Изменение климата: контролируемый эксперимент
Исследователи меняют ватерпасы влаги, СО2 и температуры, чтоб отдать прогноз грядущего нашей биосферы Еще 30 годов назад химик Чарлз Баэс (Charles F. Baes) из Государственной лаборатории Министерства энергетики США в ОкРидже предостерегал, что наша планетка подвергается огромному неконтролируемому эксперименту, тот или иной может закончиться ростом концентрации парниковых газов.
Сегодняшний день ученые знают, что ликвидирование лесов, будущая порядок землепользования и сжигание горючего содействуют нагреванию нашей планетки.
Исследователи меняют ватерпасы влаги, СО2 и температуры, чтоб отдать прогноз водящегося нашей биосферы Еще 30 годов назад химик Чарлз Баэс (Charles F. Baes) из Государственной лаборатории Министерства энергетики США в ОкРидже предостерегал, что наша планетка подвергается громадному неконтролируемому эксперименту, тот или иной может закончиться ростом концентрации парниковых газов.
Сегодняшний день ученые знают, что ликвидирование лесов, будущая налаженность землепользования и сжигание горючего содействуют нагреванию нашей планетки. Еще наименее знаменито о том, как происходящее изменение климата скажется на сегодняшних лесах и степях, и какую полезность приносят населению земли эти экосистемы.
К раскаянию, генеральным источником инфы о изменении климата в СМИ служат традиционно не опыты, а наблюдения. Исследователи смотрят за состоянием арктического морского льда и ледников, за этакими естественными явлениями, как пора возникновения листвы на деревьях, и информируют общественность о всякого рода отклонениях от обычных сроков. Длительная регистрация сходственного рода сведений, непременно, главна. Но живет и иной подход — заместо того, чтоб легко следить, как под деяньем меняющихся погодных критерий равномерно преображается биосфера нашей планетки, спецы проводят крупномасштабные опыты. Их целься — приобрести реакцию естественных экосистем на больший либо
ОБ АВТОРАХ
Стэн Вулльшлегер (Stan D. Wullschleger) — биолог, спец в области конфигурации климата и управляющий Группы по биологии растительных порядков в Государственной лаборатории в Ок-Ридже, штат Теннесси. Он провел ряд тестов по исследованию результатов действия обогащенного диоксидом углерода воздуха, тепла и засухи на природные леса, плантации и заброшенные поля. В нынешнее время разрабатывает и испытывает технологию обогрева участков в арктической тундре и в северных лесах. Майя Штраль (Маяa Strahl) — биолог-ботаник Лаборатории в Колд-Спринг-Харборе (штат Нью-Йорк), участвовала в Програмке исследований для студентов и аспирантов в Государственной лаборатории в Окридже.
наименьший степень осадков, на рост содержания в атмосфере двуокиси углерода (СО2) и на рост температуры воздуха. Приобретенные этаким методом экспериментальные предоставленные играют главную роль в определении того, в какой мере конфигурации климата затронут земные экосистемы спустя 10, 50 либо сто лет, а также сумеют ли эти конфигурации служить предпосылкой последующих погодных смен. Результаты данной для нас службы сориентируют разделять факты от вымыслов в развернувшейся и насыщенной чувствами дискуссии по предлогу климата.
В прошедшем исследователи годами изучали, как на всякого рода конфигурации реагируют одиночные растения, — для этого их в процесс пары месяцев выдерживали в особых камерах с искусственно регулируемыми договорами. Осознание деяния естественных устройств на эком степени, непременно, нужно. Но чрезвычайно принципиально изучить самочувствие растений в естественных экосистемах. Потому вот теснее наиболее 10 лет ведутся масштабные полевые опыты, о тот или другой малюсенько кто знает. О их тщательно поведано в этом субстанции.
К истинному медли теснее накоплен достаточный размер предоставленных для корректировки моделей конфигурации климата и растительности планетки. Этаким образом, создается наиболее исполнительная картина того, как могут изменяться леса, степи и сельскохозяйственные угодья в нашем ускоренно нагревающемся мире, где живут различные ватерпасы выпадения осадков, а в самой атмосфере увеличивается концентрация двуокиси углерода.
ОСАДКИ: ГЛАВНОЕ — СВОЕВРЕМЕННОСТЬ
ПРОБЛЕМА. При корпоративном возрастании степеней температуры и концентрации СО2 во целым мире в отдельных участках в предстоящие десятилетия климатические модели обещают еще наиболее резкие потрясения численностей осадков.
ЭКСПЕРИМЕНТ. Исследователи выстроили разнородные агрегата, в тот или другой можнож уменьшать либо наращивать число воды, поступающей к растениям в лесах, степях и сельскохозяйственных угодьях, а также в тундре в северных широтах. Для этого плотнее итого применяются куполообразные навесы либо особые желоба. С их поддержкой можнож отводить воду либо обращать ее на примыкающий участок, где имитируется завышенное выпадение осадков. Некие экие агрегата складываются и просто передвигаются с площади на участок. Устроенные в почве загородки либо прокопанные траншеи не разрешают поверхностным водам просачиваться на бывалые участки, а корням растений — доставать воду за границами этих участков.
В этаких проектах, как опыт по перемещению сквозных промывочных осадков (сквозные промывочные осадки — это дождевая вода, проникающая через полог леса. — Прим. пер.), тот или иной проводится в городке ОкРидж, штат Теннесси, употреблены трудные налаженности желобов и канав под нижним ярусом деревьев, созданные для сохранения земли неотзывчивый либо, навыворот, для насыщения ее влагой (на фото и илл.). При всем этом на участках масштабом с футбольное поле располагается до 1,9 тыс. желобов. Подобные налаженности можнож располагать в огромных интервалах меж деревьями — как, к примеру, в лесу из сосен и можжевельников в штате Нью-Мексико, где исследователь Нейтан Макдауэлл (Nathan McDowell) из Лос-Аламосской государственной лаборатории изучает роль засухи и насекомых в смерти деревьев.
РЕЗУЛЬТАТЫ. В прерии Конза (участок проведения исследований Института штата Канзас) одни травки превосходнее вторых выдерживают конфигурации ватерпаса атмосферных осадков. При усилении глобального потепления меж растениями может разгореться борьба за воду.
В лесах умеренного зоны — схожих тому, где продолжает личный 13-летний опыт по перемещению сквозных промывочных осадков Пол Хансон (Paul Hanson), — взрослые деревья с глубокими корнями благоприятно перенесли длительное сокращение числа осадков. В то же пора почти все сеянцы и юные деревца с поверхностными корнями погибли. Этот опыт представил, что наивеличайший вред деревьям наносят периоды мощной засухи в определенные сезоны. Убавление числа дождевых осадков ранешней ну почти в конце зимы, иной раз происходит конструктивный рост поперечника ствола деревьев, удерживало их развитие куда весче, чем в хоть какое иное пора года. Засухи в точке весны, теснее опосля прекращения роста деревьев, не приносили им особенного убытка при соглашении полного восстановленья запасов почвенной воды до начала надлежащего вегетационного периода. 
В противоположность этому в Бразилии, во мокроватом тропическом лесу Амазонии, погибло немного больших деревьев — это вышло на 4-ый год засухи, искусственно сделанной учеными из Вудс-Холского исследовательского центра в штате Массачусетс. При всем этом куда младше пострадали юные деревца и деревья с незначительным поперечником ствола. Из-за удаления 60% дождевых осадков высохли глубочайшие круги земли, тогда как неглубокие остались достаточно мокроватыми, т.е. вышло нечто обратное результатам опыта по перемещению сквозных промывочных осадков. Возникновению моделей, способных накрепко предвещать результаты конфигурации климата, подобать предшествовать осознание трудных взаимодействий в данной для нас области.
Глобальные решения
Опыты проявили, что растения и экосистемы владеют удивительной способностью адаптироваться к новеньким договорам. Желая исследователи считают, что живет некоторый порог, после этого может произойти трагическая реакция. Результаты проведенных полевых тестов разрешают теснее сегодняшний день сделать некие решения.
Наиболее высочайшие ватерпасы концентрации двуокиси углерода в атмосфере способны наращивать урожайность этаких сельхозкультур, как пшеница, рис, ячмень, соя и хлопок, но одновременное
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Исследователи меняют температуру, концентрацию СО2 и влажность для образчиков леса, травок и сельхозкультур, чтоб узреть реакцию растений на эти конфигурации.
Рост температуры и концентрации диоксида углерода ускоряет рост листьев и увеличивает урожайность. Но эти же причины могут усиливать нашествия насекомых, а также расслаблять сопротивляемость растений вредителям и хворям.
Водящиеся полевые опыты, где сумеют изменяться все три фактора вместе с тем, приведут к теории наиболее исполнительных моделей воздействия длительных конфигураций климата на мировые экосистемы.
рост температуры — а в неких участках и озонное загрязнение воздуха — может важно снижать либо вообщем сводить на нет схожий благосклонный эффект СО2. Изменение климата способно также нарушать обычное взаимодействие меж сельхозкультурами, сорняками, патогенными микроорганизмами и насекомыми, что плотнее итого будет идти на полезность вредителям.
Листопадные леса на востоке местности США — те, что в определенный сезон скидывают листву, — сравнительно хладнокровны к засухе. Большущим деревьям полностью хватить воды в глубинных оболочках земли. Меж тем в засушливые периоды поверхностная почва держит малюсенько воды и живо высыхает, из-за что гибнет большущее число сеянцев и юных деревьев — по другому разговаривая, водящиеся леса.
В насыщенной СО2 атмосфере удачно развивающаяся корневая налаженность обеспечивала бы большее число питательных веществ, содействуя продуктивности юных лесов. В экосистемах засушливых и пустынных светов превосходное развитие глубочайшей корневой налаженности деревьев приносило бы полезность и иным растениям, облегчая им доступ к почвенной влаге.
Глобальное потепление и рост концентрации СО2в атмосфере содействовали бы распространению почти всех сорняков сельскохозяйственных культур (включая бодяк полевой), снижали бы урожайность и повышали бы потребность в гербицидах. Не считая того, возникала бы вопрос с экзотическими внешностями сорных растений. К примеру, как проявили недавние опыты, тот или иной проводил в пустыне Мохаве Стэн Смит (Stan Smith) из Института Невады (США), в год с особенно обильными осадками завышенная концентрация углекислого газа в атмосфере содействовала распространению злакового сорняка костра кровельного (Bromus tectorum), в итоге что сократилось аборигенное видовое растительное обилие, поменялась пищевая цепочка и возросла возможность происхождения пожара.
Ежели происходившее в заключительные 200 лет вторжение древесных растений в мировые степные места разъяснялось в главную очередь чрезмерным выпасом скота и последствиями ликвидации луговых пожаров, то нынешнему наступлению деревьев и кустарников на западные участки США, вероятно, содействует рост концентрации диоксида углерода в атмосфере.
Предстоящий рост концентрации СО2 будет влиять на способность растений оказывать действие на здоровье обитателя. Это быть может усиленное создание пыльцы, вызывающей у жителей нашей планеты аллергию, либо функциональное развитие и рост токсичности.
ВОЗДУХ: СО2 — УСКОРЕНИЕ РОСТА?
ПРОБЛЕМА. 
По оценкам ученых, океаны и наземные экосистемы едят по наименьшей мере половину двуокиси углерода, образующейся при сжигании ископаемых внешностей горючего. Растения сооружают это, употребляя СО2 для выработки углеводов в процессе фотосинтеза. Продолжится ли это преображение при наиболее больших концентрациях СО2 в атмосфере? Не приведет ли рост размера СО2 к изменению содержания сахаров, углеводов и защитных соединений в растениях, что будет попеременно подсоблять либо мешать насекомым и патогенным организмам?
ЭКСПЕРИМЕНТ. Вот теснее наиболее 10 лет в Ок-Риджской государственной лаборатории длится опыт по обогащению СО2 на раскрытом воздухе, тот или иной управляет Ричард Норби (Richard Norby). В нем употреблены четыре опытнейших участка, любой из их окружен кольцом из вертикальных труб, прикрепленных к опорным башням (на фото и илл.). По трубам подается двуокись углерода, и все деревья в кольце приобретают определенное его число. Сходные опыты проводятся сегодняшний день ориентировочно в 35 естественных и управляемых экосистемах по цельному миру, тот или иной по близким размахам колеблются от кружков болота поперечником в 1 мтр до 23-метровых кругов сельхозугодий и 30-метровых кругов лесопосадок.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Приобретенные предоставленные подтверждают, что завышенные ватерпасы содержания СО2 стимулируют фотосинтез, увеличивая усвоение углерода тканями растений. Достигнутый при всем этом показатель аккуратной первичной продуктивности (NPP) сохраняется в протяжении почти всех вегетационных периодов. При проведении лесных тестов в штатах Висконсин, Северная Каролина и Теннесси, а также в Италии, зафиксировано ежегодное рост NPP на 23% — концентрация СО2 в этих вариантах имелась увеличена с природного ватерпаса в 388 до 550 количеств на миллион (для заслуги крайнего население земли подобать имелось бы на протяжении ближайших100 лет не зачислять никаких мер по ограничению выбросов этого газа в атмосферу). По результатам недавнего моделирования, растения позитивно реагируют на рост ватерпаса содержания двуокиси углерода, желая при недочете в почве этаких питательных частей, как азот, эффект быть может ограниченным. Рост показателя NPP повторялось на целых участках в мире, где проводился Опыт по обогащению СО2 на раскрытом воздухе. Все же сам этот показатель означает едва число углерода, усвоенного растениями, и ничего не разговаривает о длительном изменении его содержания. Меж тем в лесу из ладанной сосны в Северной Каролине экий доп углерод откладывался ключевым образом в стволах и ветвях, где он может сохраняться десятилетиями, тогда как у возрастающих в Теннесси амбровых деревьев наивеличайшее число углерода держалось в новейших юных корнях: желая для самого дерева экие корешки полезны, они живут едва от пары недель до года, после этого происходит их разложение бактериями, а внушительная число углерода ворачивается в атмосферу. Исследователи стараются осознать предпосылки схожих перемещений углерода. Вероятно, новенькая информация покажется теснее в наиблежайшие месяцы, иной раз для анализа будут представлены деревья и почва с разных опытнейших участков. Проведенные опыты теснее принесли родные плоды. Джеймс Рандерсон (James Randerson) из Калифорнийского института в Ирвайне и ученые из Ок-Риджской государственной лаборатории, Государственного центра атмосферных исследований в штате Колорадо, а также вторых научных организаций применяли эти предоставленные для оценки и совершенствования Публичной модели климатической налаженности. Она дозволяет моделировать физические, хим и био процессы, правящие климатом Мира.
Трудные вопросцы
Результаты прошлых крупномасштабных тестов полностью убедительны, все же великая их число проводилась в средних широтах, в главном на местности США и Европы. Сегодняшний день для исполнительного прогнозирования имеющихся конфигураций северных, тундровых и тропических растений, а также целых экосистем потребуются новейшие тесты теснее в наиболее пространном спектре географических широт, на подготовку тот или другой оставит пару лет. Будет нужно крупный размер технического оборудования, тот или другой сумеет обеспечивать плавное изменение критерий существования для растений и окажется хватить надежным при долголетнем употреблении.
Биологам нужны агрегата, где можнож будет не совсем только поменять концентрацию СО2, температуру и степень выпадения осадков, но основное — выдерживать все три этих показателя в сочетании вместе. Пока что мы только лишь приступаем к данной для нас занятию. В процессе новейшего опыта, тот или иной следует на данный момент поблизости городка Шайенн в штате Вайоминг, оценивается состояние растительности северной разнотравной прерии при одновременных конфигурациях концентрации углекислого газа и температуры. Теснее в 1-ый год его проведения Джек Морган (Jack Morgan) из Работы сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США нашел признаки того, что конкретно потепление в сочетании с увеличением концентрации двуокиси углерода могло содействовать бурному развитию на Больших равнинах травок теплого сезона в вред травкам прохладного сезона.
Как наихорошим образом варьировать эти немного характеристик, и как выстроить модели, способные разъяснить их успешное либо, навыворот, безуспешное сочетание вместе? Все это трудные вопросцы. Все же ежели мы вправду желаем направить населению земли предвосхитить и пережить теснее начавшееся изменение климата, нам теснее в последнее время потребуются предоставленные, приобретенные в итоге проведения этакого рода тестов.
ТЕМПЕРАТУРА: ПЛЮСЫ И МИНУСЫ
ПРОБЛЕМА. Характеристики грядущего потепления климата планетки будут обусловливаться географическим местоположением. К 2100 грам. в Северной Америке в зимний период будет теплее на 3,8-5,9С, а в летнюю пору — на 2,8-3,3С. Эти конфигурации скажутся на размене веществ в растениях, на наличии воды и питательных веществ в почве, на конкуренции растений, а также на аппетите травоядных животных, насекомых и патогенных организмов.
ЭКСПЕРИМЕНТ. Для подогревания малюсеньких опытнейших участков исследователи опробовали самые различные налаженности, включая ИК-лампы с излучением тепла, электронагревательные ленты в почве, а также камеры с обнаруженным верхотурой — цилиндрические каркасы, обтянутые прозрачной диафрагмой и оборудованные тепловыми вентиляторами. Желая все эти налаженности оказались полезными, у каждой обнаружились родные недостачи. Электронагревательные ленты забывают в почве противоестественно сильно разогретые площади. Применение пассивно нагреваемых камер зависит от сезона и медли суток, а воздействие дождика, ветра и солнечного света усложняют интерпретацию результатов.
РЕЗУЛЬТАТЫ. Более чувствительными к изменениям температуры оказались экосистемы Арктики и размещенных чуток южнее северных регионов. В Международном тундровом опыте под управлением Грега Хенри (Greg Henry), проводимом канадским Институтом Английской Колумбии, употреблены пассивные камеры — с их поддержкой исполняется нагрев наиболее 10-ка незначительных участков в разных странах. По заработанным к истинному медли предоставленным, рост температуры на 1-3С содействует возникновению и росту напочвенного покрова из листопадных кустарников и травки на участке обычных мхов и лишайников. Сходственная чувствительность подтверждает догадку, что в экосистемах северных широт потепление климата приведет к сокращению био контраста. Не считая того, от подмены травянистой растительности на древесную возросло бы поглощение почвой энергии из-за убавленья отражательной возможности ее поверхности, а это содействовало бы еще большему росту глобальной температуры.
В итоге тестов на вторых широтах возникают предоставленные о исчезновении аборигенных внешностей растений, их перемещениях снутри ареала и конфигурациях видового состава. Исследователь Государственной лаборатории в ОкРидже Карла Гундерсон (Carla Gunderson) подвергла действию температуры (на 4 С выше ватерпаса прогревания окружающей среды) четыре внешности листопадных деревьев (на фото и илл.). Сеянцы и юные деревца благоприятно приспосабливались к сиим температурным договорам и плотнее итого ускоренно развивались. Листья на этаких деревьях появлялись ну почти в конце зимы на 6-14 дней ранее, а в осеннюю пору длиннее оставались зеленоватыми, что ориентировочно на три недельки увеличивало длительность вегетационного периода. Вообщем, грызть сведения, что из-за ранешнего весеннего роста экие деревья могут посильнее пострадать от поздних холодов.
Невзирая на положительные результаты, предоставленные по малолетним участкам тяжело использовать к целым экосистемам. Сегодняшний день нам необходимы новейшие методы нагревания больших площадей. Ежели ранее ключевым обликом энергии для этого числилось электричество, то сейчас в удаленных участках превосходнее имелось бы употреблять естественный газ либо геотермальные источники.
Перевод: А.Н. Божко
COURTESY OF OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY (photograph); DAVID FIERSTEIN (illustration)
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА
Consequences of More Extreme Precipitation Regimes for Terrestrial Ecosystems. Alan K.Knapp et al. in BioScience, Vol.58, No.9, pages 811-821; Октября 2008.
Rising CO2 , Climate Change and Public Health: Exploring the Links to Plant Biology. Lewis H. Ziska et al. in Environmental Health Perspectives, Vol.117, No.2, Pages 155-158; Февраля 2009.
Источник: Cтэн Вулльшлегер и Майя Штраль, Журнальчик «В мире науки» 05 2010 грам.
Posted in Климат Земли by admin with comments disabled.