Фотосинтез против санкций

Санкции и напряженная политическая обстановка не помешали группе ученых, в том числе и из России, провести масштабное исследование наземных экологических систем.

О работе, которая посвящена наземным экосистемам и опубликована в журнале PNAS, «Газете.Ru» рассказал российский участник исследования Андрей Варлагин — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории биогеоценологии им. В.Н. Сукачева при Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН.

— В чем состоит главный вывод работы? В чем ее новизна?

— В настоящее время оценки поглощения углерода наземными экосистемами неоднозначны, что приводит к существенным неопределенностям при моделировании динамики концентрации СО₂ в атмосфере и прогнозах климатических изменений. Вариабельность в значительной степени обусловлена оценками валовой первичной продукции — фиксации углекислого газа в процессе фотосинтеза в масштабе наземных экосистем планеты — GPP, которые существенно меняются во времени и в пространстве.

Фотосинтез на уровне листа хорошо поддается описанию биохимическими моделями фотосинтеза. Однако при масштабировании до уровня экосистемы, региона, континента и планеты в целом возникают большие неопределенности, обусловленные свойствами растительности, продолжительностью вегетационного сезона, экстремальными климатическими явлениями и прочими факторами.

Наше исследование показало, что фенологические и физиологические свойства экосистемы могут быть интегрированы в индекс, включающий продолжительность вегетационного периода и максимальное за сезон значение фотосинтеза и подходящий для описания изменчивости GPP в пространстве и времени, а также в результате экстремальных климатических явлений и катастрофических природных нарушений.

— Какие методы при этом использовались? В чем состоит непосредственно ваш вклад?

— Применяемые нами методы относятся как к анализу данных дистанционного зондирования, так и к многолетним прямым полевым измерениям.

В случае дистанционного зондирования мы использовали данные со спектрорадиометра MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), установленного на борту американского спутника серии EOS Terra.

На уровне экосистем GPP рассчитывался на основе многолетних непрерывных рядов наблюдений потоков, полученных методом турбулентных пульсаций (eddy covariance technique). Метод турбулентных пульсаций позволяет проводить прямые измерения потоков тепла, Н₂О, СО₂, других парниковых газов между экосистемой и атмосферой. В работе использованы данные для 213 станций мониторинга общемировой сети Fluxnet, которые охватывают все климатические зоны и почти все типы растительности Земли.

Сотрудниками лаборатории биоценологии ИПЭЭ РАН, в состав которых вхожу и я, совместно с Институтом Макса Планка в конце 1990-х были инициализированы первые в России и одни из первых в мире долговременные наблюдения за составляющими энергомассообмена экосистем с применением технологии eddy covariance на территории Центрально-Лесного заповедника, расположенного в Нелидовском районе Тверской области.

Исследования, проводимые на территории заповедника, дополняют мировую сеть Fluxnet измерений потоков по унифицированным методам, которые позволяют получать сопоставимую информацию о динамике и устойчивости базовых функций экосистем в различных регионах к изменяющимся условиям климата и антропогенной нагрузки.

Длительность полученных непрерывных уникальных рядов прямых измерений на экосистемном уровне позволяет провести анализ отклика состояния, выраженный через изменчивость потоков тепла, влаги и газообмена СО₂, на глобальные изменения, характерные для региона. Многолетние наблюдения предоставляют возможность на основе модельных подходов и с привлечением данных дистанционного зондирования оценить не только близкий, но и отдаленный отклик экосистем на антропогенные воздействия, экстремальные погодные условия и климатические аномалии.

— Как выводы, приведенные в статье, помогут бороться с изменением климата?

— Вряд ли можно утверждать, что научные факты, изложенные в статье, наравне с результатами и выводами способны «помочь бороться с изменением климата».

На увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере можно воздействовать снижением антропогенных выбросов. Изменение теплового баланса Земли может контролироваться, хотя и очень незначительно, различными методами геоинженерии, в том числе искусственным изменением альбедо.

Эти вопросы не являются адресантами нашей работы. Выводы, приведенные в ней, актуальны прежде всего для моделирования и более точного прогнозирования прямых и обратных связей между климатическими характеристиками и углеродным циклом наземных экосистем.

Например, потепление климата приводит к большему поглощению СО₂ экосистемами высоких широт за счет увеличения продолжительности вегетационного сезона, но с другой стороны, может снизить поглощение СО₂ путем подавления максимальных значений фотосинтеза ввиду быстрого таяния снега весной и последующего недостатка влаги. Как конкретно это отразится на региональных и глобальных оценках СО₂ — на этот вопрос научное сообщество будет отвечать, имея в том числе и результаты нашего исследования.

— Какие перспективы у направления, которому посвящена данная работа?

— Как я отметил выше, глобальные значения GPP, имеющиеся на сегодня, отличаются в разы, что приводит к серьезным неточностям при моделировании динамики концентрации СО₂ в атмосфере и прогнозах климатических изменений, приводящих к увеличению экстремальных погодных явлений (наводнения, засухи, ураганы, пожары).

Ускорить развитие научного знания в этом направлении можно только совместным использованием трех основных инструментов — долговременного мониторинга, моделирования, использования данных дистанционного зондирования. Каждый из этих методов сейчас интенсивно развивается, что позволяет нам надеяться на значительный прогресс в обозримом будущем.

— Где проводились изыскания? Помогали ли вам российские учреждения или работа шла только за рубежом?

— Общемировая сеть станций мониторинга Fluxnet на данный момент включает в себя около 700 станций. При этом на территории России в настоящее время ведутся долговременные наблюдения только в нескольких точках, что крайне недостаточно, учитывая территорию и разнообразие климатических зон и типов растительности.

Здесь я хотел бы перечислить учреждения и группы, которые, несмотря на отсутствие специальных программ, нашли возможность поддерживать многолетние исследования:
— Институт проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН — станции мониторинга в Центрально-Лесном заповеднике (Тверская область); 
— Институт биологии Коми НЦ УрО РАН — станции в типичных экосистемах южной тайги (Республика Коми);
— Институт леса им. В.Н. Сукачева СО РАН — станции в районе среднего течения реки Енисей (Красноярский край);
— Институт биологических проблем криолитозоны СО РАН — станции в типичных экосистемах Якутии.

— Не повлияла ли нынешняя политическая обстановка на ваше сотрудничество с иностранными коллегами?

— Я не могу сказать, что современная, крайне неприятная политическая ситуация повлияла на наши научные связи и контакты. Подавляющее большинство представителей международного научного сообщества понимают, что наука не имеет границ, а научные успехи являются результатом совместных усилий. Доказательством этого может служить в том числе и сегодняшняя публикация в PNAS — результат работы коллектива ученых из 16 стран.