Активный прирост растительной биомассы, который происходит при увеличении концентрации углекислого газа в воздухе, приводит к активной трате законсервированного почвенного углерода. Особенно четко эта тенденция прослеживается в лесных экосистемах: прирост биомассы на 23±2 процента приведет к нулевому балансу захвата углерода почвой — образовываться органического вещества в почве будет не больше, чем поглощаться из нее растениями. Статья опубликована в журнале Nature.
Экосистемы суши ежегодно захватывают около 30 процентов антропогенных выбросов углекислого газа. Поглощенный углерод при этом переходит преимущественно в растительную биомассу или в органическое вещество почвы. Рост концентрации углекислого газа в воздухе, как правило, приводит к активации фотосинтеза и увеличению растительной биомассы. Однако запасы углерода в почве при этом зачастую не изменяются или даже уменьшаются — почва начинает выбрасывать CO2 больше, чем консервировать в виде органического вещества. Отклик почвенного углерода на рост выбросов углекислого газа остается недостаточно изученным, что создает неопределенность для прогноза климатических изменений.
Ученые под руководством Сезара Террера (César Terrer) из Стэнфордского университета попытались установить механизм, который приводит к потере углерода почвой при росте концентрации углекислого газа в атмосфере. Для этого они провели метаанализ 108 исследований (268 наблюдений) отклика почвенного органического вещества на изменения концентрации CO2 в воздухе. Все экосистемы суши авторы отнесли к четырем условным типам — агроэкосистемам, лесам, кустарникам и лугам. При этом они учитывали климат, растительную биомассу, тип почвы и внесение в нее азотных удобрений.
Авторы пришли к выводу, что повышение концентрации углекислого газа в воздухе на 65 процентов повысит содержание углерода в почве в среднем примерно на пять процентов. В агроэкосистемах рост может составить 8±2 процента, а в лесах, напротив, его не будет (0±2 процента). При этом прирост биомасс растительности в агроэкосистемах и лесах составит 9±3 и 23±2 процента соответственно. Ученые связывают это с тем, что высокие концентрации CO2 в воздухе стимулируют фотосинтез, и растения, наращивая свою биомассу, активно используют органическое вещество почвы — скорость его образования в почве происходит значительно медленнее этого процесса. Этот нюанс только предстоит учесть в климатических моделях.
Ранее ученые оценили возможность перехода экосистем суши из поглотителей углерода в источники его эмиссии, акцентируя внимание на температурной зависимости фотосинтеза в различных биомах. Они пришли к выводу, что при текущих темпах антропогенных выбросов углекислого газа уже к 2040-2060 годам чистая первичная продуктивность биомов суши снизится в среднем на 44 процента.
Марина Попова
Виной всему масштабное и преждевременное таяние морского льда
Четыре из пяти колоний императорских пингвинов в центральной и восточной части моря Беллинсгаузена не смогли вывести птенцов в 2022 году. Виной всему масштабное таяние льда, которое началось до того, как молодые особи успели опериться. В результате несколько тысяч птенцов пингвинов, скорее всего, утонули, а их родители покинули колонии. Как отмечается в статье для журнала Communications Earth & Environment, ученые впервые сталкиваются с провалом размножения у императорских пингвинов в пределах целого региона. Однако в будущем из-за антропогенных изменений климата такое будет происходить все чаще, что ставит будущее вида под угрозу. Императорские пингвины (Aptenodytes forsteri) выводят потомство в колониях, расположенных на морском льду вокруг Антарктиды. Они прибывают к местам размножения с конца марта по апрель, а в мае-июне откладывают яйца, из которых спустя два месяца вылупляются птенцы. Пингвинята растут медленно и оперяются только в декабре-январе. Таким образом, чтобы успешно вырастить птенцов, императорским пингвинам необходим стабильный ледовый покров с апреля по январь. Однако, по прогнозам ученых, из-за антропогенных изменений климата площадь льдов вокруг Антарктиды к концу века сильно сократится. В результате более девяноста процентов колоний императорских пингвинов лишатся подходящих мест для размножения, перестанут поддерживать свою численность и исчезнут. Команда орнитологов под руководством Питера Фретуэлла (Peter T. Fretwell) из Британской антарктической службы обнаружила, что по крайней мере в одном регионе Антарктиды императорские пингвины уже в наши дни испытывают серьезные проблемы из-за потери морского льда. Речь о море Беллинсгаузена, которое лежит к западу от Антарктического полуострова. В его центральной и восточной части расположены пять колоний императорских пингвинов, самая большая из которых насчитывает около 3500 пар, а самая маленькая — около 630 пар. Все они были открыты в течение последних 14 лет благодаря изучению спутниковых снимков — и лишь одну из них посещали ученые. В конце 2022 года, когда площадь ледового покрова вокруг Антарктиды находилась на рекордно низком уровне, некоторые части моря Беллинсгаузена начали оттаивать неожиданно рано и уже к ноябрю полностью очистились ото льда. Чтобы понять, как это сказалось на птенцах пингвинов, которые в это время года как раз переходят к самостоятельной жизни, Фретуэлл и его соавторы обратились к спутниковым снимкам всех пяти местных колоний. Исследователи искали на них коричневые пятна, соответствующие пингвиньему помету — по их площади можно судить о численности и успехе размножения колонии. В результате выяснилось, что из-за раннего исчезновения морского льда императорским пингвинам из большинства колоний в море Беллинсгаузена не удалось вывести потомство в 2022 году. Вероятно, птенцы в этих колониях не успели обзавестись водонепроницаемым оперением до того, как лед растаял, в результате чего утонули или умерли от переохлаждения, а их родители просто покинули колонии. Авторы оценивают потери в несколько тысяч молодых особей. В частности, вокруг колонии у острова Смайли, состоящей из примерно 3500 пар, припай разрушился на две недели раньше срока. Из-за этого часть местных пингвинов перебрались на большой айсберг, однако удалось ли выжить кому-то из птенцов, неизвестно. Колонию в заливе Верди осенью прибыло меньше особей, чем обычно — и даже они покинули ее после разрушения морского льда в конце октября — начале ноября. Колония Пфрогнер-Поинт, которая находилась на шельфовом леднике, также исчезла в начале ноября. А месяцем позже похожая судьба постигла колонию Брайант-Кост — после таяния многолетнего припая, на котором она располагалась. Исключение составила лишь небольшая колония у острова Ротшильда. Вокруг него ледовый припай начал разрушаться лишь в конце декабря, благодаря чему около 800 птенцов успели подрасти и опериться (эта цифра была получена во время облета колонии на вертолетах круизного лайнера). Судя по всему, таяние льда около острова Ротшильда замедлилось благодаря особенностям ландшафта и наличию айсбергов вокруг него. Фретуэлл и его соавторы отмечают, что отдельные колонии императорских пингвинов время от времени терпят неудачи, когда морской лед рушится под воздействием сильных штормов. Однако исследователи этого вида никогда не сталкивались с полным провалом размножения у большинства колоний в целом регионе. Более того, до сих пор в море Беллинсгаузена был известен всего один пример, когда колония не смогла вывести ни одного птенца за сезон. В теории императорские пингвины после неудачного года могли бы переместить колонию туда, где ледовые условия более надежны. Однако в море Беллинсгаузена таких мест почти нет. Экстремально низкая площадь антарктического льда в 2022-2023 годах не обязательно напрямую связана с антропогенными изменениями климата (поскольку она сильно колеблется от года к году). Возможно, эта аномалия лучше объясняется тремя подряд годами Ла-Ниньи. Тем не менее, по прогнозам климатологов, по мере того, как планета нагревается, площадь льда вокруг Антарктиды будет сокращаться. А значит, императорские пингвины все чаще будут испытывать серьезные проблемы с размножением, что поставит существование этого вида под угрозу. Магеллановы пингвины (Spheniscus magellanicus), которые обитают на побережьях Южной Америки, тоже страдают от антропогенных изменений климата. Однако для них проблемой стало не отсутствие льда (его в местах их обитания никогда не бывает), а участившиеся волны жары, которые убивают взрослых особей в период размножения. По расчетам зоологов, из-за все более жаркой погоды крупнейшая колония магеллановых пингвинов, расположенная на атлантическом побережье Аргентины, исчезнет в течение ближайших пятидесяти лет.