Засуха и лесные пожары подрывают способность Земли поглощать углерод
Засуха и пожар, обрушившиеся на одну территорию одновременно, надолго меняют отношения растений с водой. После такого катаклизма растительность сильнее зависит от дождей и менее эффективно использует воду для поглощения углерода. К такому выводу пришли ученые из Университета Тунцзи в Шанхае, изучив спутниковые данные со всего мира.
Исследование опубликовано в журнале Journal of Remote Sensing. Его авторы Хуэйпэн Си и Цюньмин Ван предупреждают: обнаруженные изменения могут ослабить способность лесов и других экосистем сдерживать изменение климата.
Как работают зеленые легкие планеты
Растения поглощают углекислый газ из атмосферы во время фотосинтеза. Часть углерода затем возвращается в воздух, но остальное сохраняется в растительности и почве. Благодаря этому наземные экосистемы служат важным поглотителем углерода. Для их нормальной работы необходима вода, а на большей части суши рост растений зависит от осадков.
Чувствительность фотосинтеза к дождям помогает оценить состояние экосистемы. Однако после засухи и пожара ее резкий рост может говорить не о благополучии, а о том, что растительности трудно восстановиться.
Спутниковый мониторинг: 22 года космических наблюдений
Исследователи изучили спутниковые наблюдения за период с 2001 по 2022 год. Чтобы оценить фотосинтетическую активность, они использовали три показателя. Один из них — слабое свечение, которое растения испускают во время фотосинтеза. Два других связаны с зеленью и ростом растительности.
Засуху ученые оценивали по двум признакам: нехватке осадков и изменениям запасов воды на суше, полученным по спутниковым измерениям гравитации. Данные о пожарах взяли из набора Европейского космического агентства о выгоревших территориях.
За 22 года исследователи выявили 72 088 случаев, когда пожар и засуха из-за нехватки осадков происходили на одной территории в течение одного месяца. При оценке по изменению запасов воды таких сочетаний оказалось 108 373. Это два способа подсчета, поэтому результаты могут частично пересекаться. Чтобы другие события не повлияли на выводы, ученые отобрали территории, где в течение года до и после двойного удара не было других крупных нарушений.
Эффект затяжного восстановления и водный парадокс
В целом за изученный период чувствительность растительности к осадкам в мире снижалась. Но в течение 1-3 лет после одновременной засухи и пожара она заметно возрастала. Изменение было сильнее, чем после одной только засухи. Особенно выраженной оказалась реакция там, где пожар сопровождался сокращением запасов воды на суше.
Рост чувствительности после двойного удара обнаружили примерно на 54,6% покрытых растительностью территорий. При этом на большей части тех же участков снизилась эффективность использования воды — то есть количество углерода, которое растения поглощают в расчете на объем потребленной воды.
«После засухи и пожара экосистемы становятся более зависимыми от осадков, но менее эффективно используют воду для поглощения углерода», — объяснил Ван.
По его словам, это может указывать на уязвимое состояние экосистемы во время восстановления.
Машинное обучение раскрывает виновников: воздух и почва
Чтобы выяснить, почему последствия различаются от региона к региону, ученые проанализировали 22 фактора окружающей среды с помощью модели машинного обучения. Она объяснила 79% различий между территориями. Важнейшими факторами оказались сухость воздуха и содержание питательных веществ в почве, прежде всего азота и фосфора. Чем суше был воздух и беднее почва, тем сильнее после бедствия возрастала зависимость растений от дождей.
Исследователи предполагают, что засуха высушивает воздух и почву, а огонь уничтожает органическое вещество и нарушает круговорот питательных веществ. В таких условиях восстанавливающейся растительности может быть сложнее использовать доступную воду.
Угроза для климатических моделей будущего
По прогнозам, с ростом температуры сочетания засух и пожаров будут происходить чаще. Если их последствия сохраняются годами, способность суши поглощать углерод может оказаться под угрозой. Кроме того, климатические модели, которые предполагают устойчивую связь между осадками и фотосинтезом, рискуют переоценить возможности пострадавших экосистем.
Авторы предлагают следить за сухостью воздуха и запасами питательных веществ в почве: эти показатели могут заранее предупредить о том, что восстановление растительности идет с трудом.
