Как леса влияют на климат планеты
Поглощают ли леса углекислый газ?
Мы живем в изменяющемся климате: это можно не только доказать научными данными, например, фотографиями уменьшения арктического ледового покрова, но и вполне почувствовать на себе.
Читайте также
Уменьшение Арктического ледового покрова с сентября 1998 г (слева) к сентябрю 2018 г (справа) свидетельствует о глобальном потеплении. По данным National Snow and Ice Data Center (NSIDC)
Посетителям сайта Метеопрог наверняка известно, что большинство ученых связывают изменения климата с человеческим фактором: антропогенными выбросами парниковых газов, в первую очередь, двуокиси углерода СО2. Принято считать, что эффективным поглотителем СО2 являются леса. Без сомнения, леса – это бесценный дар. Они не только источник бесценного кислорода и других ресурсов, но и производитель целого ряда так называемых «экосистемных услуг». Этот термин введен учеными для обозначения всех благ (включая, например, возможность отдыха, получения эстетического удовольствия и т. п. ), которые предоставляют нам природные объекты: леса, озера, реки, парки.
Леса не только поглощают, но и выделяют углерод
Но с точки зрения поглощения углерода лесами все не так однозначно. Известно, что растения увеличивают свою биомассу путем фотосинтеза, при этом поглощая углерод, и дышат, т. е. производят энергию, необходимую для жизнедеятельности, что сопровождается выделением углерода. Лесная почва, в которой происходит распад органических веществ, еще в более значительных количествах выделяет СО2. Поэтому леса не только поглощают, но и выделяют углерод, причем заранее неизвестно, какой процесс при этом доминирует.
Для понимания изменений климата чрезвычайно важны знания о количественных показателях поглощения и выделения углерода всеми компонентами экосистем, в том числе и лесами. Но как в случае лесов это измерить? Ведь лес состоит из разнообразных растений, различного возраста, которые все и дышат, и фотосинтезируют с различной степенью интенсивности. Здесь на помощь пришла метеорология. Когда лес выделяет углерод, последний, за счет перемешивания, начинает распространяться в более высокие слои атмосферы, а когда лес поглощает углерод, происходит обратный процесс: из верхних слоев атмосферы СО2 поступает внутрь леса. Поэтому, если проводить измерения потока углерода на верхней границе леса, то можно подсчитать, какой процесс преобладает.
Обмен веществами в реальной атмосфере скорее родственен тому, что мы делаем, перемешивая ложкой сахар в чае.
Чтобы провести такие измерения, необходимо понимать природу перемешивания в атмосфере. Это не совсем обычная диффузия, о которой мы учили в школе. Обмен веществами в реальной атмосфере скорее родственен тому, что мы делаем, перемешивая ложкой сахар в чае. Дело в том, что атмосфера постоянно пульсирует. Мы чувствуем, что ветер никогда не бывает постоянным: он то ослабевает, то усиливается, поэтому мы говорим о «порывистости» ветра. Подобным же образом пульсируют и остальные характеристики атмосферы:
- температура,
- влажность,
- давление,
- концентрации всех веществ.
Просто эти пульсации не так заметны. Взаимодействие этих так называемых «турбулентных» пульсаций – и есть то самое «перемешивание ложкой». Когда, например, ветер усиливается одновременно с увеличением температуры и ослабевает одновременно с уменьшением температуры, то возникает поток тепла. Совершенно аналогично возникают и другие потоки, в том числе углерода.
Поэтому если одновременно измерять над лесом пульсации скорости ветра и пульсации концентрации двуокиси углерода, то можно буквально посчитать величину потока вещества. Такие измерения называются ковариационными измерениями потоков (eddy covariance flux measurements). Над лесом устанавливается вышка с акустическим анемометром и инфракрасным газоанализатором, с помощью которых проводятся синхронные ежесекундные измерения пульсаций ветра и концентрации СО2. Величина потока получается путем умножения обоих значений и осреднения за длительный промежуток времени (от получаса до нескольких лет).
Вышка для ковариационных измерений потока углерода в лесу Гарварда (Harvard Forest), США (слева); акустический анемометр и инфракрасный газоанализатор (справа).
В рамках международного проекта FLUXNET была создана сеть таких станций для измерения углеродных потоков в лесах мира. Исследования показали, что широколиственные леса очень эффективно поглощают углерод, причем это поглощение тем больше, чем длительнее период вегетации [1]. Степень поглощения углерода хвойными лесами очень различна в зависимости от возраста, географического расположения леса, климатических условий. Например, старый хвойный лес в месте расположения станции Норунда (Швеция) создает практически нулевой годовой баланс углерода. Тогда как еловый лес Национального парка Айфель (Германия) является эффективным поглотителем углерода (660 г С·м-2·год-1) [2].
Сеть станций ковариационных измерений потоков FLUXNET.
Надо отметить, что станции с ковариационными измерениями потоков служат не только для исследований углеродного баланса. Этот мощный метод позволяет напрямую измерять характеристики разнообразных физических и биологических обменов в экосистемах, таких, как обмены теплом, влагой и разнообразными химическими веществами, что раньше было невозможно. Это богатейшая область исследований, и полученные результаты – это только начало.
Ссылки
1.Baldocchi D. E. , Falge, L. Gu, R. Olson, D. et al. (2001) FLUXNET: A New Tool to Study the Temporal and Spatial Variability of Ecosystem-Scale Carbon Dioxide, Water Vapor, and Energy Flux Densities. Bull. Amer. Meteor. Soc. , 82, 2415–2434
2.Ney P. , Graf A. , Bogena H. , et al. (2019) CO2 fluxes before and after partial deforestation of a Central European spruce forest // Agricultural and Forest Meteorology, 274, 61-74
Автор статьи: Иван Ковалец - доктор технических наук, зав. отделом Информатики окружающей среды ИПММС НАН Украины.
