Спутниковые снимки показывают, что Арктика становится все более зеленой, поскольку температура в крайнем северном регионе растет в три раза быстрее, чем в среднем по миру.
Некоторые теории предполагают, что такое "озеленение Арктики" поможет противостоять изменению климата. Идея заключается в том, что поскольку растения поглощают углекислый газ в процессе роста, повышение температуры приведет к тому, что растительность Арктики будет поглощать больше углекислого газа из атмосферы, что в конечном итоге приведет к уменьшению количества парниковых газов, которые нагревают планету.
Но происходит ли это на самом деле?
Я биолог, который занимается изучением реакции экосистем на изменение климата, включая тундровые экосистемы. В течение последних пяти лет мои коллеги, студенты и я отслеживали изменения растительности в удаленных точках Арктики, чтобы выяснить это.
Отважные медведи для сбора доказательств в тундре
Арктическая тундра - это обширный, в основном безлесный регион, простирающийся через крайние северные районы Северной Америки и Евразии. На глубине нескольких футов под ее поверхностью большая часть почвы представляет собой замерзшую вечную мерзлоту, но верхний слой в течение коротких летних месяцев расцветает травами и низкими кустарниками.
Спутниковые исследования последнего десятилетия позволили отследить изменения в озеленении Арктики путем измерения видимого и ближнего инфракрасного света, отражаемого растительностью. Здоровая зеленая растительность поглощает видимый свет, но отражает ближний инфракрасный свет. Ученые могут использовать эти данные для оценки роста растений на обширных территориях.
Но спутники не измеряют поглощение углекислого газа растениями.
До недавнего времени полевые исследования, которые могли бы подтвердить, сколько углекислого газа поглощают арктические растения, были редкими, что не позволяло ученым проверить гипотезу о том, что более раннее таяние снега и его воздействие на растения помогает контролировать содержание углекислого газа в атмосфере.
Для нашего исследования ученые отважились на медвежью территорию и холодные летние ночи, чтобы собрать обширные данные измерений углекислого газа вблизи растений и почвы в 11 арктических тундровых экосистемах, в том числе на Аляске, в Канаде, Сибири и Гренландии. Мы сосредоточились на наиболее малоизученных арктических районах, расположенных над сплошной вечной мерзлотой.
Более ранний рост, но замедление в конце сезона
В настоящее время у арктических растений есть только около трех месяцев, в течение которых они могут расти и размножаться, прежде чем температура станет слишком низкой.
Когда мы начали это исследование, мы хотели выяснить, как влияет более раннее начало вегетационного периода на общее количество углекислого газа, поглощаемого растительностью каждое лето. Результаты нас удивили: Несмотря на явное озеленение, общее поглощение углекислого газа либо существенно не увеличилось, либо увеличилось незначительно.
Когда мы присмотрелись и сравнили изменения от недели к неделе, мы обнаружили причину. Хотя более раннее таяние снега стимулировало продуктивность растений в июне, эта продуктивность начала снижаться в июле - обычно это пик сезона фотосинтеза. К августу продуктивность была значительно ниже нормы.
Доминирующие в Арктике кустарники, осоки и другие болотные растения в конце сезона уже не связывали больше углерода. Это было похоже на то, как если бы мы просыпались раньше утром и были готовы лечь спать раньше вечером.
У нас остается много вопросов, в том числе, почему растения реагируют таким образом и связан ли широко используемый индекс роста растений, основанный на изменениях в видимом и инфракрасном свете, называемый NDVI, с более высоким поглощением углекислого газа. Некоторые арктические экосистемы показали сильную корреляцию между NDVI и поглощением углекислого газа, а другие - нет. Мы не нашли доказательств того, что на растения влияет ограничение воды в конце сезона.
Если тундровые экосистемы не смогут продолжать поглощать углекислый газ в более позднее время года, ожидаемое увеличение количества растений, поглощающих углерод, может не произойти.
Есть и другая проблема. Обычно растения в тундре в процессе фотосинтеза накапливают больше углерода, чем тундра выделяет, что делает ее огромным поглотителем углерода. Долгие, холодные зимы замедляют разложение растений и фиксируют их в мерзлой земле. Однако когда вечная мерзлота, хранящая эти и другие органические вещества, оттаивает, в атмосферу выделяется больше парниковых газов.
Местное воздействие выходит за рамки углеродного
Это не просто история о растениях и климате. Изменения растительности могут оказывать широкомасштабное воздействие на другие компоненты экосистем, включая животных и людей.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата, орган ООН по оценке научных данных, связанных с изменением климата, подсчитала, что изменения снежного покрова уже повлияли на продовольственную и водную безопасность. Многие местные коренные общины зависят от охоты, ловли рыбы и рыболовства, и более раннее развитие растительности может повлиять на хрупкий баланс сложных арктических систем.
Если озеленение Арктики приводит лишь к смещению сезонов и не увеличивает общий уровень углекислого газа, как считалось ранее, это также может означать, что модели, используемые в настоящее время для оценки и прогнозирования общего воздействия изменения климата, упускают важную часть информации. В результате может оказаться, что процесс, который, как мы предполагали, замедлит или смягчит изменение климата, на самом деле работает не так, как ожидалось.