Вопреки мифам: как выбросы углерода породили озеленение Земли.

Сорок лет назад советский климатолог Михаил Будыко предсказал, что результатом антропогенной эмиссии углекислого газа станет резкий всплеск в развитии земной растительности и биосферы в целом. К 2016 году это подтвердили спутниковые снимки, но научные публикации о них вызвали серьёзное неприятие: некоторые учёные попробовали опровергнуть факт озеленения. Новая работа показала, что оно не просто существует, но и ускоряется.

Несмотря на стандартно обещаемые с 1980-х засухи от глобального потепления, Земля озеленяется ударными темпами. Притом с некоторым ускорением / © Wikimedia Commons.

Мы все умираем или мы все, как никогда, процветаем?

То, что рост концентрации СО2 в воздухе вызывает ускоренное развитие растений, было известно больше сотни лет назад. Советский физик и климатолог Михаил Будыко, в 1970 году первым заявивший о неизбежности глобального потепления, потратил немало времени, чтобы оценить влияние антропогенных выбросов углерода на биосферу. В 1980-х он пришёл к выводу, что эти выбросы спровоцируют экспансию растительности по всей планете, что облегчит жизнь и животным. Этот вывод — одна из ключевых причин, по которой он оценивал глобальное потепление как «билет в потерянный рай». Он был первым исследователем, сформулировавшим такую научную позицию.

В западном научном мире идеи Будыко долго вызывали отторжение. Хотя ряд учёных фиксировали озеленение планеты на спутниковых снимках, их работы активно оспаривались, идея о глобальном озеленении не была общепризнанной вплоть до публикации в Nature в 2016 году. Тогда группе авторов (первым среди которых был учёный из КНР) впервые удалось наглядно показать огромный масштаб глобального озеленения Земли, а также вычислениями установить, что на 70 процентов оно обусловлено именно выбросами СО2 и еще на восемь процентов — ростом глобальных температур. Как они выявили, сельскохозяйственная активность человека отвечала лишь за 13 процентов этого озеленения.

Факт позитивного влияния СО2 на растения уже более столетия используется в промышленных парниках, где его концентрацию поддерживают в два-три раза выше, чем в атмосфере. Именно такой уровень оптимален для развития растений, и когда-то, в более тёплые эпохи, именно таким он был и в воздухе Земли в целом / © Wikimedia Commons.

Однако публикация в Nature упала на неподготовленную почву: в западном научном мире всегда доминировала идея о губительности глобального потепления для биосферы. Поскольку истории планеты не известны случаи, когда биосфера страдала бы от резкой экспансии растительности, составляющей основу пищевой пирамиды, сразу несколько научных групп попытались оспорить выводы работы 2016 года. Сделать это для отрезка с 1982 по 2000 год было сложно, потому что наборов спутниковых данных по нему не так много, и все они однозначно показывают быстрое озеленение. Но кто ищет — тот всегда найдёт, поэтому было предпринято множество попыток оспорить факт этого процесса для периода после 2000 года.

Одни авторы написали работы о том, что глобальное озеленение после 2000 года стагнировало, другие — даже что обратилось вспять. Как все это могло произойти, если спутники или фиксируют увеличенное количество зелёного на поверхности планеты, или нет? Ответ не очень сложен: если разбить наборы спутниковых наблюдений по группам, то можно заметить, что они показывают несколько разную динамику зелёного. Это неудивительно: аппаратная часть спутников может различаться по качеству, кроме того, некоторые из них провели на орбите больше времени, чем другие, и в работе их аппаратуры возникли ошибки. Если исследователь брал не все наборы данных, чтобы усреднить полученные значения, как авторы работы 2016 года, то мог найти среди этих наборов такие, где озеленение после 2000 года тормозилось.

По расчётам более ранних научных работ, ежегодный брутто-прирост биомассы фотосинтезирующих организмов на планете уже превысил треть. Со временем доля глобального потепления в этом буме растёт, но пока почти весь он объясняется антропогенными выбросами СО2 / © Haverd et al.

Кроме того, оспаривающие выводы работы 2016 года попробовали учитывать не только нормализованный разностный индекс растительности, но и так называемый расширенный индекс растительности. В их подсчётах есть методологическая разница, поскольку нормализованный индекс чувствителен именно к хлорофиллу в целом, а расширенный — к особенностям кроны растений. Наконец, использовали еще один метод: брали отрезок покороче (после 2000 года, или даже после 2010 года) и замедление озеленения на нем трактовали как общий процесс последних лет.

Все эти противоречивые оценки создали серьёзный информационный шум, за которым людям, далёким от научного мира, оказалось очень сложно понять, что, собственно, происходит. Озеленяется ли Земля, как предсказывал Будыко и констатировали китайские исследователи? Или, напротив, её растительность и биосфера в XXI веке сжимаются?

Вопрос этот не совсем теоретический: если прав Будыко, то текущая дорогостоящая (на триллион плюс долларов в год) борьба с глобальным потеплением одновременно и борьба против зелени и биосферы в целом. Напротив, если правы его оппоненты, она — единственное спасение человечества от крайне болезненных последствий гибели растений и падения биопродуктивности планеты.

От «просто зеленного цвета» к конкретным цифрам.

Авторы новой работы в Global Ecology and Conservation, группа учёных из КНР, попробовали оценить ситуацию на более надёжном методологическом основании. Как они отмечают, вести споры о том, зеленеет планета или нет в смысле цвета, менее продуктивно, чем сосредоточиться на конкретном физическом параметре — индексе площади листьев. Чтобы выяснить площадь листьев и отделить её от общего зелёного «сигнала» от наземной растительности, используются такие спутниковые наборы данных, что чувствительны к красной и ближней инфракрасной частям спектра.

Важной особенностью работы стало то, что авторы не отбирали спутниковые данные по принципу «те, что показывают максимум озеленения» или «те, что показывают максимум гибели растений». Напротив, они учли все четыре глобальных набора спутниковых данных по индексу площади листьев.

Увеличение индекса площади листьев за 2001-2020 годы (упрощённо говоря, собственно площади листьев) в различных районах мира, в тысячных долях в год. Красных зон нет даже в эпицентрах крупных лесных пожаров в Сибири. А синих зон немало. Причём они есть в тех частях европейской России, где люди в XXI веке забрасывали поля, а равно и в южной Австралии, где площадь сельхозземель не росла. В Амазонии упадка растительности тоже не наблюдается, несмотря на вырубки в последние 20 лет. Вероятная причина заключается в росте площади листьев вне зон вырубки (синие и зелёные пятна на карте в районе Амазонки) / © Xin Chen et al.

При этом у них получилось, что в 2001-2020 годах все четыре набора показывают статистически весьма значимый рост этого индекса для Земли в целом. Площадь листьев на планете расширялась на 55,15 процента от всей площади, где есть растительность, то есть устойчивое озеленение отмечалось на основной части суши. На 14,44 процента той же зоны наблюдался процесс обратный озеленению — «окоричневание», то есть отступление растений. Для остальной поверхности не было выраженного тренда ни в одну из сторон.

Интересная картина сложилась, когда авторы сопоставили связи между другими факторами, отслеживаемыми со спутников, и площадью листьев. Некоторые детали были очевидны заранее: там, где шло отступление растительности, влажность почвы снижалась. В тех частях планеты, где концентрация СО2 была выше обычного, лучше росли и растения. Но были и неожиданности: рост температур по времени совпадал с озеленением не только в тех частях планеты, где прохладно (Китай, Европа, включая Восточную), но и там, где жарко. Например, именно так было в ряде районов Индии.

Изменения увлажнённости почвы в тысячных долях за 2001-2020 годы. Обращает на себя внимание мощное снижение влажности от западной границы Украины до Нижнего Поволжья и юга Сибири. Несмотря на это, глобальное озеленение там весьма сильно (смотри первую карту в этом тексте). Выходит, что умеренное снижение влажности поверхностного слоя почвы не показывает корреляции с процветанием растений. Наиболее вероятная причина — в снижении испарения воды растениями. Оно происходит из-за падения потребности растений в воде: та снижается из-за роста содержания СО2 в земном воздухе / © Xin Chen et al.

Еще более неожиданным был тот факт, что между осадками (а также солнечным излучением) и озеленением связь оказалась очень слабой. То есть в регионах, где осадки росли, озеленение не было заметно более активным, а там, где они снижались, не было заметно слабее. Из этого косвенно следует, что наблюдаемые изменения в осадках слабо влияют на влажность почвы на долгосрочных отрезках.

По всей видимости, это связано с давно известным фактом: там, где появляется растительность, влажность почвы во многом регулируется именно ею, а не собственно осадками. Так происходит потому, что при дефиците осадков растения, живущие при высоком содержании СО2 в воздухе, могут сильно сужать устьица, крошечные отверстия на своих листьях. После такого сужения испарение ими воды из почвы минимизируется. В результате в земле сохраняется довольно много влаги, даже если осадки в том или ином году несколько ниже нормы.

Кто конкретно озеленил Землю?

Одним из ключевых возражений оппонентов идей Будыко и подтверждающих их спутниковых данных было то, что озеленение активнее всего происходит в Китае и Индии — странах с бурно развивающимся сельским хозяйством и, соответственно, большим вносом удобрений. В связи с этим в научном мире раздавались даже утверждения, что именно сельское хозяйство «отвечает за треть и, возможно, более, от наблюдаемого увеличения площади листьев» (то есть глобального озеленения). Разумеется, научпоп не лучшего качества пошёл даже дальше и начал рассказывать то, чего никакие учёные никогда не заявляли: что якобы основная часть глобального озеленения объясняется влиянием сельского хозяйства.

Подобные возражения давно вызывали большие вопросы: например, озеленение в Китае сильнее всего затрагивало пустыни и полупустыни, а также Тибет, то есть зоны, где просто нет ни сельского хозяйства, ни вноса удобрений. 42 процента озеленения в КНР вообще пришлись на леса — и лишь 32 процента на пашню. Да, там есть программа посадки деревьев в засушливых зонах, но дело в том, что эти деревья потом никто не поливает и не удобряет. Очевидно, что выживание этих посадок было бы невозможно, если бы эти зоны и без того не подходили для быстрой экспансии растений.

На рисунке (a) показана доминирующая причина озеленения для тех или иных районов Земли. СО2 — углекислый газ, Srad — солнечное излучение (этот фактор может быть значим там, где число часов плотного облачного покрова уменьшилось, что увеличило количество солнечного света, доступного растениям), Р — осадки, SM — уровень влажности почвы, Airt — температура воздуха. На (b) показано влияние тех же факторов, но уже не на само глобальное озеленение, а на его ускорение / © Xin Chen et al.

Наконец, в целом ряде регионов Земли глобальное озеленение ярко проявилось как раз в период сокращения там сельхозплощадей. Например, в России и Австралии с 1980-х сельское хозяйство ушло с огромных площадей — но и там, и там скорость озеленения очень высока. И если в нашей стране её еще можно списать не столько на влияние СО2, сколько на её крайне холодный климат, смягчающийся по мере потепления, то в Австралии об этом речи не идёт. Если бы сельское хозяйство было главным фактором озеленения, примеры этих двух стран — общей площадью в пару раз больше Индии и Китая вместе взятых — было бы невозможно объяснить

Другой крупной проблемой этого подхода было то, что он не учитывал благотворное влияние СО2 на сельское хозяйство. Примерно четверть в урожае основных культур в тех же США приходится именно на влияние повышенной концентрации углекислого газа в атмосфере — повышенной из-за антропогенных выбросов. Иными словами, рост площади листьев на пашне в наши дни в большой степени обусловлен теми же факторами, что и рост площади листьев в природе в целом.

Авторы новой работы подошли к проблеме «В чем же на самом деле причина глобального озеленения — в антропогенных выбросах углекислого газа или в сельском хозяйстве». Они сопоставили изменения в уровне СО2 в той или иной зоне (спутники хорошо «видят» углекислый газ) с другими факторами, работающими для тех или иных участков земной поверхности. Оказалось, что СО2 объясняет тренд по индексу площади листьев на 75,63 процента площади земной суши, имеющей растительность. Это даже несколько выше, чем в оценке авторов работы 2016 года (70 процентов).

В чем разница между скоростью глобального озеленения и его ускорением.

Авторы задались весьма логичным вопросом: можно ли при современном уровне спутниковых наблюдений понять, замедляется ли сейчас глобальное озеленение? Это интересный вопрос, поскольку традиционно принято предполагать, что из-за роста дефицита водяного пара в атмосфере глобальное озеленение должно тормозиться.

«Дефицит давления водяного пара», хотя и измеряется в паскалях, — понятие не абсолютное, а относительное. Если относительная влажность кубометра воздуха при росте температуры остаётся неизменной, то количество водяных паров в нем будет быстро расти. Однако на практике в более тёплых частях мира соотношение фактического количества водяных паров на кубометр воздуха к теоретически возможному при данной температуре ниже, чем в холодном. Чтобы понять, о чем речь, достаточно взглянуть на карту ниже. В Амазонии человеку из России первое время невозможно дышать — настолько влажен воздух. Однако формальный дефицит водяного пара там сильнее, чем в России, и несопоставимо сильнее, чем в Гренландии, Антарктиде или на Тибете (это легко видеть на карте ниже).

Карта дефицита давления водяного пара на планете в целом. Для растений в теплицах (возможно, и в живой природе) дефицит давления водяного пара менее 800 паскалей вызывает угнетение роста (слишком легко возникает гниль), так же, впрочем, как и дефицит давления водяного пара выше 1250 паскалей / © Wikimedia Commons.

Таким образом, несложно заметить, что понятие это не отражает потенциальной пригодности той или иной климатической зоны для сложной жизни. В Гренландии и Антарктиде воздух крайне сухой, настолько, что без специальных мер это быстро вредит коже и слизистым, а растительность там либо слаба, либо её не существует. То есть в местах с низким дефицитом водяного пара угнетение зелёной биомассы — норма. Напротив, в местах с умеренным дефицитом давления водяного пара норма — джунгли Амазонии и Конго. Лишь зоны, где этот дефицит выше 1,5-2,0 тысячи паскалей (то есть предельно высок), действительно малопригодны для растительности.

Многие климатологи утверждают, что по мере дальнейшего потепления дефицит водяного пара, уже усиливающийся в умеренных широтах, станет не таким умеренным, как в Амазонии, а таким неумеренным, как в тропических пустынях, что приведёт к гибели растительности и концу глобального озеленения. А иные из них даже уверены, что это уже произошло. Вот на проверку этого тезиса и нацелились авторы новой работы. Если озеленение в масштабах планеты замедляется, значит, дефицит водяного пара действительно ударил по растениям.

К сожалению, для основной части земного шара точности данных текущих наблюдений оказалось недостаточно: четыре набора спутниковых снимков показали противоречивые данные по ускорению глобального потепления для 60 процентов суши. Напомним, что в таких работах речь идёт только о той части суши.

Слева график изменения индекса площади листьев, справа график ускорения для этого же индекса. Ускорение озеленения в 2001-2020 годах тоже наблюдается, но весьма умеренное / © Xin Chen et al.

Однако для 40 процентов суши ускорение глобального потепления определить удалось — и оно там оказалось в целом положительным. Иными словами, глобальное озеленение за 2001-2020 годы слегка ускорилось, а не замедлилось, хотя величина этого ускорения статистически пока незначима. Интересно, что нарастает скорость глобального озеленения на европейских равнинах (включая часть России), в Восточной Африке и Индии.

В России и Европе в целом в 2001-2020 годах площадь сельхозземель не выросла (а конкретно в нашей стране даже упала). При этом в ряде регионов североамериканских равнин и в Китае глобальное озеленение несколько замедлилось. Это особенно интересно потому, что конкретно в Китае в 2001-2020 годах сельское хозяйство испытало серьёзнейший бум — урожаи основных культур выросли. Тезис «озеленение обусловлено интенсивным сельским хозяйством» в очередной раз не нашёл подкрепления в конкретных данных.

Что из всего этого следует?

Исследователи считают, что главной причиной, по которой ряд предшествующих работ пытались «отменить» глобальное озеленение, было использование неоднозначных наборов данных. В первую очередь речь идёт о Продвинутом радиометре очень высокого разрешения (Advanced Very-High-Resolution Radiometer, AVHRR), спутниковой системе наблюдений в пяти спектральных полосах. Две из них — около 600 и 900 нанометров — в теории отражают информацию по нормализованному разностному индексу растительности. Авторы новой работы отмечают, что для этого проекта уже давно известно о существенной проблеме с точностью, вызванной орбитальным дрейфом спутников, которые поставляют эти данные.

Их работа специально воздерживается от оценок нормализованного разностного индекса растительности и сосредотачивается вместо этого на индексе площади листьев — полученного по данным MODIS, системы спутниковых наблюдений с куда менее проблематичными наблюдательными инструментами, не дающими настолько больших систематических ошибок.

Вопрос глобального озеленения выходит далеко за пределы ботаники: от объёма зелёной биомассы прямо зависит выживание многих малочисленных видов диких животных / © Wikimedia Commons.

Получается следующая картина: глобальное озеленение — «неоспоримый факт», как констатируют авторы в своей работе. На 55 процентах земной суши, имеющей растительность, идёт именно озеленение (активнее всего — на равнинах Европы и Индии) и лишь на семи процентах растительность отступает. Причём на три четверти за озеленение отвечает именно углекислый газ. Влияние роста его концентрации так велико, что дефицит давления водяного пара не только не может остановить озеленение, но не показывает даже способности остановить ускорение глобального озеленения.

Следует прямо сказать: эта научная работа описывает важнейший процесс, идущий в биосфере Земли. Да, у неё есть ограничения.

Например, площадь листьев растёт медленнее, чем зелёная биомасса, о чем мы уже писали. Но все же зелёные растения суши составляют более двух третей от всей биомассы Земли. Если они показывают быструю экспансию, кормовая база для животных тоже быстро растёт. А это, безусловно, хорошо для биосферы в целом.

Несмотря на важность темы, СМИ обходят её стороной. Причина проста: для западных медиа это очень неприятная тема. После выхода первых работ о глобальном озеленении там даже появились специальные популярные статьи, где заявлялось, что глобальное озеленение в долгосрочном плане — это ужасно.

В западных СМИ дошли уже до утверждений, что более зелёный мир — не то, что стоит праздновать / © The New York Times.

Естественно, найти убедительных аргументов, которые показывали бы, что бум растительности в долгосрочном плане «ужасен», было невозможно. Пришлось использовать полностью неубедительные. Работники СМИ не очень-то любят ставить свои подписи под плохо выглядящим материалом: после этого падает доверие читателей.

В третьем мире даже вырубки тропических лесов не привели к остановке глобального озеленения. И это несмотря на то, что индекс площади листьев для джунглей (всегда многоярусных) выше, чем для любой массовой сельхозкультуры / © Wikimedia Commons.

Неудивительно, что КНР, где единой партийной линии в вопросах глобального потепления не наблюдается, все еще может позволить себе научные работы об ускорении озеленения, а США — уже не особенно. В русскоязычном культурном пространстве отношение к антропогенным выбросам углерода ближе к США, чем к КНР. После смерти Будыко наше научное сообщество в основном повторяет западные тезисы по вопросу и в этом же духе информирует общество.

Источник: https://naked-science.ru/artic...

P.S. В.К.  понимаю, ч то эта статья для многих людей, дочитавших её до конца, покажется, ни о чём не говорящей, абракадаброй.

Но для тех, кто не разучился думать и которых действительно заботит своё будущее и будущее своих детей, даже не имеющих специальных знаний по физиологии растений, статья будет откровением о том, что есть грандиозная афёра глобального потепления, кому она выгодна и кто её поднял на щит.

Однако и здесь есть нюансы, поскольку эта статья высветила интересы добытчиков бабла - одних, которые нещадно эксплуатируют природу планеты, и других, которые стригут купоны на "зелёной энергетике", сражающихся в, придуманной ими же, цивилизационной парадигме "побеждает сильнейший" и "цель оправдывает средства". И об этом тоже не следует забывать.