Без рослин Земля готувала б мільярди тонн додаткового вуглецю

Посилене зростання зеленолистої зелені на Землі протягом 20 століття суттєво уповільнило перехід планети до розпеченої, згідно з першим дослідженням, яке вказувало, наскільки рослини запобігали зміні клімату ще з доіндустріальних часів. Дослідники з Принстонського університету виявили, що наземні екосистеми підтримували планету прохолоднішою, поглинаючи мільярди тонн вуглецю, особливо протягом останніх 60 років.

Наземний вуглецевий "раковина" - або ємність для зберігання вуглецю - утримує від атмосфери від середини 20 століття від 186 до 192 мільярдів тонн вуглецю. З 1860-х до 1950-х років використання землею людьми було значним джерелом вуглецю, що потрапляє в атмосферу через вирубування лісів та вирубування лісів. Однак після 1950-х років люди почали по-різному використовувати землю, наприклад, відновлюючи ліси та застосовуючи сільське господарство, яке, хоча і має більший масштаб, має більший урожай. У той же час промисловість та автомобілі продовжували стабільно викидати вуглекислий газ, що сприяло ботанічному буму. Хоча парниковий газ і забруднювач, вуглекислий газ також є поживною речовиною для рослин.

Дослідники з Принстонського університету виявили, що наземні екосистеми Землі з середини 20 століття поглинули від 186 до 192 мільярдів тонн вуглецю, який значно містив глобальну температуру та рівень вуглецю в атмосфері. Дослідження першим уточнює, наскільки рослини запобігали зміні клімату ще з доіндустріальних часів.

Якби земні екосистеми Землі залишались джерелом вуглецю, вони б замість цього генерували від 65 до 82 мільярдів тонн вуглецю на додаток до вуглецю, який він би не поглинув, виявили дослідники. Це означає, що загалом в атмосфері буде від 251 до 274 млрд додаткових тонн вуглецю. Стільки вуглецю привело б до поточної концентрації вуглекислого газу в атмосфері до 485 частин на мільйон (проміле), повідомляють дослідники - значно перевищивши науково прийнятий поріг 450 (проміле), при якому клімат Землі може різко і безповоротно змінитися. Поточна концентрація становить 400 ppm.

Ці "економії вуглецю" становлять поточну середню глобальну температуру, яка холодніша на третину градуса Цельсія (або на півградуса Фаренгейта), що мало б значний стрибок, повідомляють дослідники. З початку 1900-х років планета нагрілася лише на 0,74 градуса за Цельсієм (1,3 градуса за Фаренгейтом), а точка, в якій вчені розраховують, що глобальна температура буде небезпечно високою, становить лише 2 градуси Цельсія (3,6 градуса за Фаренгейтом) більше, ніж рівень доіндустріального.

Дослідження є найбільш комплексним поглядом на історичну роль наземних екосистем у контролі атмосферного вуглецю, пояснила перший автор Олена Шевлякова, старший модельер клімату в Принстонському відділі екології та еволюційної біології. Попередні дослідження зосереджувались на тому, як рослини можуть компенсувати вуглець у майбутньому, але не враховували важливості збільшення поглинання рослинності в минулому, сказала вона.

Це відео показує, якою мірою земля діяла як джерело вуглецю в атмосфері (коричневі ділянки) або вуглецева "раковина" (зелені зони), яка поглинала вуглець з атмосфери з 1868 по 2000 рік. Чим темніше колір, тим більше більша кількість вуглецю в області, що утворюється або поглинається. Протягом 1950-х та 1960-х років земля перетворилася з переважно джерела вуглецю на головну роль поглинача вуглецю. Дослідники виявили, що якщо наземні екосистеми залишались джерелом вуглецю, то в даний час в атмосфері буде від 251 до 274 млрд додаткових тонн вуглецю. (Відео Сергія Малишева, кафедра екології та еволюційної біології)

"Люди завжди говорять, що ми знаємо, що поглиначі вуглецю важливі для клімату", - сказала Шевлякова. "Ми насправді вперше маємо їх номер, і ми можемо сказати, що ця раковина означає для нас зараз з точки зору економії вуглецю".

"Зміни у викидах вуглекислого газу внаслідок діяльності із землекористування повинні бути ретельно розглянуті. До недавнього часу більшість досліджень просто брали б викиди викопного палива та викиди від землекористування за простими моделями, підключали їх та не розглядали, як управляються земельні ділянки, такі як відновлення ліси поглинають вуглець ", - сказала вона. "Це не просто клімат - це люди. На суші люди є головними рушіями змін у вуглецевому сполученні. Вони не просто вивозять вуглець із суші, вони фактично змінюють здатність суші до споживання вуглецю".

Скотт Салеска, доцент кафедри екології та еволюційної біології в Університеті Арізони, який вивчає взаємодію між рослинністю та кліматом, сказав, що дослідники наводять потенційно вагомий аргумент для продовження відновлення та збереження лісу, вказуючи "вплив клімату" на рослинність. Салеска знайома з дослідженням, але не мала в ньому жодної ролі.

"Я думаю, це має значення для політики, яка намагається оцінити вуглець, який заощаджується під час відновлення або збереження лісу", - сказала Салеска. "Цей підхід моделювання може бути використаний для констатації повного" впливу на клімат "збереження великих лісистих територій, тоді як більшість сучасних підходів просто пояснюють" вплив вуглецю ". Подібна робота може допомогти програмам збереження лісу точніше враховувати кліматичні наслідки політичних заходів, пов'язаних із збереженням лісів ".

Хоча дослідники бачили сильний історичний вплив запліднення вуглецем на поглинання вуглецю, цей обмін має свої межі, сказала Салеска. Якщо рівень вуглекислого газу в атмосфері продовжуватиме зростати, знадобиться більше рослинності, щоб підтримувати розмір поглинача вуглецю Шевлякова та її колеги повідомляли.

"Існує певна межа щодо того, як довго збільшується діоксид вуглецю може продовжувати сприяти росту рослин, які поглинають вуглекислий газ", - сказала Салеска. "Вуглекислий газ - це їжа для рослин, і якщо покласти більше їжі, вона стимулює їх більше" їсти ". Однак, як і люди, з часом вони насичуються, а випуск більше їжі не стимулює більше їсти".

З 1862-2005 рр. Вплив людини на землю поширювався (білі зони, блакитні ділянки вказують на непорушену землю), але протягом середини 20 століття люди суттєво змінили спосіб використання землі. Дослідники виявили, що люди все частіше відновлюють ліси та застосовують сільське господарство, яке, хоча і масштабніше, має більший урожай. Багато білих зон корелюють із зеленими, поглинаючими вуглець ділянками, зазначеними на анімації вище. Коли людське землекористування змінювалося, промисловість та автомобілі продовжували стабільно викидати вуглекислий газ, що сприяло ботанічному буму, який ще більше виводив вуглець з атмосфери. Хоча парниковий газ і забруднювач, вуглекислий газ також є поживною речовиною для рослин. (Відео Сергія Малишева, кафедра екології та еволюційної біології)

Дослідники використовували комплексну Модель земної системи (ESM2G), модель кліматично-вуглецевого циклу, розроблену Національною лабораторією геофізичних рідин та динаміки (GFDL) Національної адміністрації океанів і атмосфери, щоб імітувати взаємодію вуглецю та клімату з рослинністю, ґрунтом та морськими екосистемами між 1861 і 2005. Модель GFDL передбачала зміни клімату та концентрацій вуглекислого газу в атмосфері на основі викидів вуглецю з викопних видів палива. Унікально, модель також передбачала викиди від змін землекористування - таких як вирубка лісу, заготівля деревини та відростання лісу -, які відбулися з 1700 по 2005 рік.

"Якщо ви насправді не розумієте, якими є процеси землекористування, дуже важко сказати, що буде робити система в цілому", - сказала Шевлякова, яка працювала з автором-кореспондентом Стівеном Пакалою, професором екології та еволюційної біології Фрідеріка Д. Петрі з Принстону. директор Принстонського екологічного інституту (PEI); Сергій Малишев, професійний фахівець з екології та еволюційної біології в Принстоні; Вчені-фізики GFDL Рональд Стоуффер та Джон Крастінг; і Джордж Хертт, професор географічних наук з Університету штату Меріленд.

"Після 1940-х і 1950-х років, якщо ви подивитесь на траєкторію зміни землекористування, це буде уповільнено в процесі розширення сільського господарства та пасовищ", - сказала Шевлякова. "Коли ви переходите від екстенсивного сільського господарства до інтенсивного, ви індустріалізуєте виробництво їжі, тому люди зараз використовують добрива, а не рубають більше лісів. Зменшення загальної кількості вирубок лісів у поєднанні з посиленим зростанням рослинності, спричиненим швидким збільшенням вуглекислого газу, змінило землю від джерела вуглецю до вуглецевої раковини ".

Для вчених модель є вагомим внеском у розуміння наземного поглинача вуглецю, сказала Салеска. Вчені виявили лише наземну раковину вуглецю близько двох десятиліть тому, тоді як моделі, що можуть поєднувати наслідки зміни клімату та росту рослинності, існують лише трохи більше 10 років, сказала Салеска. Потрібна робота щодо вдосконалення кліматичних моделей, і дослідження під керівництвом Принстону відкривають нові можливості, одночасно надаючи впевненість у майбутніх кліматичних прогнозах, сказала Салеска.

"Унікальна цінність цього дослідження полягає в тому, що воно імітує минуле, за яким, на відміну від майбутнього, ми маємо спостереження", - сказала Салеска. "Минулі спостереження за кліматом та вуглекислим газом дають змогу перевірити, наскільки вдалою була модель моделювання. Якщо це стосується минулого, ми повинні мати більше впевненості в його здатності передбачати майбутнє".