Мы слышали предсказания о том, как выбросы парниковых газов будут влиять на изменения температуры и осадков. Но то, как эти изменения влияют на мировые леса, имеет широкие последствия и для будущего.

Могут ли более теплые зимы и, следовательно, более длительные вегетации, заставлять деревья расти быстрее? Если это так, возможно, более быстрый рост деревьев может замедлить темпы изменения климата, поскольку деревья высасывают углерод из воздуха по мере их роста.

Или, может быть, более жаркое лето будет означать больше засухоподобных условий, тем самым затрудняя способность деревьев расти и тем самым вызывать ухудшение наших лесных массивов.

В Недавняя статья, мои коллеги и я намеревались составить карту того, как изменение климата может повлиять на рост деревьев на всем континенте Северной Америки. Чтобы сделать это, мы впились в исторические записи роста деревьев за период 1900-1950, собранный многими специализированными полевыми экологистами на протяжении десятилетий и депонированный в Международный банк данных деревьев деревьев.

Мы обнаружили, что повседневная жизнь деревьев на большей части Северной Америки станет более сложной, несмотря на потенциальную выгоду, которую могут иметь концентрации углекислого газа для деревьев. Это противоречит ожиданиям некоторых ученых о том, что изменение климата будет сильно способствовать лесам северной широты.

Как деревья реагируют на климат

Первым препятствием в прогнозировании будущего роста деревьев является понимание того, как деревья в разных экосистемах реагируют на колебания климата.

Вы можете догадаться, что в холодных северных лесах небольшое количество тепла может помочь росту деревьев, тогда как больше тепла в пустыне на юго-западе, вероятно, является последним, что деревья там хотят. Это наблюдение побудило предыдущих ученых сформулировать «бореальный озеленение», гипотеза - что глобальное потепление вызовет рост северных бореальных лесов и поможет смягчить изменение климата.

Мы использовали данные исторического дерева, чтобы сопоставить отношения между региональным климатом и ростом деревьев. Подгоняя каждое кольцо роста к погодным условиям в соответствующем году, мы можем понять, как деревья реагируют на колебания климата. Например, мы увидели, что выше среднемесячные температуры привели к ускорению роста деревьев в местах с климатом, сходными с Фэрбенком, Аляска, но более медленным ростом в климате, подобном Фениксу.

По мере изменения климата мы можем ожидать, что реакция деревьев также изменится. Например, в Фэрбенксе наши модели фактически предсказывают, что в будущем температура выше среднего июня будет плохой для роста деревьев там, что противоположно историческим отношениям. Зачем? Фэрбенкс так сильно разогревается, что переходит в новую климатическую зону, в которой дополнительное потепление сейчас является вредом. Другие исследователи фактически начали видеть такой сдвиг происходит на земле на Аляске.

Как только мы охарактеризуем, как деревья реагируют на изменения климата на континенте, мы можем использовать прогнозы от ООН Межправительственная группа экспертов по изменению климата (IPCC), чтобы предсказать соответствующее изменение роста деревьев на континенте. Для каждого пикселя на нашей карте Северной Америки мы прогнозировали, что леса будут меняться на основе обоих наборов информации - отношений роста и климата, которые мы установили с помощью анализа дерева деревьев и прогнозируемых изменений климата на континенте.

Углеродное удобрение

Еще одна морщина этой загадки, которую мы рассмотрели. Меняющийся климат в основном обусловлен накоплением дополнительного углекислого газа, а растения используют углекислый газ для фотосинтеза. Так же, как мы дышим кислородом, чтобы жить, растения дышат углекислым газом, чтобы жить. Таким образом, увеличение количества двуокиси углерода может ускорить рост деревьев. Это называется "карбоновый оплодотворение«Потому что это похоже на то, что мы добавляем удобрения к растениям в воздухе, чтобы помочь им расти.

Ученые глубоко разделенный о том, действительно ли углеродное удобрение такого типа приведет к увеличению роста, и если да, то сколько. В нашей статье мы не пытались решить эту дискуссию. Вместо этого мы просто включили несколько различных возможностей для прочности углеродного удобрения.

Чтобы имитировать углеродное оплодотворение, мы использовали аккуратный небольшой трюк, предложенный профессором Грэм Фаркухар Австралийского национального университета. Трюк основывается на том, что, когда растения дышат углекислым газом, вода убегает. Подумайте о порах на листьях, как о маленьких ртах, открытых и близких к дыханию. Чем больше растений нужно открыть рот, чтобы дышать, тем больше воды уходит. Поэтому растения стараются держать свои рты плотно закрытыми, как только могут.

Если концентрация углекислого газа, плавающего в воздухе, очень высока, растениям нужно открывать рот только немного для небольшого глотка воздуха, не теряя при этом воды. Таким образом, поскольку мы оплодотворяем растения углеродом в воздухе, это напрямую уменьшает количество воды, которую растения могут сохранить - с большим количеством CO2, поры листьев будут поглощать газ более эффективно и в процессе терять меньше воды.

Вместо того, чтобы пытаться имитировать больше свободного углерода, плавающего в воздухе, мы можем просто притвориться, что растения получают больше дождевой воды. Конечный эффект на рост должен быть по существу тем же самым, потому что поглощение углерода и удержание воды напрямую связаны.

В пустынях, где вода превзойдена, а растения очень мотивированы, чтобы закрыть рот, небольшое удобрение на угле (или небольшой дополнительный дождь) должно пройти долгий путь, чтобы помочь растениям расти. Напротив, в тропических лесах, где растения могут держать свои рты широко открытыми с небольшими затратами, углеродное оплодотворение (или дополнительный дождь) может не сильно помочь растениям.

В нашем исследовании мы моделировали углеродное удобрение, просто добавляя больше будущих осадков в наши модели. Чтобы удовлетворить тех ученых, которые твердо убеждены в том, что углеродное удобрение обойдется, в некоторых симуляциях мы добавили дополнительную воду пропорционально количеству дополнительного углерода, который, по прогнозам, будет выброшен в атмосферу. Чтобы удовлетворить тех, кто говорит, ученые, которые не верят, что эффект углеродного удобрения обойдется, мы также запускали симуляции без увеличения количества воды. И мы запускали симуляции на всех уровнях между ними.

Прогнозы наших моделей

В конце концов, наши карты того, как рост деревьев может реагировать на изменение климата, вызывает тревогу.

На большей части западной и центральной частей континента мы наблюдаем значительное снижение темпов роста деревьев, а во второй половине этого века деревья растут до 75 процентов медленнее. Однако в некоторых районах вблизи побережий континента, таких как Северо-Западный регион Тихого океана, западная Канада и юго-восточная часть Соединенных Штатов, мы наблюдали некоторые локальные повышения темпов роста деревьев.

В среднем, без эффекта углеродного оплодотворения, наши модели прогнозируют рост темпов роста на всем континенте почти на 20 процентов по сценарию наихудшего сценария изменения климата, предложенному МГЭИК (этот сценарий имеет 6 градусов Цельсия прогноза потепления по всему континенту) ,

Мы обнаружили, что для компенсации этого замедления потребуется очень большой эффект углеродного оплодотворения (нереально большой, по мнению нескольких соавторов нашего исследования). И на большей части континента наши модели прогнозировали более медленные темпы роста независимо от того, насколько велика эффективность углеродного удобрения.

Кроме того, мы не видели большого увеличения холодных темпов роста северных лесов в наших симуляциях. Поэтому в среднем мы не видели «бореального озеленения». Во всяком случае, мы видели замедление этих лесов. Это во многом обусловлено изменением того, как деревья реагируют на климат в таких местах, как Фэрбенкс.

Что это значит

Следствием нашего анализа является то, что леса, похоже, не спасают нас от изменения климата.

Наши модели предполагают, что большинство наших лесов будет расти медленнее в будущем. Это, конечно, будет иметь прямое воздействие на все способы, которыми мы и другие виды полагаемся на деревья. Но он также вернется к самому изменению климата. Поскольку глобальное потепление заставляет деревья поглощать меньше углерода, в воздухе будет больше углерода, чтобы вызвать более быстрое потепление, тем самым создавая ускоряющий цикл.

Кроме того, многие устойчивые годы плохого роста деревьев, вероятно, истощают ресурсы, необходимые им для выживания, делая их восприимчивыми к сильным засухам или вспышкам насекомых. Это может означать, что то, что мы прогнозируем как более медленный рост, может привести к широко распространенной гибели деревьев. Другими словами, изображение леса может быть даже мрачным, чем предполагают наши модели.

В наших моделях мы не учитываем пути изменения лесов из-за изменений в практике лесозаготовок или управления лесами. Во многих областях леса ускоряются быстрее, потому что мы перестали их регистрировать в последнее время. Такие факторы следует рассматривать как еще один слой для добавления поверх наших прогнозов.

Это исследование, как и любое подобное, действительно является нашим лучшим предположением о приближении будущего. Я думаю о таких прогнозах не о жестких предсказаниях о том, что произойдет, а о разумных возможностях. Есть так много неизвестных, включая тот факт, что будущий климат, вероятно, будет сильно отличаться от того, что мы видели в прошлом.

И, конечно же, самым большим неизвестным является то, насколько сила нашей человеческой общины принесет причину сокращения выбросов парниковых газов.

Об авторе

Ноа Чарни, научный сотрудник по экологии и эволюционной биологии, Университет штата Аризона

Эта статья изначально была опубликована в Беседа, Прочтите оригинал статьи.

Книги по этой теме

at

Спасибо за визит InnerSelf.comгде есть 20,000+ изменяющие жизнь статьи, пропагандирующие «Новые взгляды и новые возможности». Все статьи переведены на 30 + языки. Подписаться в журнал InnerSelf Magazine, публикуемый еженедельно, и в журнал Marie T Russell's Daily Inspiration. InnerSelf Magazine издается с 1985 года.