Американские исследователи выяснили, что в период с 2003 по 2021 год способность растений на суше поглощать CO₂ путем фотосинтеза возросла в условиях потепления климата.
В то же время океанические водоросли, особенно в тропических водах, стали гораздо хуже поглощать углерод. Это, по мнению исследователей, меняет баланс жизни на планете. В то время как суша становится все более продуктивной, морские экосистемы стремительно деградируют.
В новом исследовании ученые отмечают, что рост активности наземных растений несколько сдерживался небольшим снижением интенсивности фотосинтеза среди морских водорослей. По словам исследователей, эти результаты могут помочь в оценке состояния планеты, более эффективном управлении экосистемами и разработке более совершенных стратегий прогнозирования и решения климатического кризиса.
Фотосинтез осуществляют микроорганизмы, известные как первичные продуценты, составляющие основу пищевой цепи и поддерживающие почти все формы жизни на планете. Они используют солнечный свет для преобразования CO₂ в органическое вещество. Эти микроорганизмы возвращают часть поглощенного углерода за счет процесса, который называется автотрофным дыханием. Разница между поглощенным и высвобожденным углеродом называется чистой первичной продукцией.
«Чистая первичная продукция измеряет количество энергии, которую фотосинтезирующие организмы улавливают и используют для поддержания практически всей жизни в экосистеме. Как основа пищевых цепей, чистая первичная продукция определяет здоровье экосистемы, обеспечивает людей пищей и волокнами, снижает антропогенные выбросы углерода и способствует стабилизации климата Земли», — объясняет первый автор исследования, научный сотрудник лаборатории Веньхуна Ли в Школе окружающей среды им, Юйлун Чжан.
В предыдущих исследованиях чистой первичной продукции сухопутные и океанические экосистемы рассматривались отдельно. Поэтому ученые не имели представления о том, как происходит переработка CO₂ по всей планете, и как это влияет на усилия по замедлению глобального потепления.
В новом исследовании ученые проанализировали тенденции и изменения в глобальной чистой продукции в течение года. Они уделили особое внимание тому, как изменения на суше коррелируют с изменениями в океане.
«Если вы изучаете планетарное здоровье, вам необходимо учитывать как наземную, так и морскую среду для получения комплексного представления о чистой первичной продукции. Новаторские исследования, которые впервые объединили наземную и морскую первичную продукцию, не подвергались существенному обновлению более двух десятилетий», — отмечает соавтор исследования, руководитель кафедры биологии имени Ли Хилла Сноудона в школе Николаса, Николас Кассар.
Наблюдения спутников предоставляют непрерывную картину процесса фотосинтеза растений и морских водорослей, называемого фитопланктоном. Специализированные спутниковые приборы измеряют зелёность поверхности, отражающую содержание зелёного пигмента, хлорофилла, вырабатываемого фотосинтезирующими организмами.
После этого компьютерные модели оценивают чистую первичную продукцию, комбинируя данные о зелености поверхности с другими данными об окружающей среде, включая температуру, условия освещенности и изменчивость количества питательных веществ.
Исследователи использовали 6 различных наборов спутниковых данных о чистой первичной продукции. Три набора данных касались суши, и еще три — океанов. Используя статистические методы, они проанализировали годовые изменения чистой первичной продукции для суши и отдельно для океана.
Они обнаружили значительный рост первичной продукции на суше со скоростью 0,2 млрд метрических тонн углерода в год в период с 2003 по 2021 год. Эта тенденция была распространена от умеренных до бореальных (высокоширотных) зон, кроме тропиков Южной Америки.
А что же происходит в океанах?
Исследователи обнаружили общее снижение чистой первичной продукции углерода в морской среде примерно на 0,1 млрд тонн ежегодно за аналогичный период с 2003 по 2021 год. Наибольшее снижение наблюдалось преимущественно в тропических и субтропических океанических зонах, особенно в Тихом океане.
Для понимания потенциального влияния факторов экологии, ученые проанализировали такие переменные, как доступность света, температура воздуха и поверхности моря, осадки и глубина смешанного слоя — показатель, отражающий степень перемешивания верхнего слоя океана под влиянием ветра, волн и поверхностных течений.
«Смещение в сторону большей первичной продуктивности на суше в основном произошло за счет растений в более высоких широтах, где потепление увеличило вегетационный период и создало более благоприятные температуры, а также в умеренных регионах, где в некоторых районах наблюдалось локальное увлажнение, расширение лесов и интенсификация пахотных земель», — подчеркнул соавтор исследования, профессор наук о Земле и климате в Школе Николаса, Вэньхун Ли.
При этом в некоторых районах океана повышение температуры вызвало противоположный эффект. По словам Николаса Кассара, повышение температуры поверхности океанов, вероятно, привело к снижению первичной продукции фитопланктона в тропических и субтропических регионах, поскольку более теплые воды могут размещаться поверх более холодных и мешать смешиванию питательных веществ, необходимых для выживания водорослей.
Исследователи также выяснили, что хотя суша способствовала общему росту первичной продукции в мире, на изменчивость климата в течение года, особенно во время мощных климатических явлений, таких как Эль-Ниньо и Ла-Нинья, преимущественно влиял океан. Ученые обнаружили, что первичная продукция, которая образуется в океане, сильнее реагирует на Эль-Ниньо и Ла-Нинья, чем первичная продукция, образованная на суше.
«Серия событий Ла-Нинья частично обусловила изменение тренда первичной продукции океана, обнаруженного нами после 2015 года. Это открытие подчеркивает большую чувствительность океана к будущей изменчивости климата», — отмечает соавтор исследования, ученый с кафедры динамики климата в Школе Николаса, Шиненг Ху.
Авторы исследования отмечают, что их работа указывает на важную роль наземных экосистем в компенсации снижения чистой первичной продукции морского фитопланктона. При этом они добавляют, что снижение чистой первичной продукции в тропических и субтропических океанических зонах в сочетании со стагнацией на суше в тропиках может ослабить основу тропических пищевых цепей, что повлечет каскадные последствия для биоразнообразия, рыболовства и местной экономики. Со временем эти нарушения могут создать угрозу, ухудшив способность тропических регионов эффективно поглощать CO₂.
«Будет ли продолжаться снижение первичной продукции океана, и как долго и в какой степени рост на суше сможет компенсировать эти потери, остается ключевым вопросом без ответа, что имеет серьезные последствия для оценки состояния всех живых существ и разработки мер по смягчению последствий изменения климата. Долгосрочный скоординированный мониторинг экосистем суши и океана как неотъемлемых компонентов Земли крайне важен», — отмечает Юйлун Чжан.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature
Источник: SciTechDaily
Сообщить об опечатке
Текст, который будет отправлен нашим редакторам: