Обратная реакция на потепление: как природа в Сибири «компенсирует» избыток углекислого газа
Западная Сибирь — это своего рода индикатор глобального потепления: из-за «континентальной» контрастности климата многие изменения здесь более резкие, и начинаются на несколько лет раньше, чем в других арктических регионах планеты. С другой стороны, по данным ученых Томского госуниверситета, именно у нас в Сибири можно наблюдать удивительные компенсаторные механизмы, которая «запустила» природа, чтобы справиться с растущим количеством парниковых газов. Как это работает — в новом выпуске проекта «Осторожно, климат!».
Для начала немного теории — чтобы понимать, почему так много внимания уделяется углероду органических веществ в контексте потепления климата. Двуокись углерода — один из основных парниковых газов, его антропогенные источники можно, в принципе, жестко контролировать. Но есть и запасы углерода, образованные самой природой: растения и прочая органика падают на землю, слой за слоем, тысячи лет накапливаются в почвах. В Сибири все это дело заморожено мерзлотой. Но то, что заморожено, при повышении температуры может разморозиться… И вот такие потенциальные источники углекислого газа контролировать намного сложнее.
Допустим, «расконсервация» древнего углерода произошла. Чтобы он окислился и превратился в СО2 (а потом попал в атмосферу и усугубил процессы глобального потепления), нужны определенные условия. Например, присутствие бактерий, минеральных веществ, доступ кислорода. Их и начали искать в почвах ученые Томского госуниверситета. В 2013 году они выиграли мегагрант под руководством ведущего ученого обсерватории Миди-Пиринейз (Франция) Олега Покровского. Олег Сергеевич и сейчас про себя говорит: я — физхимик-экспериментатор, а не климатолог.
«Наша группа исследовала, в частности, наземные экосистемы западно-сибирской части арктической зоны России, — рассказывает заведующий лаборатории «БиоГеоКлим» Сергей Лойко. — Стояла задача — оценить, как в теплеющем климате меняются природные химические процессы. В зарубежной научной литературе высказывалось мнение, основанное на анализе определенного типа отложений на севере Аляски и северо-востоке России, что при потеплении и последующем таянии мерзлоты из грунтов выделится законсервированный растворенный углерод, химические элементы, все это попадет в реки и «пыхнет» в атмосферу в виде углекислоты. Но достоверно никто не знал, справедливы ли такие прогнозы для нашего региона».
Сразу скажем: за несколько лет исследований ученые не обнаружили в западно-сибирских почвах никакого «криминала»:
«В мерзлотном слое могли, например, содержаться сахара и молочная кислота, а также азот, фосфор, кальций, необходимые для работы микробов и вовлечения древнего углерода в биогеохимический цикл, — поясняет Сергей Лойко. — Мы провели сотни анализов образцов, и оказалось, что в наших наземных экосистемах ничего такого нет. Единственный пул, который может выстрелить – это мерзлые торфяники. Во льду их торфяных залежей накапливаются те самые легко разлагаемые бактериями органические вещества. Хорошая новость в том, что процесс оттаивания торфяников очень не быстрый. Плохая — что он сильно ускоряется при пожарах, а число пожаров в условиях глобальной трансформации климата значительно возрастает».
Если сравнивать Западную Сибирь с Якутией, то, по словам Сергея Лойко, у нас меньше «реактивного углерода» в минеральных мерзлых породах: «Потому что в голоцене Сибирь, в отличие от Якутии, оттаивала глубже, и часть «лишнего» углерода выделилась уже тогда. Оптимум по температуре был около семи тысяч лет назад — торфяники росли по 1 см в год, как на дрожжах! Поглощали углекислый газ, выделявшийся из-за потепления. Сейчас похожее по скорости торфонакопление наблюдается на Васюгане.
В 2014 году группа Лойко пробурила скважину в мерзлом торфянике в Пуровском районе Ямало-Ненецкого автономного округа, чтобы следить за изменениями температуры почвы. Оказалось, что каждый год температура в скважине повышалась, а глубина оттаивания увеличивалась.
«Можно было списать это просто на увеличение внешней температуры, но, по нашему мнению, причиной было то, что мы бурили скважину летом и вытоптали лишайник возле нее. А лишайник — это хороший теплоизолятор, — считает Сергей Лойко. — Так что растительность в Арктике, ее изменения могут оказывать существенное влияние на мерзлоту. Например вытаптывание оленями лишайника, с одной стороны, усиливает оттаивание почвы, но появляющиеся осоковые и злаки ее лучше осушают своими корнями, тормозя процессы оплывания почв».
То же самое касается других экосистем, например, тундры.
«Из-за повышения температуры увеличивается продуктивность наземных экосистем, оттаивает почва, разрастаются кустарники и травы, лучше себя чувствуют растения торфообразователи на болотах, — говорит Сергей Лойко. — Они «подключаются» к процессу фотосинтеза, то есть поглощению углекислого газа и выработки кислорода. Растущие корни осушают почву, появляется возможность расти бОльшим растениям, которые поглощают еще больше СО2. Часть углерода остается в фитомассе, часть погребается под наносами в затапливаемых частях долин рек, а часть отлагается в виде торфа на болотах. Такая обратная реакция природы на негативные процессы.
Один и тот же овраг в поселке Тазовском (ЯНАО) в 1954 году и в 2020 году. На первом фото – «лысый» пейзаж, классическая голая тундра. На втором – буйная растительность, кустарники, травы…
Может ли природа компенсировать весь вред от антропогенной деятельности?
«Если посчитать площадь озеленения Арктики, растущие торфяники на болотах, то примерно на 30% территории севера Западной Сибири включились компенсаторные механизмы, — говорит Сергей Лойко. — Достаточно ли этого? Наверное, нет, если рост концентрации углекислого газа в атмосфере планеты продолжается».
Но учесть все факторы вручную крайне сложно. Например, если горит торфяник, то в атмосферу выделяется большое количество СО2. Но после пожаров начинает активно обновляться растительность, которая начинает поглощать углекислый газ… И так — с каждым фактором, прямо или косвенно влияющим на климат. По мнению Лойко, подсчитать итоговый баланс с большой достоверностью сможет только искусственный интеллект. Такая система в ТГУ сейчас готовится, в 2024 году состоится открытие центра AI в исследованиях и оптимизации углеродного следа. Также в ближайшие два года в рамках консорциума «Глобальные изменения Земли: климат, экология, качество жизни» при поддержке программы «Приоритет 2030» будет создан сертификационный центр по верификации, аудита и сертификации климатических проектов и секвестрационных технологий.