Способность Земли поглощать почти треть антропогенных выбросов углерода через растения может быть уменьшена вдвое в течение следующих двух десятилетий при нынешних темпах потепления.
Такие данные предлагает новое исследование, представленное в журнале Science Advances. За его проведение отвечали ученые из Университета Северной Аризоны, Центра исследования климата Вудвелла и Университета Вайкато, Новая Зеландия. Используя данные более чем за два десятилетия с измерительных вышек в каждом крупном биоме по всему миру, команда определила критическую точку для температуры, за пределами которой способность растений улавливать и накапливать атмосферный углерод уменьшается по мере повышения температуры.
Земная биосфера – деятельность наземных растений и почвенных микробов отвечает за большую часть «дыхания» Земли, проводя круговорот углекислого газа и кислорода. Экосистемы по всему миру поглощают углекислый газ посредством фотосинтеза и высвобождают его обратно в атмосферу через дыхание микробов и растений. За последние несколько десятилетий биосфера в целом поглотила больше углерода, чем высвободила, что смягчило последствия изменения климата.
Но поскольку рекордные температуры продолжают фиксироваться все чаще по всему миру, такой эффект не может длиться долго. Группа ученых обнаружила температурный порог, при превышении которого поглощение углерода растениями замедляется, а высвобождение ускоряется.
Ведущий автор Катарин Даффи, научный сотрудник Университета Северной Аризоны, заметила резкое снижение фотосинтеза выше этого температурного порога почти в каждом биоме по всему миру, даже после учета других эффектов, таких как вода и солнечный свет.
«Земля находится в состоянии лихорадки, как человеческое тело. Мы знаем, что каждый биологический процесс имеет диапазон температур, при котором он работает оптимально, и температур, выше которых функция ухудшается», – рассказывает Даффи. «Итак, мы хотели понять, какую температуру могут выдержать растения?».
Это исследование является первым, определяющим температурный порог для фотосинтеза на основе данных наблюдений в глобальном масштабе. В то время как температурные пороги фотосинтеза и дыхания изучались в лаборатории, данные Fluxnet дают представление о том, какие экосистемы по всей Земле фактически испытывают сложности и как они реагируют.
«Мы знаем, что оптимальные температуры для людей находятся в районе 37 градусов по Цельсию, но мы не знали, каковы были эти оптимумы для земной биосферы», – отмечает Даффи.
Она объединилась с исследователями из Центра исследования климата Вудвелла и Университета Вайкато, которые недавно разработали новый подход, чтобы ответить на вопрос, используя теорию макромолекулярной скорости (MMRT). Основываясь на принципах термодинамики, MMRT позволила исследователям построить температурные кривые для каждого крупного биома и земного шара в целом.
Результаты оказались тревожными.
Исследователи обнаружили, что температурные «пики» поглощения углерода – 18 градусов по Цельсию для наиболее распространенных растений C3 и 28 градусов для растений C4. Они уже превышаются в природе, но не наблюдается температурной проверки дыхания. Это означает, что во многих биомах продолжающееся потепление вызовет снижение фотосинтеза, в то время как частота дыхания растет экспоненциально, изменяя баланс экосистем, превращая их из поглотителей углерода в производителей, и ускоряя изменение климата.
«Растения различаются по реакции на температуру, но у всех наблюдается снижение фотосинтеза, когда становится слишком тепло», – отмечает соавтор исследования Джордж Кох из Университета Северной Аризоны.
В настоящий момент менее 10 процентов земной биосферы испытывают температуры, превышающие этот фотосинтетический максимум. Но при нынешних темпах выбросов до половины земной биосферы могут столкнуться с превышением этого порога в середине века. Некоторые из наиболее богатых углеродом биомов в мире, включая тропические леса в Амазонии и Юго-Восточной Азии, тайгу в России и Канаде станут одними из первых, кто достигнет этого переломного момента.
«Самое поразительное, что показал наш анализ – это то, что оптимумы температуры для фотосинтеза во всех экосистемах были низкими», – отмечает Вик Аркус, биолог из Университета Вайкато и соавтор исследования. «В сочетании с повышенной скоростью дыхания экосистемы при наблюдаемых нами температурах, наши результаты показывают, что любое превышение 18 градусов по Цельсию потенциально пагубно сказывается на земных поглотителях углерода. Без ограничения потепления, которое позволит оставаться в нижних границах, установленных Парижским соглашением, поглотители углерода не будут компенсировать наши действия, выигрывая нам время».