бактерии принимаются за разложение старого более устойчивого органического вещества. Такое происходит, в частности, когда в ответ на увеличение содержания в атмосфере СО2 стимулируется рост корней растений и выделение ими в среду легко разлагаемых органических веществ. В результате также может достигаться значительное усиление процесса выделения в атмосферу углерода.Третий пример касается взаимодействия циклов азота и углерода. Во многих случаях рост первичной продукции, произошедшей в условиях более высокой концентрации атмосферного СО2, приводит к дефициту азота, причем не только для самих растений, но и для микроорганизмов, осуществляющих деструкцию органических веществ. В заключение авторы подчеркивают, что, несмотря на значительную неопределенность в существующих оценках, очевидно, что наземные экосистемы могут работать как усилители воздействия повышенных температур на эмиссию парниковых газов. Однако для получения надежных количественных прогнозов нужны дополнительные данные. В частности, полезными могут оказаться результаты длительных многофакторных экспериментов в сочетании с наблюдениями, не нарушающими структуру экосистем (прежде всего - с оценкой потоков углерода).