Растения во всем мире поглощают примерно на 31% больше углекислого газа, чем считалось ранее, согласно новой оценке, разработанной учеными. Исследование, подробно описанное в журнале Nature, как ожидается, улучшит моделирование системы Земли, которое ученые используют для прогнозирования будущего климата, и подчеркивает важность естественного связывания углерода для смягчения последствий выбросов парниковых газов.
Количество CO2, удаляемое из атмосферы посредством фотосинтеза наземных растений, известно как валовая первичная продукция Земли, или GPP. Она представляет собой крупнейший обмен углерода между землей и атмосферой на планете. GPP обычно указывается в петаграммах углерода в год. Один петаграмм равен 1 миллиарду метрических тонн, что примерно соответствует количеству CO2, выбрасываемого каждый год 238 миллионами легковых автомобилей, работающих на газе.
Группа ученых под руководством Корнелльского университета при поддержке Национальной лаборатории Ок-Ридж Министерства энергетики использовала новые модели и измерения для оценки GPP земли в 157 петаграммов углерода в год, что выше оценки в 120 петаграммов, установленной 40 лет назад и в настоящее время используемой в большинстве оценок углеродного цикла Земли.
Исследователи разработали интегрированную модель, которая отслеживает перемещение химического соединения карбонилсульфида, или OCS, из воздуха в хлоропласты листьев, фабрики внутри клеток растений, которые осуществляют фотосинтез. Исследовательская группа количественно оценила фотосинтетическую активность, отслеживая OCS. Соединение в основном следует тем же путем через лист, что и CO2, тесно связано с фотосинтезом и его легче отслеживать и измерять, чем диффузию CO2. По этим причинам OCS использовался в качестве прокси-фактора фотосинтеза на уровне растений и листьев. Это исследование показало, что OCS хорошо подходит для оценки фотосинтеза в больших масштабах и в течение длительных периодов времени, что делает его надежным индикатором мирового GPP.
Команда использовала данные о растениях из различных источников для информирования о разработке модели. Ученые проверили результаты модели, сравнив их с данными высокого разрешения с вышек мониторинга окружающей среды вместо спутниковых наблюдений, которым могут мешать облака, особенно в тропиках.
Ключ к новой оценке — лучшее представление процесса, называемого мезофильной диффузией, — как OCS и CO2 перемещаются из листьев в хлоропласты, где происходит фиксация углерода. Понимание мезофильной диффузии необходимо для выяснения того, насколько эффективно растения проводят фотосинтез и даже как они могут адаптироваться к изменяющимся условиям.
«Выяснить, сколько CO2 растения фиксируют каждый год, — это загадка, над которой ученые работают уже некоторое время», — сказал соавтор исследования Ляньхун Гу. «Первоначальная оценка в 120 петаграммов в год была установлена в 1980-х годах, и она закрепилась, пока мы пытались найти новый подход. Важно, чтобы мы хорошо разбирались в глобальном GPP, поскольку это первоначальное поглощение углерода сушей влияет на остальные наши представления об углеродном цикле Земли».
«Мы должны убедиться, что фундаментальные процессы в углеродном цикле правильно представлены в наших моделях большего масштаба», — добавил Гу. «Чтобы эти симуляции в масштабе Земли работали хорошо, они должны представлять наилучшее понимание работающих процессов. Эта работа представляет собой важный шаг вперед с точки зрения предоставления окончательного числа».
Пантропические дождевые леса объясняют самую большую разницу между предыдущими оценками и новыми цифрами, что подтверждается наземными измерениями, сказал Гу. Открытие предполагает, что дождевые леса являются более важным естественным поглотителем углерода, чем предполагалось ранее с использованием спутниковых данных.
Понимание того, сколько углерода может храниться в наземных экосистемах, особенно в лесах с их большими запасами биомассы в древесине, имеет важное значение для прогнозирования будущих изменений климата.
«Подтверждение наших оценок GPP надежными глобальными наблюдениями является критически важным шагом в улучшении наших прогнозов относительно будущего содержания CO2 в атмосфере и последствий для глобального климата», — сказал соавтор исследования Питер Торнтон.
Результаты этого исследования указывают на важность включения ключевых процессов, таких как проводимость мезофилла, в модельные представления фотосинтеза. Целью проекта является улучшение модельных прогнозов реакции цикла углерода тропических лесов на изменение климата. Эти результаты могут дать информацию для разработки новой модели, которая снизит неопределенность в прогнозах GPP тропических лесов.
