Як ліси впливають на клімат планети
Чи поглинають ліси вуглекислий газ?
Ми живемо в мінливому кліматі. Це можна не тільки довести науковими даними, такими, як фотографії зменшення арктичного льодового покриву, а в певній мірі відчути на собі.
Також читайте
Зменшення Арктичного льодового покриву з вересня 1998 р (зліва) до вересня 2018 р (справа) свідчить про глобальне потепління. За даними National Snow and Ice Data Center (NSIDC).
Відвідувачам сайту Метеопрог напевно відомо, що більшість вчених пов'язують зміни клімату з фактором людини - антропогенними викидами парникових газів, насамперед, двоокису вуглецю СО2. Вважається, що ефективно поглинають СО2 ліси. Без сумніву, ліси - це безцінний дар. Вони не тільки джерело безцінного кисню та інших ресурсів, а й виробники цілої низки так званих «екосистемних послуг». Цей термін використовується вченими для позначення всіх благ (наприклад, можливість відпочинку, отримання естетичного задоволення тощо), які надають нам природні об'єкти - ліси, озера, річки, парки.
Ліси не тільки поглинають, а й виділяють вуглець
Але з точки зору поглинання вуглецю лісами все не так однозначно. Відомо, що рослини збільшують свою біомасу шляхом фотосинтезу, при цьому поглинаючи вуглець, і дихають, тобто виробляють енергію, необхідну для життєдіяльності, що супроводжується виділенням вуглецю. Лісовий ґрунт, в якій відбувається розпад органічних речовин, ще в більш значних кількостях виділяє СО2. Тому ліси не тільки поглинають, а й виділяють вуглець, причому заздалегідь невідомо, який процес при цьому домінує.
Для розуміння змін клімату надзвичайно важливі знання про кількісні показники поглинання і виділення вуглецю усіма компонентами екосистеми, у тому числі і лісами. Але як це виміряти? Адже ліс складається з різноманітних рослин, різного віку, які всі і дихають, і фотосинтезують з різним ступенем інтенсивності. Тут на допомогу прийшла метеорологія. Адже, коли ліс виділяє вуглець, останній - за рахунок перемішування - починає поширюватися в більш високі шари атмосфери, а коли ліс поглинає вуглець, відбувається зворотний процес: з верхніх шарів атмосфери CO2 надходить всередину лісу. Тому, якщо проводити вимірювання потоку вуглецю на верхній межі лісу, то можна проаналізувати, який процес переважає.
Обмін речовин у реальній атмосфері швидше подібний до того, як ми перемішуємо ложкою цукор у каві.
Щоб провести такі виміри, необхідно розуміти природу перемішування в атмосфері. Це не зовсім звичайна дифузія, про яку ми вчили в школі. Обмін речовин у реальній атмосфері швидше подібний до того, як ми перемішуємо ложкою цукор у каві. Справа в тому, що атмосфера постійно пульсує.Ми відчуваємо, що вітер ніколи не буває постійним: він то слабшає, то посилюється, тому ми говоримо про «поривчастість» вітру. Так само пульсують і всі інші характеристики атмосфери:
- температура,
- вологість,
- тиск,
- концентрації всіх речовин.
Просто ці пульсації не так помітні. Взаємодія цих так званих турбулентних пульсацій - і є те саме «перемішування ложкою». Коли, наприклад, вітер посилюється одночасно зі збільшенням температури і слабшає одночасно зі зменшенням температури, виникає потік тепла.Цілком аналогічно виникають й інші потоки, в тому числі вуглецю.
Тому, якщо одночасно вимірювати над лісом пульсації швидкості вітру і пульсації концентрації двоокису вуглецю, то можна буквально порахувати об'єм потоку речовин. Такі вимірювання називаються коваріаційними вимірами потоків (eddycovariance flux measurements). Над лісом встановлюється вишка з акустичним анемометром і інфрачервоним газоаналізатором, за допомогою яких проводяться синхронні щосекундні вимірювання пульсацій вітру і концентрації.Інтенсивність потоку визначається шляхом множення обох значень і осереднення за тривалий проміжок часу (від півгодини до декількох років).
Вишка для коваріаційних вимірювань потоку вуглецю у лісі Гарварда (HarvardForest), США (зліва) ;акустичний анемометр та інфрачервоний газоаналізатор(праворуч).
У рамках міжнародного проекту FLUXNET була створена мережа таких станцій для вимірювання вуглецевих потоків у лісах світу. Дослідження показали, що широколисті ліси дуже ефективно поглинають вуглець, причому це поглинання тим більше, чим довший період вегетації [1]. Ступінь поглинання вуглецю хвойними лісами дуже відрізняється в залежності від віку, географічного розташування лісу, кліматичних умов. Наприклад, старий хвойний ліс у місці розташування станції Норунда (Швеція) створює практично нульовий баланс вуглецю.Тоді як ялиновий ліс Національного парку Айфель (Німеччина) є ефективним поглиначем вуглецю (660 г З · м-2 · рік-1) [2].
Мережа станцій коваріаційних вимірювань потоків FLUXNET.
Станції з коваріаційними вимірами потоків служать не тільки для досліджень вуглецевого балансу. Цей метод дозволяє безпосередньо вимірювати характеристики різноманітних фізичних і біологічних обмінів в екосистемах, таких, як обміни теплом, вологою і різноманітними хімічними речовинами, що раніше було неможливо.Це дуже цікава галузь досліджень, і отримані результати - це тільки початок.
Посилання
1.Baldocchi DE, Falge, L. Gu, R. Olson, D. et al. (2001) FLUXNET: A New Tool to Study the Temporal and Spatial Variability of Ecosystem -Scale Carbon Dioxide, Water Vapor, and Energy Flux Densities. Bull. Amer. Meteor. Soc., 82, 2415-2434
2.Ney P., Graf A., Bogena H., et al. (2019) CO2 fluxes before and after partial deforestation of a Central European spruce forest // Agricultural and Forest Meteorology, 274, 61-74
Автор статті: Іван Ковалець - доктор технічних наук, зав. відділом Інформатики навколишнього середовища ІПММС НАН України.
