К середине XXI века выбросы углерода экосистемами суши обгонят поглощение
Статья опубликована в журнале Science Advances.
Экосистемы суши ежегодно поглощают 2,6±0,8 миллиарда тонн углерода (порядка 30 процентов антропогенных выбросов), что делает их наряду с океаном важнейшими регуляторами климата. Предполагается, что в будущем экосистемы смогут поглощать еще больше углекислого газа, потому что с ростом температуры воздуха интенсивность фотосинтеза возрастает. Однако, если потепление достигнет критической точки, процесс фотосинтеза, напротив, будет угнетаться, и экосистемные услуги по ассимиляции углерода из атмосферы окажутся под угрозой.
Ученые под руководством Катарин Даффи (Katharyn A. Duffy) из Университета Северной Аризоны оценили возможность перехода экосистем суши из поглотителей углерода в источники его эмиссии. Они использовали данные наблюдений сети непрерывного мониторинга углерода FLUXNET и данные климатических наблюдений из базы WorldClim, чтобы исследовать температурную зависимость фотосинтеза в различных биомах.
Интегрированные кривые отклика фотосинтеза (зеленая пунктирная линия), дыхания (красная пунктирная линия) и оценки баланса массы суши (синяя сплошная линия) на глобальную температуру, нормализованные по отношению к текущему климату (серая 1991-2015 годы). Фотосинтез представлен как интеграция кривых C3 и C4-фотосинтеза.
Katharyn A. Duffy et al. / Science Advances, 2021.
Авторы исследования установили, что температуры пика фотосинтетической активности составляют 18 и 28 градусов Цельсия для растений с С3 и С4 типами фотосинтеза соответственно. После превышения этих значений интенсивность фотосинтеза снижается.
(A) Текущая совокупная месячная доза температуры выше TmaxP в биомах суши. (B) Кумулятивная доза температуры выше TmaxP согласно сценарию RCP8.5 к 2040–2060 годам. (C) Кумулятивная доля биомов суши, превышающая TmaxP. Вертикальные полосы представляют собой интеграцию неопределенности проекций членов ансамбля климатических моделей CMIP5 для изменений температуры, переведенную в диапазон превышения TmaxP для покрытой растительностью поверхности. (D) Текущее среднее значение валового фотосинтеза с привязкой к сетке (2003–2013) наряду со снижением продуктивности биосферы из-за превышения Tmax в 2040–2060 годах.
Katharyn A. Duffy et al. / Science Advances, 2021.
Если антропогенные выбросы парниковых газов будут происходить в соответствием со сценарием RCP 8.5 (отсутствие ограничений на выбросы), то к периоду 2040-2060 годов чистая первичная продуктивность биомов суши (разница между углеродом, поглощенным для фотосинтеза, и углеродом, выделенным в процессе дыхания) снизится в среднем на 44 процента, а к 2070-2090 годам уже на 49 процентов. При этом чистая продуктивность главных регуляторов климата — тропических лесов бассейна Амазонки и Юго-Восточной Азии и таежного покрова России и Канады — к этим периодам снизится более чем на 50 и более чем на 90 процентов соответственно.
Авторы исследования отметили, что результаты их исследования указывают на важную точку перехода в температурной зависимости фотосинтеза, которая может произойти в середине XXI века: биомы суши начнут выделять больше углерода, чем поглощать. По их мнению, игнорирование расчетов может привести к переоценке возможностей экосистем суши к ассимиляции углерода от антропогенных выбросов.