Как фотосинтез помогает предотвратить глобальное потепление
× Эта страница содержит заархивированный контент и больше не обновляется. На момент публикации он представлял собой наилучшую доступную науку.
Как растения могут изменить наш климат
«Рост растений может оказывать значительное влияние на климат», — говорит Вольфганг Бюрманн, географ из Бостонского университета. Он объясняет, что растения могут изменять температуру атмосферы Земли несколькими способами. В процессе фотосинтеза растения используют энергию солнца для извлечения углекислого газа из атмосферы, а затем используют его для создания углеводов, необходимых им для роста.Поскольку двуокись углерода является одним из самых распространенных парниковых газов, удаление газа из атмосферы может смягчить потепление нашей планеты в целом.
Растения также охлаждают ландшафт непосредственно посредством процесса, известного как транспирация. Когда окружающая атмосфера нагревается, растения часто выделяют в воздух лишнюю воду из своих листьев. Выпуская испаряющуюся воду, растения охлаждают себя и окружающую среду. «Это как потливость. Когда вы потеете, вы охлаждаете поверхность своей кожи», — говорит Буэрманн. Над пологом леса или обширным пространством пастбищ большое количество испарения может заметно увеличить количество водяного пара в атмосфере, вызывая больше осадков и облачный покров в районе. Дополнительный облачный покров часто усиливает охлаждение, блокируя солнечный свет.
Многие исследователи считают, что из-за этих процессов растения могут оказать значительное влияние на глобальный климат в будущем. Поскольку люди продолжают производить углекислый газ и другие парниковые газы, поверхность Земли, вероятно, будет нагреваться быстрее, чем за тысячу лет. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), к концу этого века Земля, вероятно, потеплеет еще на 1,4–5,8 градуса (IPCC 2001). Излишне говорить, что такие большие изменения климата, вероятно, изменят рост растительности во всем мире. Многие исследователи предполагают, что изменения в растительности могут либо ухудшить, либо замедлить глобальное потепление. Если, например, повышенная температура и уровень углекислого газа на Земле заставят растительность во всем мире процветать, растения могут поглощать больше углекислого газа и, таким образом, уменьшать воздействие парникового эффекта. Если, с другой стороны, глобальное потепление вызывает повсеместную засуху, то потеря растительности может привести к еще большему повышению температуры поверхности.
Чтобы смоделировать, а затем понять, как растительность взаимодействует с климатом, ученым потребуется вести точные записи о растительности Земли в будущем. Для этой цели в течение примерно последних двадцати лет исследователи использовали многоспектральные спутниковые инструменты дистанционного зондирования, такие как усовершенствованный радиометр очень высокого разрешения (AVHRR) на борту спутников NOAA, находящихся на полярной орбите. Как и в случае с большинством спутниковых инструментов дистанционного зондирования, AVHRR содержит несколько отдельных типов фотодетекторов, которые получают изображения различных полос (цветов) света, отраженного или излучаемого поверхностью и атмосферой Земли, включая синий, зеленый, красная, ближняя инфракрасная и даже тепловая инфракрасная энергия. На основе этих спутниковых данных ученые могут создавать изображения Земли, показывающие одну полосу света или комбинацию полос. С разрешением порядка 1 квадратного километра на пиксель и выше изображения AVHRR не очень подходят для просмотра деталей поверхности планеты размером меньше фермы, но они чрезвычайно полезны для картирования и мониторинга растительности в глобальном масштабе.
Поскольку растения «дышат» и «потеют», они помогают охлаждать атмосферу. Растения потребляют углекислый газ — значительный парниковый газ — в процессе фотосинтеза. Снижение содержания углекислого газа в атмосфере имеет косвенный охлаждающий эффект. Растения также охлаждают атмосферу, потому что они выделяют водяной пар, когда им становится жарко — процесс, похожий на потоотделение. На схеме слева показано микроскопическое строение листа, а также процессы фотосинтеза и транспирации. (Иллюстрация предоставлена П. Дж. Селлерсом и др.)
Чтобы узнать больше о роли растений в гидросфере, прочитайте Круговорот воды. Чтобы узнать больше о потреблении углекислого газа растениями, прочитайте «Углеродный цикл».
Однако количество и степень растительности нельзя определить только по необработанным спутниковым снимкам.Чтобы извлечь информацию о растительности из спутниковых данных, ученые должны манипулировать изображениями. В течение многих лет предпочтительным методом был нормализованный разностный вегетационный индекс (NDVI). Разработанный в 1979 году исследователем НАСА, NDVI является мерой плотности зеленой лиственной растительности или пышности растительности. [Для получения дополнительной информации см. Измерение растительности (NDVI и EVI)] NDVI создается путем наблюдения за несоответствием между видимым и ближним инфракрасным солнечным светом, который отражается от растительности. Как видно через призму, спектр солнечного света состоит из множества различных длин волн. Пигмент в листьях растений, хлорофилл, сильно поглощает видимый свет в солнечном спектре для использования в фотосинтезе. С другой стороны, клеточная структура листьев сильно отражает солнечный свет ближнего инфракрасного диапазона. Измеряя разницу между этими двумя длинами волн света в данных дистанционного зондирования, ученые могут получить относительную меру растительности. Если разница велика, то участок, скорее всего, будет густо засажен растительностью, а если значение маленькое, растительность, скорее всего, будет скудной.
