«Позеленіння» Землі прискорює потепління в холодних районах і уповільнює в посушливих

«Позеленіння» Землі прискорює потепління в холодних районах і уповільнює в посушливих
Зміна ІЛП в різних точках земної кулі за 1982-2015 роки

Європейські кліматологи, вивчаючи супутникові знімки, виявили незвичайний зв'язок між позеленінням планети, спричиненим глобальним потеплінням, і змінами середніх температур в зонах посушливого і помірного клімату. В помірному кліматі позеленіння, як і очікувалось, веде до прискорення росту температур. Несподівано, що поширення рослинності в посушливих зонах гальмує подальше потепління там.

В останні роки накопичується все більше фактичних даних про те, що ріст вмісту вуглекислого газу в атмосфері і викликане цим підвищення температур ведуть до так званого «масштабного позеленіння» — збільшення площі рослинного покриву. Було встановлено, що на 25-50% земної суші, вкритої рослинністю, збільшується індекс листяної поверхні (ІЛП) — площа листви на одиницю поверхні суші. На менш ніж 4% він, навпаки, падає, причому місця цього падіння збігаються з районами активної вирубки лісів.

Щоб зрозуміти, які чинники відповідальні за позеленіння планети, автори дослідження 2016 року моделювали процес позеленіння, «посилюючи» або «послаблюючи» в ньому окремі параметри і оцінюючи, як це впливає на збільшення або зменшення інтенсивності модельованого явища. В модель при цьому були закладені основні впливи, які чинить на рослини діяльність людини. В результаті з'ясувалось, що 70% від зафіксованого росту ІЛП забезпечується ростом концентрації вуглекислого газу в атмосфері: «вимкнувши» цей параметр, дослідники отримали зниження модельованого позеленіння на 70%. Механізм такого впливу CO2 в моделі був двояким. По-перше, вуглекислий газ — головний «будівельний матеріал» рослин, оскільки саме з нього в процесі фотосинтезу будуються органічні молекули. По-друге, його надлишок знижує потребу рослин у воді. Щоб отримати вуглекислий газ з повітря, рослини відкривають продихи. Чим більше CO2, тим менша потрібна їм поверхня продихів. Оскільки через продихи також відбувається випаровування води, зменшення їх площі уповільнює втрату вологи. Коли ж рослини отримують більше двоокису вуглецю, а втрата ними води при диханні падає, вони активніше розростаються, а ІЛП збільшується.

З даних того ж моделювання (коли автори знову «вмикали» і «вимикали» ті чи інші фактори і порівнювали підсумки модельованого «позеленіння») відомо, що на 8% за цей процес відповідає ріст середньорічних температур, який дозволяє рослинності просуватись туди, де раніше була тундра. Ще 9% дали азотні добрива, які, після їх внесення, поступово поширюються за межі сільськогосподарських площ. Решта 13% припали на посадки лісів (в основному в КНР і США), скорочення сільгоспугідь та інші фактори.

Кліматологи з Об'єднаного дослідницького центру Європейської комісії і Гентського університету (Бельгія) під керівництвом Джованні Форціері (Giovanni Forzieri) вирішили з'ясувати, яким був минулий, фактичний вплив позеленіння планети на глобальне потепління в 1982-2011 роках. Для цього вони взяли супутникові знімки за цей період, порівняли зміни ІЛП по різних регіонах світу і таким чином уточнили торішню оцінку своїх колег. За результатами роботи групи Форціері, статистично значуще позеленіння спостерігалось на 46% всієї суші, вкритої рослинністю (а всього нею вкрито 85% суші). Це значно конкретніше минулорічної оцінки (в діапазоні 25-50%).

Після порівняння зміни ІЛП в різних регіонах планети дані знімків закладали в модель, що описує отримання земною поверхнею тепла у вигляді випромінювання Сонця і його подальшу втрату. Отримуване тепло розраховувалось як сума довгохвильового випромінювання Сонця і короткохвильового випромінювання, поглиненого поверхнею Землі. До втрат відносили інфрачервоне випромінювання, що йде в космос, відчутну (неізотермічну) теплоту і приховану (ізотермічну) теплоту. Прихованою називають теплоту, яка поглинається або вивільняється термодинамічною системою без зміни температури в цій системі, наприклад при випаровуванні води.

Для обчислення обсягу води, що випаровується рослинами в тих чи інших умовах, використовувалась модель Global Land Evaporation Amsterdam Model Version 2b. Щоб з'ясувати, наскільки відсутність позеленіння змінила б спостережувані в різних регіонах температури, розраховані дані зіставляли з фактичною зафіксованою температурою. Якщо після виключення впливу позеленіння модель не відтворювала спостережувані температури, автори робили висновок, що збільшення ІЛП зумовило або потепління, або похолодання.

Хоча зсуви ІЛП за період спостережень повсюдно змінювали відбивну здатність земної поверхні, наслідки цих змін були різними. В зонах з середньорічною температурою нижче 280 К (6,85 °C, райони холодного або помірного клімату), поверхня втрачала тепло переважно у вигляді інфрачервоного випромінювання, що йде в космос. Райони інтенсивного позеленіння для холодних регіонів співпали з областями швидшого росту температур. Зокрема, це трапилось в Канаді і Центральній Європі.

Як показали розрахунки, це сталось, оскільки суша, вкрита рослинністю, відбиває сонячне випромінювання значно слабше, ніж позбавлена її. Правда, в Північній Америці і Євразії цей ефект був практично повністю компенсований вирубками і лісовими пожежами. Без них, згідно з розрахунками, ріст температур в даних районах був би помітно вищим. Це не означає, що потепління тут зупинилось. За даними дослідження, воно проходило, але вплив позеленіння локально звів його практично до нуля. Коли в модель закладали зміну клімату в холодних зонах без урахування позеленіння, ріст середньорічних температур виходив на 9% меншим від спостережуваного на практиці. З цього автори роблять висновок, що за рахунок тих районів помірного клімату, де вирубок не було, позеленіння посилило поточне потепління в холодних районах на 10%.

Зате там, де середньорічна температура перевищувала 290 К (16,85 °С, зона жаркого клімату), несподівано велику роль в регіональному тепловому балансі зіграли втрати через приховану теплоту. Як показали розрахунки авторів, збільшення кількості рослинності, відстежуване за ІЛП, призвело до збільшення кількості води, що випаровується рослинами в атмосферу під час дихання. Через це незвично велика частина енергії губилась поверхнею у вигляді прихованої теплоти. Це призвело до помітного регіонального охолодження поверхні в зонах з жарким кліматом. Особливо сильно це проявилось в зонах, де зазвичай не так багато опадів, — наприклад, в Австралії і Південній Африці.

Розрахований охолоджуючий ефект спрацював в кліматичних зонах, на які припадає 60% всієї наземної рослинності. Хоча позеленіння не змогло повсюдно компенсувати глобальне потепління, для зазначених районів воно зменшило ріст середньорічних температур на 14%. На окремі частини планети воно вплинуло особливо сильно. У Південній Африці, на сході Південної Америки і в Австралії між 1982 і 2011 роками позеленіння опускало середньорічну температуру на 0,4 К кожне десятиліття. Можливо, це було пов'язано з помірною кількістю опадів в цих районах. За розрахунками дослідників, чим менше опадів, тим помітніша в тепловому балансі тієї чи іншої місцевості частка прихованої теплоти, яка йде на випаровування води рослинами.

Дослідники відзначають, що в особливо холодні роки в зонах із середньорічною температурою менше 280 К нагріваючий ефект позеленіння був набагато сильнішим, ніж в «звичайні», — аж до 5 разів. В зонах жаркого клімату в особливо теплі роки охолоджуюча дія позеленіння також проявлялась в кілька разів сильніше. Особливо жаркими або особливо холодними автори вважали роки, коли середньорічні температури відхилялись від норми в той чи інший бік більш ніж на 0,5 К. Таким чином, рослинність знижувала коливання температур в роки, коли вони істотно відхилялись від норми.

В планетарному масштабі ці два ефекти позеленіння — «нагріваючий» і «охолоджуючий» — майже компенсували один одного. Їх сукупна дія знижує температуру поверхні планети (в порівнянні з варіантом без позеленіння) всього на 0,007 К за десятиліття. Найважливіший глобальний кліматичний ефект від наступу рослинності полягає в тому, що, сприяючи потеплінню в холодних районах і сповільнюючи його в жаркому кліматі, позеленіння «вирівнює» земний клімат, пом'якшуючи його.

Дослідники не зупинялись на питанні, звідки в посушливих зонах планети береться вода, яку випаровують рослини, що їх освоюють. Однак ще в 2016 році було показано, що, відповідно до спостережень за останні 60 років, кількість опадів над сушею по всьому світу росте, оскільки потепління веде до росту випаровування з морської поверхні. Для сухих регіонів Землі ріст становить 1-2% кожне десятиліття. Тобто рослини використовують ту вологу, яка потрапляє в ці райони за рахунок більш інтенсивних дощів.

Нова робота показала, що збільшення площі рослинного покриву, викликане антропогенними викидами вуглекислого газу, прискорило потепління в помірному і холодному кліматі і водночас уповільнило його в посушливому. Це досить різке відхилення від популярних поглядів, за якими глобальне потепління робить частішими посухи і інтенсивно підвищує температуру саме в посушливих кліматичних зонах. У більш ранніх роботах робився висновок, що Близький Схід і посушливі тропічні області до кінця століття опиняться на межі непридатності для проживання людей в літній час. Навіть в тих сценаріях розвитку подій, що не передбачали такої непридатності, припускалось, що потепління призведе до зниження врожаїв. Окремі роботи стверджували, що процес зниження врожаїв і загальної придатності для проживання вже активно відбувається.

Дані, які з'явились в останні роки, показали, що ІЛП, як і інтенсивність опадів, активно росте, зокрема в посушливих зонах (за винятком місць активної вирубки). Однак на більш ранні оцінки вплинув не лише дефіцит конкретних даних, через який ймовірність росту пустель розраховувалась на основі моделювання, а не спостережуваних тенденцій, — свою роль в їх формуванні відіграли і міркування теоретичного характеру. Одним з найважливіших серед них було уявлення про аридизуючу роль комірок Гадлі.

Коміркою Гадлі називають область замкнутої циркуляції повітряних мас в земній атмосфері, спостережувану в низьких широтах (від 0 до 30-40 градусів в кожній півкулі). Нагрівшись у поверхні екваторіальної зони повітря піднімається на висоту 10-15 кілометрів і рухається до полюсів, після чого поступово охолоджується і опускається до поверхні планети. Водяна пара в ньому при цьому конденсується і випадає у вигляді дощу. В обох півкулях сухе повітря від 30 градуса рухається назад до екватора, але вже не несе з собою опадів. Саме це повітря проходить над тропічними пустелями і відповідальне за брак опадів над ними.

Щоліта комірка Гадлі в кожній півкулі зсувається до свого полюсу. За це відповідає річний ріст температур і більш повільне охолодження повітряних мас при русі до відповідного полюса. Через це кліматологи довгий час вважали, що в міру зростання глобальних температур межі комірок Гадлі зсуватимуться до полюсів, через що в широтах вище 30 градуса почнеться домінування більш сухого повітря, яке повертатиметься до екватора на малій висоті. Передбачалось, що це викличе широкомасштабне опустелювання. Правда, це слабо стикувалось з тим, що в історії Землі вже були періоди більш теплого клімату, які не супроводжувались масштабною аридизацією.

Стефан Кропелін (Stefan Kröpelin), відомий німецький дослідник Сахари, виходячи зі своїх спостережень африканських пустель і напівпустель, не раз піднімав питання про те, що більш загальні фактори, такі як ріст вмісту вуглекислого газу і зміни випаровуваності, на ділі ведуть до позеленіння посушливих регіонів планети. Як він зазначав, в Сахарі і Сахелі в останні десятиліття відбувається наступ рослинності: вона з'являється там, де її до того не було. Однак подібні спостереження важко було вважати вичерпними, оскільки вони велись виключно наземними засобами. Серія нових робіт, які вперше використовують супутникові знімки всієї земної суші за кілька десятиліть, дає значно повнішу картину, яка підтверджує тези Кропеліна і суперечить моделям, які пророкували, що потепління викличе опустелювання в посушливих регіонах Землі.

 

 

Коментарі

Ввійдіть або зареєструйтесь, щоб залишати коментарі.
Читайте також

Декілька років тому було доведено, що на початкових етапах фотосинтезу працюють квантові ефекти. Рослини поглинають частинки світла — фотони, енергія яких надзвичайно швидко та ефективно перетворюється в «зеленому реакторі». Система працює настільки злагоджено саме за рахунок квантових процесів, однак у їх розумінні залишались загадки, які вдалось розгадати лише тепер. Результати нових досліджень не лише прояснюють фундаментальний механізм фотосинтезу — досвід природи може буде використаний для створення більш ефективних світлочутливих елементів.

X

Вхід

Завантажую...