Прогнозы глобального повышения температуры на следующие 100 лет дают цифры от 2°C до 10°C. Как планета будет поддерживать деликатные отношения с атмосферой в таком тёплом будущем? Что будет с сельским хозяйством, от которого зависит выживание человечества?
Учёные института Bioforsk в долине реки Паз (Пасвик) только что завершили монтаж системы, предназначенной для исследования такого температурного прилива, замера выброса парниковых газов и выявления эффектов, которые потепление сулит сельскохозяйственному производству в заполярье.
«Мы хотели бы выяснить, как повышение температуры повлияет на происходящие в почве процессы и на выделение углекислого газа, – рассказывает BarentsObserver’у руководитель проекта Ханна Силвеннойнен. – Сельскохозяйственное производство может подняться, что будет положительным результатом, но может вырасти и выброс парниковых газов».
Комплекс Bioforsk в Сванховде, где проходит эксперимент, находится на западной границе русской тайги. Он был создан в 1934 году как сельскохозяйственная исследовательская станция с целью стимулирования заселения этого района. Земледелие, основанное здесь свыше века назад, существует и поныне; на богатых углеродом, пусть и каменистых суглинках производят продукцию десятки фермерских компаний.
Сельскохозяйственная долина пограничной реки также подвержена промышленному загрязнению с металлургического завода в Никеле, что всего в семи километрах от Сванховда. В рамках исследования будут оцениваться не только последствия изменения климата, но и нагрузка, обусловленная загрязнением, а также накопление в почве тяжёлых металлов.
Учёные повышают температуру на некоторых участках луга на три градуса и проводят комплексный мониторинг с помощью системы датчиков и камер, а также наблюдения со спутника; для исследования в лаборатории берутся образцы почвы. Дюжина учёных по всей Норвегии будет держать под контролем развитие растений, влажность почвы, питательные вещества, сообщества микроорганизмов, содержание тяжёлых металлов и выделение парниковых газов в почве и в атмосфере над участками.
То, что они узнают о поведении растений и почв в более тёплой среде, поможет понять, как круговорот углерода в масштабах общепланетарной экосистемы будет функционировать в будущем. Ключ к решению этой задачи – в ответе на вопрос, начинает ли тёплый участок отдавать или же поглощать углерод.
Накопитель или источник?
Углеродный цикл Земли это непрерывный перенос углерода – живыми ли организмами, в результате естественных процессов или деятельности человека – с суши и из моря в атмосферу и обратно в недра. Температура – важный фактор во всём этом круговороте.
Газы, создающие парниковый эффект, это диоксид углерода, метан и оксид азота. Содержание диоксида углерода в атмосфере зависит от жизнедеятельности растений и микробов почвы. Растения, как известно, поглощают диоксид углерода и превращают его в кислород в процессе фотосинтеза. Микроорганизмы функционируют по-разному: одни поглощают диоксид углерода, другие выделяют, третьим необходим кислород или метан.
«Экстремальная температура влияет на активность микроорганизмов и на то, какие виды могут выжить. Кто живёт в почве и что он делает? Мы хотим исследовать и то, и другое», – говорит Ханна Силвеннойнен.
В Сванховде учёные замеряют выброс диоксида углерода на опытном участке, чтобы оценить перемены в том, как его перерабатывают растения и как реагируют на тепло почвенные микроорганизмы. Общая циркуляция углерода на участках – выделяется ли он или накапливается – служит важным индикатором того, превратится ли земля в результате изменения климата в систему содействия или противодействия.
«Активизирует ли повышенная температура микробиологические процессы в почве настолько, что у нас будет повышенный выброс диоксида углерода, который только подстегнёт дальнейшее изменение климата? – задаётся вопросом Ханна Силвеннойнен. – Изучив фотосинтез растений и выброс диоксида углерода, мы получаем целостную картину углеродного обмена в масштабах всего участка – функционирует ли он в качестве ловушки углекислого газа или в качестве его источника».
Учёные также хотели бы взять чуть выше, заглянуть в сами растения, чтобы понять, как тепло повлияет на продуктивность и как будут расти разные виды. Норвежский институт исследований природы поможет со спутниковыми наблюдениями окрестных лугов, а также на всём протяжении до Никеля, чтобы отследить различия. Эксперимент также предусматривает применение инфракрасной камеры для определения стандартизованного индекса различий растительного покрова (NDVI) и гиперспектрального анализа для выявления отличий в длинах волн света, отражаемого растениями, что может дать ответ на вопрос о здоровье растений.
А что с углеродом?
Дополнительная задача эксперимента – протестировать способы упреждающего снижения содержания углерода в воздухе и в почве, чтобы не оставлять его естественных процессах. Отмерший материал – сухая трава, щепки и тому подобная биомасса разлагается с выделением углекислого газа. Новая технология, изучаемая по всем миру, призвана остановить этот процесс и тем самым снизить выброс углекислого газа. Речь идёт о биоугле.
Биоуголь – тот же древесный уголь, и в сельском хозяйстве он далеко не новость. В Латинской Америке, Финляндии и на Амазонке, к примеру, древесный уголь применяли для увеличения урожаев, регулирования кислотности почв или их способности удерживать влагу. Биоуголь, полученный по новой технологии путём сжигания биомассы при ограниченном доступе кислорода, отличается стабильностью и не так быстро распадается в окружающей среде, то есть в этом случае углерод связывается на более длительный период.
Биоуголь приобрёл популярность в последние пять лет. Его можно получать из разных материалов с разными результатами. В Сванховде биоуглем обработали половину каждого из опытных участков, чтобы выяснить, какой эффект это даст в условиях повышенной температуры.
«Ещё мы проверим, может ли биоуголь связывать тяжёлые металлы, чтобы они не поступали в круговорот в окружающей среде», – рассказывает Силвеннойнен. На содержание тяжёлых металлов исследуют корни растений, а также изучат поведение почвенных микроорганизмов в их присутствии. Руководитель проекта подчёркивает, что исследования, ориентированные на северный регион, приобретают всё более важное значение.
«Здесь, в Арктике, углерода в почвах много, и почвы эти очень чувствительны к воздействиям. Наше исследование позволяет утверждать, что последствия подогрева будут здесь очень значительные, – говорит она. – А чего в результате ожидать в сельском хозяйстве и что будет с климатом? Вопрос, конечно, интересный: как адаптируются фермеры?»
