Дубы восточной части США и Калифорнии перестают наращивать древесину уже к середине лета, хотя процесс фотосинтеза продолжается до октября. Это открытие ставит под сомнение существующие климатические модели, которые предполагают, что усиленное поглощение углекислого газа автоматически ведет к увеличению массы лесов. Исследователи из Колумбийской школы климата выяснили: значительная часть поглощенного углерода не превращается в долговечную древесину, а тратится на метаболизм или рост листвы, что снижает реальную роль лесов как углеродного поглотителя.

 

Разрыв между фотосинтезом и реальным ростом

Традиционно считается, что если дерево активно поглощает углекислый газ и солнечный свет, оно обязательно растет. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, доказывает обратное. Ведущий автор работы, экоклиматолог Мукунд Палат Рао, отмечает, что большинство современных моделей ошибочно приравнивают активность фотосинтеза к приросту биомассы. В реальности прирост ствола и ветвей часто заканчивается задолго до того, как листья перестают работать.

В ходе анализа данных с 137 площадок выяснилось, что рост дубов в восточных штатах происходит в основном с мая по июль. При этом фотосинтез продолжается еще три месяца. Получается, около 36% всего углерода, поглощенного за сезон, дерево забирает уже после того, как его ствол перестал увеличиваться в объеме. В Калифорнии ситуация похожа: рост длится с декабря по апрель, а фотосинтез — до августа. Почти 26% годового углерода усваивается в период, когда видимый рост уже прекратился.

 

Куда исчезает поглощенный углерод

Если углерод не идет на формирование плотной древесины, он находит другие пути. Часть веществ тратится на поддержание жизнедеятельности клеток и дыхание. Другая часть уходит на формирование листьев и корней следующего сезона. Существует также временное хранение в виде крахмала.

Важно понимать разницу между типами накопления. Углерод в стволе может оставаться там сотни лет. Углерод в листьях возвращается в атмосферу через несколько месяцев после их опадания. Из-за этого эффективность лесов как долгосрочного хранилища оказывается ниже, чем ожидалось. Основные направления расхода веществ выглядят так:

• формирование новой листвы и тонких корней, которые быстро разлагаются;
• пополнение энергетических запасов (крахмала) для зимовки;
• выделение соединений в почву для поддержки микробных сообществ;
• окисление для поддержания работы клеток в неблагоприятных условиях.

 

Влияние засухи и изменения климата

Главная причина остановки роста при продолжающемся фотосинтезе — нехватка воды. Когда наступают сухие и жаркие периоды, у дерева падает внутреннее давление (тургор), необходимое для растяжения клеток и формирования новой древесины. Фотосинтез при этом может продолжаться, хотя и на сниженной скорости.

Исследователи обнаружили, что рассогласование между ростом и поглощением газа особенно сильно в годы с переменчивым климатом, когда засухи сменяются обильными дождями. Поскольку подобные колебания становятся нормой из-за глобального потепления, прогнозы о том, что леса будут расти быстрее и перерабатывать больше выбросов, могут оказаться слишком оптимистичными. Экстремальные погодные условия заставляют дерево тратить ресурсы на выживание, а не на строительство массивного ствола.

 

Как ученые проводили измерения

Для получения точных данных группе Рао пришлось объединить несколько методов наблюдения. Они использовали спутниковые снимки для оценки фотосинтеза, данные приборов, замеряющих углекислый газ над кронами, и специальные датчики на стволах. Эти сенсоры фиксируют малейшие изменения в диаметре дерева.

Дерево растет неравномерно даже в течение суток. Ночью оно расширяется, впитывая воду корнями, а днем слегка сжимается из-за испарения влаги. Чтобы отделить эти колебания от реального прироста, ученые вели ежедневные записи. Дополнительно были изучены годовые кольца, что позволило проследить динамику за последние семь десятков лет. Благодаря такому комплексному подходу удалось доказать: физиология дерева сложнее, чем предполагали прежние теории.

Ключевые этапы мониторинга включали:

1. анализ спутниковых изображений для оценки активности растительности;
2. установку высокоточных датчиков на стволы для фиксации микроскопических изменений их толщины;
3. сопоставление полученных данных с историческими записями о климате и ширине годовых колец.

 

Почему это важно для климатических прогнозов

Леса играют ключевую роль в регуляции состава атмосферы. Если модели переоценивают способность деревьев связывать углерод в долговечную древесину, значит, расчеты будущих концентраций газа могут быть неточными. Это влияет на то, как человечество планирует стратегии по сокращению выбросов и адаптации к изменениям климата.

Рао и его коллеги планируют проверить, характерно ли это явление для других пород и регионов. Есть основания полагать, что в разных климатических зонах степень рассогласования между ростом и фотосинтезом будет разной. Однако уже сейчас ясно: простое увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере не гарантирует, что леса станут надежным складом для лишних промышленных выбросов. Природа оказывается более сложной и менее предсказуемой, чем кажется на первый взгляд.

Результаты работы ученых заставляют пересмотреть взгляд на то, как именно леса справляются с антропогенной нагрузкой. Вместо того чтобы полагаться на упрощенные схемы, необходимо учитывать реальную физиологию деревьев и те условия, в которых им приходится расти. Подробности исследования доступны на сайте издания Science Advances. Только точные данные помогут создать эффективные инструменты для защиты климата в будущем.