Ученые ошибались: растения поглощают на треть больше CO₂

В октябре команда ученых из Школы интегративных наук о растениях Корнеллского университета, Университета Вагенингена и Исследовательского центра Нидерландов, Института Карнеги по наукам, Университета штата Колорадо, Калифорнийского университета в Санта-Крузе и Лаборатории реактивного движения НАСА опубликовали в журнале Nature результаты нового исследования.

Эта работа показывает, что растения поглощают на 31% больше CO₂, чем предполагалось ранее, что повышает глобальное брутто-поглощение углекислого газа за счет фотосинтеза в земной растительности (GPP) до 157 петаграммов в год. Используя карбонилсульфид в качестве показателя фотосинтеза, исследование подчеркивает важную роль тропических лесов как поглотителей углерода и подчеркивает важность точного моделирования фотосинтеза для прогнозирования климата.

Новая оценка ученых, как ожидается, улучшит модели системы Земли, используемые для прогнозирования климатических тенденций, и подчеркивает важную роль естественного поглощения углерода в смягчении выбросов парниковых газов. Количество CO₂, удаляемое из атмосферы посредством фотосинтеза наземных растений, известно как валовая первичная производительность Земли, то же, что GPP. Она представляет собой крупнейший обмен углерода между землей и атмосферой на планете. GPP обычно указывается в петаграммах углерода в год: один петаграмм равен одному миллиарду метрических тонн, что примерно соответствует количеству CO₂, выбрасываемого каждый год 238 миллионами легковых автомобилей, работающих на бензине.

Группа ученых использовала новые модели и измерения для оценки GPP суши в размере 157 петаграммов углерода в год, что выше оценки в 120 петаграммов, установленной сорок лет назад и в настоящее время используемой в большинстве оценок углеродного цикла Земли. Исследователи разработали интегрированную модель, которая отслеживает перемещение химического соединения карбонилсульфида (OCS) из воздуха в хлоропласты листьев – фабрики внутри клеток растений, которые осуществляют фотосинтез.

Ученые количественно оценили фотосинтетическую активность, отслеживая OCS. Соединение в основном следует тем же путем через лист, что и CO₂, тесно связано с фотосинтезом и его легче отслеживать и измерять, чем диффузию CO₂. По этим причинам OCS использовался в качестве прокси-фактора фотосинтеза на уровне растений и листьев. Это исследование показало, что OCS хорошо подходит для оценки фотосинтеза в больших масштабах и в течение длительных периодов времени, что делает его надежным индикатором мирового GPP.

Команда использовала данные о растениях из различных источников для информирования о разработке модели. Одним из источников была база данных LeafWeb, созданная в ORNL для исследовательского проекта TES-SFA. Она собирает данные о фотосинтетических признаках от ученых со всего мира для поддержки моделирования углеродного цикла. Ученые проверили результаты модели, сравнив их с данными высокого разрешения с вышек мониторинга окружающей среды вместо спутниковых наблюдений, которым могут мешать облака, особенно в тропиках.

Ключом к новой оценке является лучшее представление процесса, называемого мезофильной диффузией, – то, как OCS и CO₂ перемещаются из листьев в хлоропласты, где происходит фиксация углерода. Понимание мезофильной диффузии необходимо для выяснения того, насколько эффективно растения проводят фотосинтез, и даже того, как они могут адаптироваться к изменяющимся условиям.

Ляньхун Гу, соавтор работы, эксперт по фотосинтезу и научный сотрудник Отдела наук об окружающей среде ORNL, помог разработать модель проводимости мезофилла проекта, которая численно отображает диффузию OCS в листьях, а также связь между диффузией OCS и фотосинтезом.

«Выяснить, сколько CO₂ растения фиксируют каждый год, – это загадка, над которой ученые работают уже некоторое время. Первоначальная оценка в 120 петаграммов в год была установлена ​​в 1980-х годах, она закрепилась, пока мы пытались найти новый подход. Важно, чтобы мы хорошо разбирались в глобальном GPP, поскольку это первоначальное поглощение углерода сушей влияет на остальные наши представления об углеродном цикле Земли», – пояснил Ляньхун Гу.

Пантропические дождевые леса объясняют самую большую разницу между предыдущими оценками и новыми цифрами, что подтверждается наземными измерениями, отмечает Гу. Новое открытие предполагает, что дождевые леса являются более важным естественным поглотителем углерода, чем предполагалось ранее с использованием спутниковых данных. Понимание того, сколько углерода может храниться в наземных экосистемах, особенно в лесах с большими запасами биомассы в древесине, имеет важное значение для прогнозирования будущих изменений климата.

«Подтверждение наших оценок GPP надежными наблюдениями в глобальном масштабе является критически важным шагом в улучшении наших прогнозов относительно будущего содержания CO₂ в атмосфере и последствий для глобального климата», – резюмирует Питер Торнтон, научный сотрудник и руководитель секции наук о системах Земли в ORNL.

Поддержать развитие блога можно на Boosty по ссылке.