Попри міфи: як викиди вуглецю породили озеленення Землі

Сорок років тому радянський кліматолог Михайло Будико передбачив, що результатом антропогенної емісії вуглекислого газу стане різкий сплеск у розвитку земної рослинності та біосфери загалом. До 2016 року це підтвердили супутникові знімки, але наукові публікації про них викликали серйозне неприйняття: деякі вчені спробували спростувати факт озеленення. Нова робота показала, що вона не просто існує, а й прискорюється.

Те, що зростання концентрації СО2 у повітрі викликає прискорений розвиток рослин, було відомо понад сотню років тому. Радянський фізик і кліматолог Михайло Будико, який у 1970 році першим заявив про неминучість глобального потепління, витратив чимало часу, щоб оцінити вплив антропогенних викидів вуглецю на біосферу. У 1980-х він дійшов висновку, що ці викиди спровокують експансію рослинності по всій планеті, що полегшить життя тваринам. Цей висновок — одна з ключових причин, через яку він оцінював глобальне потепління як «квиток у втрачений рай». Він був першим дослідником, який сформулював таку наукову позицію.

У західному науковому світі ідеї Будико довго викликали відторгнення. Хоча низка вчених фіксувала озеленення планети на супутникових знімках, їх роботи активно заперечувалися, ідея про глобальне озеленення не була загальновизнаною аж до публікації в Nature у 2016 році. Тоді групі авторів (першим серед яких був учений із КНР) вперше вдалося наочно показати величезний масштаб глобального озеленення Землі, а також обчисленнями встановити, що на 70 відсотків воно зумовлене саме викидами СО2 та ще на вісім відсотків зростанням глобальних температур. Як вони виявили, сільськогосподарська активність людини відповідала лише за 13 відсотків цього озеленення.

Однак публікація в Nature впала на непідготовлений ґрунт: у західному науковому світі завжди домінувала ідея про згубність глобального потепління біосфери. Оскільки історії планети не відомі випадки, коли біосфера страждала б від різкої експансії рослинності, яка становить основу харчової піраміди, одразу кілька наукових груп спробували оскаржити висновки роботи 2016 року. Зробити це для відрізка з 1982 по 2000 рік було складно, тому що наборів супутникових даних по ньому не так багато, і вони однозначно показують швидке озеленення. Але хто шукає — той завжди знайде, тому було зроблено багато спроб оскаржити факт цього процесу для періоду після 2000 року.

Одні автори написали роботи про те, що глобальне озеленення після 2000 року стагнувало, інші навіть звернулися назад. Як все це могло статися, якщо супутники чи фіксують збільшену кількість зеленого на поверхні планети, чи ні? Відповідь не дуже складна: якщо розбити набори супутникових спостережень за групами, можна помітити, що вони демонструють дещо різну динаміку зеленого. Це не дивно: апаратна частина супутників може відрізнятися за якістю, крім того, деякі з них провели на орбіті більше часу, ніж інші, і в роботі їхньої апаратури виникли помилки. Якщо дослідник брав не всі набори даних, щоб усереднити отримані значення, як автори роботи 2016 року, міг знайти серед цих наборів такі, де озеленення після 2000 року гальмувалося.

Крім того, оскаржувальні висновки роботи 2016 спробували враховувати не тільки нормалізований різницевий індекс рослинності, але і так званий розширений індекс рослинності . У їх підрахунках є методологічна різниця, оскільки нормалізований індекс є чутливим саме до хлорофілу в цілому, а розширений — до особливостей крони рослин. Нарешті, використовували ще один метод: брали відрізок коротше (після 2000 року, або навіть після 2010 року) та уповільнення озеленення на ньому трактували як загальний процес останніх років.

Усі ці суперечливі оцінки створили серйозний інформаційний шум, за яким людям, далеким від наукового світу, виявилося дуже складно зрозуміти, що, власне, відбувається. Чи озеленяється Земля, як передбачав Будико і констатували китайські дослідники? Чи, навпаки, її рослинність та біосфера у ХХІ столітті стискаються?

Питання це не зовсім теоретичне: якщо має рацію Будико, то поточна дорога (на трильйон плюс доларів на рік) боротьба з глобальним потеплінням одночасно і боротьба проти зелені та біосфери в цілому. Навпаки, якщо мають рацію його опоненти, вона — єдиний порятунок людства від вкрай болючих наслідків загибелі рослин та падіння біопродуктивності планети.

Автори нової роботи в Global Ecology and Conservation, група вчених із КНР, спробували оцінити ситуацію на більш надійній методологічній основі. Як вони зазначають, вести суперечки про те, чи зеленіє планета чи ні в сенсі кольору, менш продуктивно, ніж зосередитися на конкретному фізичному параметрі — індексі площі листя. Щоб з'ясувати площу листя і відокремити її від загального зеленого сигналу від наземної рослинності, використовуються такі супутникові набори даних, що чутливі до червоної та ближньої інфрачервоної частин спектру.

Важливою особливістю роботи стало те, що автори не відбирали супутникові дані за принципом "те, що показують максимум озеленення" або "те, що показують максимум загибелі рослин". Навпаки, вони врахували всі чотири глобальні набори супутникових даних за індексом площі листя.

При цьому в них вийшло, що в 2001-2020 роках усі чотири набори показують статистично значне зростання цього індексу для Землі в цілому. Площа листя на планеті розширювалася на 55,15 відсотка від усієї площі, де є рослинність, тобто стійке озеленення відзначалося на основній частині суші. На 14,44 відсотка тієї ж зони спостерігався процес зворотний озеленення – "окоричневіння", тобто відступ рослин. Для решти поверхні не було вираженого тренду в жодну зі сторін.

Цікава картина склалася, коли автори зіставили зв'язки між іншими факторами, що відстежуються із супутників, та площею листя. Деякі деталі були заздалегідь очевидні: там, де йшов відступ рослинності, вологість грунту знижувалася. У тих частинах планети, де концентрація СО2 була вищою за звичайну, краще росли і рослини. Але були й несподіванки: зростання температур у часі збігалося з озелененням не тільки в тих частинах планети, де прохолодно (Китай, Європа, включаючи Східну), а й там, де спекотно. Наприклад, саме так було у низці районів Індії.

Ще більш несподіваним був той факт, що між опадами (а також сонячним випромінюванням) та озелененням зв'язок виявився дуже слабким. Тобто в регіонах, де опади зростали, озеленення не було помітно активнішим, а там, де вони знижувалися, не було помітно слабшим. З цього побічно випливає, що зміни в осадах слабко впливають на вологість грунту на довгострокових відрізках.

Очевидно, це з давно відомим фактом: там, де з'являється рослинність, вологість грунту багато в чому регулюється саме нею, а чи не власне опадами. Так відбувається тому, що при дефіциті опадів рослини, що живуть при високому вмісті СО2 в повітрі, можуть сильно звужувати продихи, крихітні отвори на своєму листі. Після такого звуження випаровування ними води із ґрунту мінімізується. В результаті в землі зберігається досить багато вологи, навіть якщо опади того чи іншого року дещо нижчі за норму.

Одним із ключових заперечень опонентів ідей Будико і супутникових даних, що їх підтверджують, було те, що озеленення найактивніше відбувається в Китаї та Індії — країнах з сільським господарством, що бурхливо розвивається, і, відповідно, великим внесенням добрив. У зв'язку з цим у науковому світі лунали навіть твердження, що саме сільське господарство «відповідає за третину і, можливо, більше, від збільшення площі листя, що спостерігається» (тобто глобального озеленення). Зрозуміло, наукпоп не кращої якості пішов навіть далі і почав розповідати те, чого жодні вчені ніколи не заявляли: нібито основна частина глобального озеленення пояснюється впливом сільського господарства.

Подібні заперечення давно викликали великі питання: наприклад, озеленення в Китаї найсильніше торкалося пустелі та напівпустелі, а також Тибету, тобто зони, де просто немає ні сільського господарства, ні внесення добрив. 42 відсотки озеленення в КНР взагалі припали на ліси — і лише 32 відсотки на ріллю. Так, там є програма посадки дерев у посушливих зонах, але річ у тому, що ці дерева потім ніхто не поливає та не удобрює. Очевидно, що виживання цих посадок було б неможливим, якби ці зони і так не підходили для швидкої експансії рослин.

Нарешті, у низці регіонів Землі глобальне озеленення яскраво виявилося саме у період скорочення там сільгоспплощ. Наприклад, у Росії та Австралії з 1980-х сільське господарство пішло з величезних площ — але й там, і там швидкість озеленення дуже висока. І якщо в нашій країні її ще можна списати не так на вплив СО2, як на її вкрай холодний клімат, який пом'якшується в міру потепління, то в Австралії про це не йдеться. Якби сільське господарство було головним чинником озеленення, приклади цих двох країн — загальною площею в кілька разів більшими від Індії та Китаю разом узятих — було б неможливо пояснити

Іншою великою проблемою цього підходу було те, що він не враховував сприятливий вплив СО2 на сільське господарство. Приблизно чверть у врожаї основних культур у тих самих США посідає саме вплив підвищеної концентрації вуглекислого газу атмосфері — підвищеної через антропогенних викидів. Іншими словами, зростання площі листя на ріллі в наші дні великою мірою обумовлено тими ж факторами, що й зростання площі листя в природі загалом.

Автори нової роботи підійшли до проблеми «У чому насправді причина глобального озеленення — в антропогенних викидах вуглекислого газу чи сільському господарстві». Вони зіставили зміни у рівні СО2 у тій чи іншій зоні (супутники добре «бачать» вуглекислий газ) коїться з іншими чинниками, які працюють тих чи інших ділянок земної поверхні. Виявилося, що СО2 пояснює тренд за індексом площі листя на 75,63 відсотка площі земної суші, що має рослинність. Це навіть дещо вище, ніж у оцінці авторів роботи 2016 року (70 відсотків).

Автори задалися дуже логічним питанням: чи можна за сучасного рівня супутникових спостережень зрозуміти, чи зараз зараз уповільнюється глобальне озеленення? Це цікаве питання, оскільки традиційно прийнято припускати, що через зростання дефіциту водяної пари в атмосфері глобальне озеленення має гальмуватися.

«Дефіцит тиску водяної пари», хоч і вимірюється у паскалях, — поняття не абсолютне, а відносне. Якщо відносна вологість кубометра повітря при зростанні температури залишається незмінною, то кількість водяної пари в ньому швидко зростатиме. Однак на практиці в тепліших частинах світу співвідношення фактичної кількості водяної пари на кубометр повітря до теоретично можливого при даній температурі нижче, ніж у холодному. Щоб зрозуміти, про що йдеться, достатньо поглянути на карту нижче. В Амазонії людині з Росії спочатку неможливо дихати — настільки вологе повітря. Однак формальний дефіцит водяної пари там сильніший, ніж у Росії, і незрівнянно сильніший, ніж у Гренландії, Антарктиді або на Тибеті (це легко бачити на карті нижче).

Таким чином, неважко помітити, що це поняття не відображає потенційної придатності тієї чи іншої кліматичної зони для складного життя. У Гренландії та Антарктиді повітря вкрай сухе, настільки, що без спеціальних заходів це швидко шкодить шкірі та слизовим, а рослинність там або слабка, або її не існує. Тобто в місцях із низьким дефіцитом водяної пари пригнічення зеленої біомаси – норма. Навпаки, в місцях із помірним дефіцитом тиску водяної пари норма — джунглі Амазонії та Конго. Лише зони, де цей дефіцит вище 1,5-2,0 тисяч паскалів (тобто гранично високий), дійсно малопридатні для рослинності.

Багато кліматологів стверджують, що в міру подальшого потепління дефіцит водяної пари, що вже посилюється в помірних широтах, стане не таким помірним, як в Амазонії, а таким непомірним, як у тропічних пустелях, що призведе до загибелі рослинності та кінця глобального озеленення. А інші навіть впевнені, що це вже сталося. Ось на перевірку цієї тези націлилися автори нової роботи. Якщо озеленення в масштабах планети сповільнюється, то дефіцит водяної пари справді вдарив по рослинах.

На жаль, для основної частини земної кулі точності даних поточних спостережень виявилося недостатньо: чотири набори супутникових знімків показали суперечливі дані щодо прискорення глобального потепління на 60 відсотків суші. Нагадаємо, що в таких роботах йдеться лише про ту частину суші, де є рослини, тобто віднімаючи арктичні пустелі та Сахару.

Однак для 40 відсотків суші прискорення глобального потепління визначити вдалося і воно там виявилося загалом позитивним. Інакше кажучи, глобальне озеленення за 2001-2020 роки трохи прискорилося, а чи не сповільнилося, хоча величина цього прискорення статистично поки що незначна. Цікаво, що наростає швидкість глобального озеленення на європейських рівнинах (включаючи частину Росії), у Східній Африці та Індії.

У Росії її і Європі загалом 2001-2020 роках площа сільгоспземель не зросла (а саме нашій країні навіть впала). При цьому у низці регіонів північноамериканських рівнин та в Китаї глобальне озеленення дещо сповільнилося. Це особливо цікаво тому, що саме в Китаї в 2001-2020 роках сільське господарство зазнало серйозного буму – врожаї основних культур зросли. Теза «озеленення зумовлене інтенсивним сільським господарством» вкотре не знайшла підкріплення у конкретних даних.

Дослідники вважають, що головною причиною, через яку низка попередніх робіт намагалися «скасувати» глобальне озеленення, було використання неоднозначних наборів даних. У першу чергу йдеться про Просунутий радіометр дуже високого дозволу (Advanced Very-High-Resolution Radiometer, AVHRR), супутникову систему спостережень у п'яти спектральних смугах. Дві з них — близько 600 і 900 нанометрів — у теорії відображають інформацію щодо нормалізованого різницевого індексу рослинності. Автори нової роботи зазначають, що для цього проекту вже давно відомо про суттєву проблему з точністю, спричиненою орбітальним дрейфом супутників, які постачають ці дані.

Їхня робота спеціально утримується від оцінок нормалізованого різницевого індексу рослинності і зосереджується натомість на індексі площі листя — отриманого за даними MODIS, системи супутникових спостережень з куди менш проблематичними наглядовими інструментами, що не дають настільки великих систематичних помилок.

Виходить наступна картина: глобальне озеленення — незаперечний факт, як констатують автори у своїй роботі. На 55 відсотках земної суші, що має рослинність, йде саме озеленення (найактивніше — на рівнинах Європи та Індії) і лише на семи відсотках рослинність відступає. Причому три чверті за озеленення відповідає саме вуглекислий газ. Вплив зростання його концентрації настільки великий, що дефіцит тиску водяної пари не тільки не може зупинити озеленення, але не показує навіть можливості зупинити прискорення глобального озеленення.

Слід сказати: ця наукова робота описує найважливіший процес, що у біосфері Землі. Так, вона має обмеження.

Наприклад, площа листя росте повільніше, ніж зелена біомаса, про що ми вже писали. Але все ж таки зелені рослини суші становлять понад дві третини від усієї біомаси Землі. Якщо вони показують швидку експансію, кормова база тварин теж швидко зростає. А це, безумовно, добре для біосфери загалом.

Незважаючи на важливість теми, ЗМІ обходять її. Причина проста: для західних медіа – це дуже неприємна тема. Після виходу перших робіт про глобальне озеленення там навіть з'явилися спеціальні популярні статті, де заявлялося, що глобальне озеленення у довгостроковому плані це жахливо.

Звичайно, знайти переконливих аргументів, які б показували, що бум рослинності в довгостроковому плані «жахливий», було неможливо. Довелося використати повністю непереконливі. Працівники ЗМІ не дуже люблять ставити свої підписи під матеріалом, що погано виглядає: після цього падає довіра читачів.

Не дивно, що КНР, де єдиної партійної лінії у питаннях глобального потепління немає, все ще може дозволити собі наукові роботи про прискорення озеленення, а США вже не особливо. У російськомовному культурному просторі ставлення до антропогенних викидів вуглецю ближче до, ніж до КНР. Після смерті Будика наша наукова спільнота здебільшого повторює західні тези щодо питання і в цьому ж дусі інформує суспільство.

Related