Насколько леса могут бороться с изменением климата?
Предполагается, что деревья замедляют глобальное потепление, но все больше данных свидетельствует о том, что они не всегда могут быть спасителями климата.
- Габриэль Попкин
- Габриэль Попкин — независимый журналист из Маунт-Рейнир, штат Мэриленд.
Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar.
Когда дело доходит до борьбы с глобальным потеплением, деревья стали одним из самых популярных видов оружия. Поскольку страны добились незначительного прогресса в контроле выбросов углерода, многие правительства и сторонники выдвинули планы по посадке огромного количества деревьев для поглощения углекислого газа из атмосферы в попытке замедлить изменение климата. Но новые исследования показывают, что деревья не всегда могут помочь так сильно, как некоторые надеются.
Лесные схемы получили большой импульс благодаря Парижскому соглашению по климату 2015 года, в котором впервые учитывались усилия всех стран по компенсации выбросов углерода в результате использования ископаемого топлива и других источников путем посадки или защиты лесов. Китай намерен посадить деревья на территории, в четыре раза превышающей территорию Соединенного Королевства.Калифорния разрешает владельцам лесов продавать кредиты CO2компании, производящие выбросы, и другие штаты США рассматривают аналогичные программы, которые могли бы мотивировать проекты по созданию новых лесов и защите существующих. Европейский союз движется к тому, чтобы разрешить странам включать посадку леса в свои планы по борьбе с изменением климата; некоторые страны блока также выделили миллиарды долларов на программы тропических лесов.
Многие ученые приветствуют стремление к расширению лесов, но некоторые призывают к осторожности. Они утверждают, что леса оказывают гораздо более сложное и неопределенное воздействие на климат, чем признают политики, экологи и даже некоторые ученые. Хотя деревья охлаждают земной шар, поглощая углерод посредством фотосинтеза, они также выделяют сложную смесь химических веществ, некоторые из которых согревают планету. Темные листья деревьев также могут повышать температуру, поглощая солнечный свет. Несколько анализов, проведенных за последние несколько лет, показывают, что это потепление от лесов может частично или полностью компенсировать их охлаждающую способность.
Такие опасения вызвали бурные споры среди ученых о том, как леса в разных регионах оказывают потепление или охлаждение. Никто не отрицает, что деревья полезны для окружающей среды; в конце концов, леса приносят массу преимуществ и являются местом обитания большей части наземного биоразнообразия мира. И ни один исследователь не предлагает вырубать существующие леса или сворачивать усилия по борьбе с обезлесением. Но по мере того, как правительства, корпорации и некоммерческие организации продвигают все более амбициозные программы по замедлению изменения климата, некоторые ученые предостерегают от того, чтобы полагаться на леса как на решение проблемы глобального потепления, пока не появится лучшее понимание. Исследователи участвуют в крупных кампаниях по сбору данных с помощью самолетов, спутников и вышек в лесах для отбора проб полного набора химических веществ, выделяемых деревьями, которые могут влиять как на климат, так и на загрязнение воздуха.
В то же время некоторые исследователи обеспокоены публикацией результатов, опровергающих идею о том, что леса охлаждают планету. Одному ученому даже угрожали смертью после того, как он написал комментарий, в котором выступал против посадки деревьев для предотвращения изменения климата.
Вопросы умножаются по мере того, как все больше ученых вступают в дискуссию. В то же время все более мрачные предупреждения об изменении климата — и потенциальные огромные суммы денег, которые могут быть направлены на посадку лесов — сделали изучение того, как деревья влияют на климат, неотложной задачей. «Люди хотят ответа; они хотят иметь возможность сказать: «Вот что мы должны делать», — говорит Гордон Бонан, геолог из Национального центра атмосферных исследований в Боулдере, штат Колорадо. Когда дело доходит до лесов и их способности охлаждать климат, говорит он, «есть много искажений или преувеличений того, что можно сделать».
Углеродные губки
Если программы посадки деревьев будут работать, как рекламируется, они смогут выиграть драгоценное время для мира, чтобы уменьшить свою зависимость от ископаемого топлива и заменить его более чистыми источниками энергии. Согласно одному широко цитируемому исследованию 2017 года 1, леса и другие экосистемы могут обеспечивать более одной трети общего количества CO.2 сокращения, необходимые для удержания глобального потепления на уровне ниже 2 °C до 2030 года.
Хотя анализ основан на больших предположениях, таких как наличие механизмов финансирования и политической воли, его авторы говорят, что леса могут быть важным временным решением, пока мир занимается основным источником выбросов углерода: сжиганием ископаемого топлива. «Это веревка, которую бросает нам природа», — говорит Питер Эллис, специалист по лесному углероду из The Nature Conservancy в Арлингтоне, штат Вирджиния, и один из авторов статьи.
Первое подозрение, что растения высасывают CO2 из воздуха восходит к 1780-м годам, когда швейцарский пастор Жан Сенебьер выращивал растения в различных экспериментальных условиях. Он предположил, что растения разлагают CO.2 из воздуха и включают углерод, идея, подтвержденная последующими открытиями о механизмах фотосинтеза.
Более двух столетий спустя идеи Сенебьера стали ключевым компонентом планов по борьбе с накоплением CO.2 в атмосфере. Причина в том, что деревья могут удерживать углерод в своей древесине и корнях на десятилетия или даже столетия. Соглашение по климату 1997 года, известное как Киотский протокол, позволило богатым странам учитывать запасы углерода в лесах для достижения своих целей по ограничению выбросов парниковых газов. На практике это сделали немногие страны из-за громоздких механизмов учета соглашения и других факторов. Более поздние переговоры заложили основу, позволяющую богатым странам платить более бедным тропическим странам за сокращение выбросов в результате обезлесения и увеличение содержания углерода в лесах. Эта структура была формализована Парижским соглашением 2015 года, которое требовало от стран взять на себя обязательства по сокращению выбросов парниковых газов; более 50 стран обязались увеличить лесной покров или защитить существующие леса (см. «Где деревья?»).
Для таких схем требовались точные данные о том, сколько углерода содержится в лесах. В последние несколько десятилетий ученые работали над созданием национальных оценок потерь и поступлений углерода от растительности, изучая полевые участки и просматривая спутниковые данные. В 2011 году международная группа под руководством исследователей из Лесной службы Министерства сельского хозяйства США пришла к выводу, что леса во всем мире являются крупным поглотителем углерода, поглощая из воздуха больше углерода в результате фотосинтеза и производства древесины, чем выделяются в результате дыхания и распада 2 .
Однако это не означает, что все леса охлаждают планету. Исследователям уже несколько десятилетий известно, что листья деревьев поглощают больше солнечного света, чем другие типы растительного покрова, такие как поля или голая земля. Леса могут уменьшить альбедо поверхности Земли, а это означает, что планета меньше отражает поступающий солнечный свет обратно в космос, что приводит к потеплению.Этот эффект особенно заметен в более высоких широтах и в горных или засушливых регионах, где медленно растущие хвойные деревья с темными листьями покрывают светлую землю или снег, которые в противном случае отражали бы солнечный свет. Однако большинство ученых согласны с тем, что тропические леса явно охлаждают климат: деревья там растут относительно быстро и испаряют огромное количество воды, которая образует облака — два эффекта, которые помогают охлаждать климат.
Более поздние исследования расширились, чтобы включить другие способы, которыми леса могут влиять на климат. Ученые выяснили, что пока деревья живут, растут и умирают, они находятся в постоянном диалоге с воздухом, обмениваясь углеродом, водой, светом и ошеломляющим набором химических веществ, которые могут взаимодействовать с климатом.
Атмосферный химик Надин Унгер, тогда работавшая в Йельском университете в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, провела одно из первых глобальных исследований, изучающее одну часть этого обмена: влияние летучих органических соединений или ЛОС, выделяемых деревьями. К ним относится изопрен, небольшой углеводород, который может нагревать земной шар несколькими способами. Он может вступать в реакцию с оксидами азота в воздухе с образованием озона — сильнодействующего газа, способствующего потеплению климата, когда он находится в нижних слоях атмосферы. Изопрен также может продлить срок службы атмосферного метана — еще одного парникового газа. Тем не менее, изопрен также может оказывать охлаждающее действие, способствуя образованию аэрозольных частиц, которые блокируют поступающий солнечный свет.
Унгер создал модель системы Земли, в которой оценивалось воздействие химических выбросов из лесов. Ее результаты показывают, что преобразование лесов в сельскохозяйственные угодья на протяжении всей индустриальной эры могло иметь незначительное влияние на климат в целом 3 . Вырубка лесов высвобождала углерод, хранящийся в деревьях, но увеличивала альбедо Земли (что приводило к похолоданию) и уменьшала выбросы летучих органических соединений, которые могут как охлаждать, так и нагревать.
Как следствие, Унгер предположил, что лесовосстановление также будет иметь неопределенное воздействие на климат.Деревья в тропических и умеренных зонах выделяют огромное количество изопрена, которое не учитывается в большинстве схем лесного хозяйства. Бореальные леса более высоких широт выделяют в основном терпены, которые помогают охлаждать климат, образуя аэрозоли, которые могут блокировать солнечный свет и способствовать образованию облачных частиц, хотя Унгер не пытался количественно оценить этот эффект засева облаков. Она признала, что ее исследование было первым шагом, и призвала усилить мониторинг химических веществ в лесу и их атмосферных взаимодействий.
Она продолжила свою исследовательскую работу, написав авторскую статью в Газета "Нью-Йорк Таймс под названием «Чтобы спасти планету, не сажайте деревья», в котором утверждалось, что большая неопределенность в отношении того, в какой степени леса охлаждают или согревают климат, делает посадку деревьев рискованной стратегией борьбы с изменением климата. Статья, и особенно заголовок (который Унгер не писал), вызвали шквал жалоб со стороны исследователей, которые оспаривали науку и заявляли, что статья угрожает подорвать многолетние исследования и защиту. Группа из 30 ученых-лесоводов написала ответ на веб-сайте экологических новостей Mongabay, в котором говорится: «Мы категорически не согласны с основным сообщением профессора Унгера».
Унгер говорит, что ей угрожали смертью, и что некоторые коллеги перестали с ней разговаривать. Некоторые ученые, однако, согласились с тем, что важно учитывать воздействие лесных ЛОС. Последующие исследования как поддержали, так и опровергли анализ Унгера 2014 года. Команда под руководством Доминика Спраклена и Кэтрин Скотт, атмосферных химиков из Университета Лидса, Великобритания, запустила модель, которая включала в себя то, как аэрозоли из лесов могут создавать облака, отражающие солнечный свет. Они пришли к выводу, что чистый эффект ЛОС из лесов заключается в охлаждении глобального климата 4 .
Унгер, в свою очередь, подвергает сомнению некоторые предположения Скотта и Спраклена. Унгер, который сейчас работает в Эксетерском университете, Великобритания, и Спраклен обсуждают использование общего экспериментального дизайна, чтобы попытаться разрешить свои разногласия.
Они и другие исследователи говорят, что такие исследования сдерживаются скудными наборами данных о выбросах в лесах. «На мой взгляд, мы все еще недостаточно знаем», чтобы сказать, какой эффект оказывают ЛОС в лесу, — говорит Алекс Гюнтер, атмосферный ученый из Калифорнийского университета в Ирвине.
Последние результаты еще больше усложняют задачу. Эколог Сунита Пангала из Ланкастерского университета, Великобритания, провела большую часть 2013 и 2014 годов в тропических лесах Амазонки, где она разместила газоизмерительные камеры вокруг стволов более 2300 деревьев. «Что нас действительно удивило, так это масштабы выброса метана этими деревьями», — говорит Пангала. Она и Винсент Гаучи из Открытого университета в Милтон-Кинсе, Великобритания, и их коллеги сообщили в 2017 году, что на деревья приходится около половины общих выбросов метана Амазонки 5 . Ранее исследователи предполагали, что метан просачивается в воздух прямо из почвы, где его производят микробы. Новая работа предполагает, что деревья могут быть еще одним каналом для этого микробного метана, что потенциально объясняет, почему над тропическими водно-болотными угодьями было обнаружено больше метана, чем было измерено только из почвы.
В исследовании, впервые опубликованном в октябре прошлого года, Гаучи и его коллеги добавили еще одну особенность, когда обнаружили, что метан и закись азота, также являющиеся парниковым газом, просачиваются из деревьев в горных лесах 6 .
Глобальное значение этих открытий до сих пор неясно. Пангала и Гаучи подсчитали, что охлаждающий эффект деревьев, поглощающих углерод, значительно превосходит потепление от выбросов метана и закиси азота деревьями. Но Кристофер Кови, ученый-эколог из Скидмор-колледжа в Саратога-Спрингс, штат Нью-Йорк, обнаружил утечку метана из незаболоченных деревьев в лесах умеренного пояса 7 и утверждает, что в некоторых местах такие выбросы могут уменьшить климатические преимущества деревьев больше, чем исследователи и экологи понимают. «Это действительно болезненное сообщение, — говорит он.
Недавний взрыв результатов подчеркивает необходимость полного учета воздействия лесов, говорит Унгер. «Пока мы понимаем, что тропические деревья забирают углекислый газ из атмосферы, мы также должны признать, что они выбрасывают в атмосферу метан и летучие органические соединения».
Станции действий
Ученые, выступающие за леса, говорят, что, хотя дополнительные исследования — это всегда хорошо, имеющиеся результаты уже достаточно зрелы, чтобы поддерживать использование лесов для борьбы с изменением климата, особенно с учетом срочности проблемы. «Мы не обязательно можем позволить себе откладывать эти вещи; мы должны начать предпринимать какие-то действия», — говорит Джейсон Фанк, ученый-эколог из Чикаго, штат Иллинойс, который был советником и наблюдателем Парижского соглашения.
В настоящее время исследователи обращаются к сложным компьютерным моделям и используют более крупные и полные наборы данных, чтобы точно определить, как леса в разных местах влияют на климат. В некоторых случаях результаты были отрезвляющими. В октябре прошлого года группа под руководством эколога Себастьяна Луйссаерта из Свободного университета Амстердама смоделировала различные сценарии управления лесами в Европе 8 . Исследователи пришли к выводу, что ни один из сценариев не окажет существенного глобального воздействия на климат, потому что эффекты потемнения поверхности и изменения облачного покрова от любых добавленных лесов примерно сведут на нет их преимущества в хранении углерода.
Чтобы оценить влияние лесонасаждений на климат в различных частях Соединенных Штатов, эколог Кристофер Уильямс из Университета Кларка в Вустере, штат Массачусетс, объединил глобальные спутниковые данные, собранные за более чем десятилетие, с цифрами по поглощению углерода, основанными на данных Лесной службы США. Обслуживание. В ходе предварительной работы он обнаружил, что добавление деревьев на западное побережье США и в регионы к востоку от реки Миссисипи имеет смысл с точки зрения климата.Но изменения альбедо делают посадку леса в Скалистых горах и на юго-западе США в большинстве случаев вредным для климата, потому что хвойные деревья, произрастающие в этих регионах, темные и поглощают больше солнечного света, чем подстилающие почвы или снег. Он надеется превратить это исследование в стандартизированную методологию, которую лесоустроители смогут использовать для оценки воздействия проекта на климат.
Однако заставить планировщиков принять такие методы может оказаться сложной задачей. Уильямс обнаружил, что некоторые сопротивляются рассмотрению эффектов альбедо, в том числе представители компаний, надеющихся продавать углеродные кредиты для лесных проектов. «Даже другие ученые иногда не верят в величину эффекта альбедо или даже в его существование», — говорит он.
«Я слышал, как ученые говорят, что если бы мы обнаружили, что вырубка лесов охлаждает планету, мы бы не опубликовали это».
Дополнительные данные о воздействии лесов на климат могут быть получены в результате долгосрочных исследований, в которых отслеживаются газы и химические вещества, которые выделяют и поглощают деревья. Исследователи используют 325-метровую башню в Амазонке для мониторинга потоков углерода, воды и других химических веществ на площади примерно 100 квадратных километров нетронутых тропических лесов к северо-востоку от Манауса в Бразилии. Сопутствующая башня в Сибири делает то же самое.
Команды построили исследовательские башни меньшего размера, чтобы собрать аналогичные образцы в сотнях мест по всему миру среди различных типов леса; вышка в Норвегии, например, скоро станет первой в этой стране, которая начнет снимать данные в лесу. Но многие важные области еще не охвачены. Два инструмента НАСА, запущенные в прошлом году — «Исследование динамики глобальной экосистемы» и «Спутник-2 для изучения льда, облаков и рельефа местности» — вскоре должны дать более последовательную глобальную картину запасов углерода в лесах.
Ученые, обсуждающие влияние лесов на климат, очень хотят получить эти данные. И даже те, кто твердо убежден, что лесные проекты могут бороться с изменением климата, приветствуют дополнительную строгость более всесторонних исследований.Эллис, например, признает, что в анализе, в соавторстве с которым он работал 1 , эффекты альбедо учитывались лишь грубо; команда не учитывала выбросы летучих органических соединений и метана деревьями.
«Нам нужно более честно учитывать эти другие эффекты и быть более осторожными в том, как мы разрабатываем стратегию», — говорит Эллис. «Мы используем тупой инструмент, когда гораздо предпочтительнее использовать более острый».
Природа 565, 280-282 (2019)
использованная литература
- Гриском, Б.В. и другие.проц. Натл акад. науч. США114, 11645–11650 (2017). СтатьяPubMedGoogle Scholar
- Пан, Ю. и другие.Наука333, 988–993 (2011). СтатьяPubMedGoogle Scholar
- Унгер, Н. Природа Клим. Изменять4, 907–910 (2014). СтатьяGoogle Scholar
- Скотт, C.E. и другие.Община природы.9, 157 (2018). СтатьяPubMedGoogle Scholar
- Пангала, С.Р. и другие.Природа552, 230–234 (2017). СтатьяPubMedGoogle Scholar
- Уэлч Б., Гаучи В. и Сэйер Э. Дж. Глоб. Изменить биол.25, 361–372 (2019). СтатьяGoogle Scholar
- Кови К.Р., Вуд С.А., Уоррен Р.Дж. II, Ли X. и Брэдфорд М.А. Геофиз. Рез. лат.39, L15705 (2012). СтатьяGoogle Scholar
- Луиссарт, С. и другие.Природа562, 259–262 (2018). СтатьяPubMedGoogle Scholar
