Биопродуктивность Земли оказалась много выше ожидаемой

До сих пор ученые считали, что общая биопродуктивность на Земле — порядка 120 миллиардов тонн в пересчете на сухой углерод (то есть за вычетом воды и всех неуглеродных атомов в биологических молекулах). Почти весь этот углерод берется из атмосферного углекислого газа. Вычитая из этого количества углерод, выделяющийся из почвы за счет распада органических останков (87 миллиардов тонн в год), получали количество углерода, связанного биосферой в год (огрублено — 33 миллиарда тонн в год). Исходя из этого параметра оценивалась скорость роста концентрации CO2 в земной атмосфере.

Однако теперь оказалось, что расчеты неточны: скорее всего, дело в недооценке земной биопродуктивности современными методами наблюдений. Соответствующая статья опубликована в Nature Communications.

Как уже не раз отмечал Naked Science, ответы на многие базовые вопросы, касающиеся земной биосферы, до сих пор не всегда известны ученым. Например, только в 2018 году стало известно, что площадь лесов не сокращается, а, напротив, растет. Столь же недавно стало известно, что площадь, выжигаемая пожарами в мире, не увеличивается, а уменьшается. Оба эти открытия были сделаны за счет спутниковых наблюдений: с Земли корректно оценить площадь лесов или пожаров практически невозможно — «большое видится на расстоянии».

Однако у спутниковых наблюдений тоже есть ограничения. Например, их снимки отличают лес от поля или саванны вполне надежно, но не позволяют точно понять, какова конкретная биопродуктивность — в тоннах на гектар — того или иного леса либо любого другого биома. Чтобы выяснить их, обычно берут «образцовый» участок, оценивают биомассу на нем, а затем умножают площадь таких экосистем на всю известную по спутниковым наблюдениям, получая глобальную оценку биомассы для биоценозов такого типа.

Ясно, что при такой методике возможны ошибки. Оценить выбросы углекислого газа из почвы — от разложения органических остатков в ней — не проще: поводов для ошибок еще больше. Но до сих пор не было понимания масштабов подобных неточностей.

Авторы новой работы попробовали сличить эти две оценки: углерода, поглощаемого растениями, и углерода, выбрасываемого почвой. Дело в том, что есть конкретные оценки по тому, какое количество углерода может выбрасывать участок почвы с той или иной биопродуктивностью, — и эти данные получены на участках с контролируемыми условиями, то есть должны быть относительно надежны. То есть за счет них можно проверить, насколько стыкуются между собой оценки мировой биопродуктивности наземных экосистем и оценки выбросов углекислого газа мировыми почвами.

Новые оценки по такому методу показали, что реальная биопродуктивность на планете — 149 миллиардов тонн в год, а не 120 миллиардов тонн, как считали ранее. Выбросы углерода почвой при этом — 68 миллиардов тонн в год, а не 87 миллиардов. Встает вопрос: в чем причины таких систематических ошибок?

Для выбросов углекислого газа почвой это не так сложно понять. Большинство измерений таких выбросов ведут на малом числе участков, причем не целый год или хотя бы круглосуточно, а по замерам на протяжении считаных часов дневного времени — когда ученым удобно такие замеры делать. Естественно, это может давать серьезные ошибки.

По биопродуктивности источником ошибок может быть недоучет спутниками ряда важных факторов. Например, с них трудно оценить развитие подлеска в лесах с сомкнутыми кронами — не учитывая его биомассу, легко получить ошибку. Кроме того, отмечают авторы работы, спутниковые снимки не способны эффективно учесть долговременное стимулирующее воздействие на растительность антропогенного углекислого газа. Стоит напомнить: по мере роста его концентрации биомасса растения растет заметно быстрее, чем площадь листьев, поскольку растениям становится проще добывать углекислый газ через устьица в листьях.

Работа может указывать на то, что биосфера связывает антропогенные выбросы углекислого газа быстрее, чем считалось. Следовательно, вклад в это связывание не биогенных факторов — например, поглощения СО2 морской водой или горными породами — может быть не столь крупным, как мы думали.

Однако наиболее интересная часть исследования все же в другом: получается, земную жизнь до самых недавних пор серьезно недооценивали по биопродуктивности.