Способность Земли поглощать почти треть антропогенных выбросов углерода через растения может сократиться вдвое в течение следующих двух десятилетий при нынешних темпах потепления, согласно новому исследованию в журнале Science Advances, проведенному исследователями из Университета Северной Аризоны. Центр климатических исследований Вудвелла и Университет Вайкато, Новая Зеландия. Используя более чем два десятилетия данных с измерительных вышек в каждом крупном биоме по всему миру, команда определила критическую точку невозврата температуры, после которой растения теряют способность улавливать и хранить атмосферный углерод - кумулятивный эффект, называемый «наземным поглотителем углерода». - снижается по мере дальнейшего повышения температуры.
Наземная биосфера - деятельность наземных растений и почвенных микробов - в значительной степени «дышит» Землей, обмениваясь углекислым газом и кислородом. Экосистемы по всему миру поглощают углекислый газ посредством фотосинтеза и выделяют его обратно в атмосферу посредством дыхания микробов и растений. За последние несколько десятилетий биосфера, как правило, поглощала больше углерода, чем выделяла, смягчая изменение климата.
Но поскольку рекордные температуры продолжают распространяться по всему миру, это может не продолжаться; Исследователи NAU, Woodwell Climate и Waikato обнаружили температурный порог, выше которого поглощение углерода растениями замедляется, а выделение углерода ускоряется.
Ведущий автор Кэтрин Даффи, исследователь с докторской степенью в НАУ, заметила резкое снижение фотосинтеза выше этого температурного порога почти в каждом биоме по всему миру, даже после устранения других эффектов, таких как вода и солнечный свет.
«На Земле постоянно растет лихорадка, и, как и в человеческом теле, мы знаем, что каждый биологический процесс имеет диапазон температур, при которых он работает оптимально, и температуры, выше которых функция ухудшается», - сказал Даффи. «Итак, мы хотели спросить, сколько могут выдержать растения?»
Это исследование впервые выявило температурный порог для фотосинтеза на основе данных наблюдений в глобальном масштабе. В то время как температурные пороги для фотосинтеза и дыхания были изучены в лаборатории, данные Fluxnet дают представление о том, что на самом деле испытывают экосистемы по всей Земле и как они реагируют.
«Мы знаем, что температурные оптимумы для людей составляют около 37 градусов по Цельсию (98 градусов по Фаренгейту), но мы в научном сообществе не знали, каковы эти оптимумы для земной биосферы», - сказал Даффи.
Она объединилась с исследователями из Woodwell Climate и University of Waikato, которые недавно разработали новый подход к ответу на этот вопрос: макромолекулярную теорию скорости (MMRT). Основываясь на принципах термодинамики, MMRT позволил исследователям построить температурные кривые для каждого крупного биома и земного шара.
Результаты были тревожными.
Исследователи обнаружили, что температурные «пики» для поглощения углерода - 18 градусов по Цельсию для более распространенных растений С3 и 28 градусов по Цельсию для растений С4 - уже превышены в природе, но не наблюдали проверки температуры дыхания. Это означает, что во многих биомах продолжающееся потепление приведет к снижению фотосинтеза, в то время как скорость дыхания увеличится в геометрической прогрессии, изменяя баланс экосистем от поглотителя углерода к источнику углерода и ускоряя изменение климата..
«Разные виды растений различаются в деталях своей реакции на температуру, но все они демонстрируют снижение фотосинтеза, когда становится слишком тепло», - сказал соавтор NAU Джордж Кох.
В настоящее время менее 10 процентов земной биосферы испытывают температуры, превышающие этот фотосинтетический максимум. Но при нынешних темпах выбросов до половины земной биосферы могут испытывать температуры выше этого порога производительности к середине века - и некоторые из самых богатых углеродом биомов в мире, включая тропические леса Амазонки и Юго-Восточной Азии, а также Тайга в России и Канаде будет одной из первых, кто достигнет переломного момента.
«Самое поразительное, что показал наш анализ, это то, что температурные оптимумы для фотосинтеза во всех экосистемах были очень низкими», - сказал Вик Аркус, биолог из Университета Вайкато и соавтор исследования. «В сочетании с увеличением скорости дыхания экосистемы при температурах, которые мы наблюдали, наши результаты показывают, что любое повышение температуры выше 18 градусов по Цельсию потенциально вредно для земного поглотителя углерода. Без сдерживания потепления, чтобы оставаться на уровне или ниже уровней, установленных в Парижском климате. Согласитесь, поглотитель углерода на суше больше не будет компенсировать наши выбросы и выигрывать для нас время."
Финансирование этого исследования было предоставлено Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (грант NNX12AK12G), стипендией Национального научного фонда (NSF) Восточно-Азиатско-Тихоокеанского летнего института (1614404), Программой иностранного партнерства Королевского общества Новой Зеландии (EAP-UOW1601) и Новозеландского фонда Марсдена (грант 16-UOW-027). В этой работе использовались данные о вихревой ковариации, полученные и предоставленные сообществом FLUXNET, включая AmeriFlux, AfriFlux, AsiaFlux, CarboAfrica, CarboEuropeIP, CarboItaly, CarboMont, ChinaFlux, Fluxnet-Canada, GreenGrass, ICOS, KoFlux, LBA, NECC, OzFlux-TERN, TCOS. -Сибирь и сети USCCC.