Замедление газообмена у деревьев в тропиках сделает изменение климата асимметричным

Американские климатологи обнаружили, что замедление испарения воды с листьев тропических растений в ответ на повышение концентрации углекислого газа может привести к асимметричным изменениям в карте осадков на планете. Так, в тропических лесах Амазонии в результате может стать значительно суше, а в Индонезии уровень осадков, наоборот, будет расти, пишут ученые в Nature Climate Changes.

Повышение концентрации парниковых газов в атмосфере в течение последних 150 лет приводит к заметным изменениям в климате Земли: увеличивается температура воздуха и поверхности океана, учащаются засухи, меняются количество осадков и частота опасных метеорологических явлений. Обычно для оценки последствий влияния парниковых газов, например, углекислоты, ученые используют компьютерное моделирование, в котором учитывают только чисто климатические и термодинамические явления: изменение направлений воздушных и водных потоков, перераспределение концентраций тех или иных веществ или изменение карт температуры и влажности.

Американские климатологи под руководством Гэбриэла Купермана (Gabriel Kooperman) из Калифорнийского университета в Ирвайне показали, что еще одним важным фактором, который может повлиять на количество осадков в тропических зонах может быть физиологическая реакция тропических лесов на увеличение концентрации углекислого газа. Естественная физиологический ответ растений на повышение содержания CO₂ — это уменьшение степени раскрытия устьиц на листьях, размер которых варьируется от 10 до 60 микрон. Это приводит к тому, что перенос всех газов через устьица замедляется: замедляются и захват углекислого газа из атмосферы, и испарение паров воды в результате транспирации. А замедление транспирации, в свою очередь, сказывается на содержании воды в почве, что потом становится одной из причин разогрева атмосферы и изменения количества осадков. Анализ годовых колец деревьев показывает, что особенно чувствительны к этому эффекту тропические леса, и именно в них сильнее всего замедлилась транспирация за последние полтора века, когда увеличение содержания углекислого газа стало наиболее заметным.

Чтобы показать, как подобный механизм (совместно с другими климатическими эффектами) может отразиться на изменении климата, ученые провели компьютерное моделирование, в котором рассчитали суммарное «физиологическое» влияние лесов на изменение уровня осадков на планете к концу XXI века, а также отдельно промоделировали три тропических зоны в Южной Америке, Азии и Африке.

Оказалось, что замедление транспирации может привести к асимметричному изменению количества дождей в разных тропических зонах Земли. Так, в бассейне Амазонки, согласно расчетам, среднее количество осадков к концу XXI века может упасть на 1 миллиметр в день, а в Индонезии — наоборот, вырасти на такую же величину. Что интересно, этот эффект определяется в первую очередь локальными климатическими процессами внутри одного региона, а глобальные процессы вносят лишь небольшие изменения (особенно заметные в Африке), но не являются определяющими для асимметрии этого явления.

Ученые объясняют такую асимметрию тем, что Амазония значительно более чувствительна к изменениям в цикле переноса влаги между почвой и атмосферой, и именно транспирация играет в этом цикле одну из определяющих ролей. В Юго-Восточной Азии же замедление процессов испарения влаги с поверхности листьев полностью компенсируется другим эффектом: из-за увеличения разницы температур между сушей и морем, происходит усиление ветров, которые дуют в сторону суши и приносят с собой большое количество облаков, что приводит к повышению уровня осадков.

Авторы исследования отмечают, что проведенное ими исследование однозначно показывает, что изменение физиологии растений может быть одним из важных факторов при оценке климатических изменений на планете. Однако в дальнейшем для исследования процессов перераспределения углекислого газа и воды в атмосфере из-за реакции растений на повышение концентрации парниковых газов необходимы более детальные исследования. 

Стоит отметить, что однозначно оценить физиологическую реакцию растений на глобальные климатические изменения довольно непросто. Например, в прошлом году американские ученые показали, что в результате адаптации растений к повышению температуры происходит ускорение процессов, связанных с фотосинтезом, из-за чего растения могут поглощать больше углекислого газа из атмосферы.

Александр Дубов