В чем неправ Трилон Маск: деревья не спасут планету от глобального потепления. Часть 2/II
Начало читать тут
У деревьев есть и аналог «пенсионного обеспечения»: многие пни давно срубленных деревьев в стабильных лесах могут годами оставаться живыми (или даже пускать новые побеги). Пни не имеют листьев, сами по себе они бы быстро умерли. Только за счет того, что окружающие деревья подкармливают сахарами своего давнего знакомца, этого не происходит.
«Корневая сеть» служит не только для обмена едой. По ней идет обмен химическими (в том числе при посредничестве растительных гормонов) и даже электрическими сигналами. Да, вы не ослышались: электрическими сигналами - так же, как в нервной системе животных (хотя напряжение и частота электрических импульсов, конечно, у деревьев несколько отличаются).
Кстати, в корневых системах некоторых видов деревьев даже распространяются испускаемые растениями звуки частотой около 220 герц, неслышимые для людей (почва хорошо их поглощает). Она сообщают окружающим деревьям о том, что у них началась болезнь или что они атакованы насекомыми-вредителями. Получив сигнал, другие деревья тут же меняют свое поведение так, чтобы вредителям было сложнее напасть уже на них.
Размеры подземный корневых сетей, соединяющих деревья, трудно установить точно. Пандо, огромный организм-колония деревьев-клонов (осинообразных тополей) в США - исключение. По их ДНК установлено, что эта сеть включает сорок тысяч деревьев на площади в 43 гектара. Возраст организма-сети не менее 14 тысяч лет / ©Wikimedia Commons
Вредители для растений - не только насекомые, но и более крупные животные. Когда жираф в саванне подходит к акации и начинает жевать ее листья, та немедленно выделяет этилен - «знак» негативного стресса. Соседние акации далеко, поэтому соединение через корни с ними возможно не всегда. Однако этилен переносится ветром - и они тут же начинают накачивать в листья танины, делая их невкусными для травоядных.
Жирафы подходят к акациям с подветренной стороны - чтобы соседние растения не учуяли этилен от объедаемого. Однако если ветра (способного унести этилен в сторону от соседних акаций) нет, им приходится, слегка потеребив одно дерево из группы, пройти сотню метров до другого, еще не успевшего подготовиться к химической контратаке на травоядное животное.
Деревья не ограничиваются созданием «лесонета» и внедрением социального обеспечения для молодых и старых. Они еще активно влияют на окружающий их мир. Когда вязы и сосны атакуют гусеницы, те испускают вещества, привлекающие паразитических ос, откладывающих яйца прямо в гусениц.
Но управление поведением оcы - вообще говоря, мелочи. Более интересно то, что деревья управляют дождями. Напомним: в воздухе без мелких частиц (центров конденсации капель в облаках) водяной пар сам по себе начнет образовывать капли лишь при температурах около минус 13 °C. При более человеческих температурах облака возникнут только при относительной влажности воздуха сильно выше 100%. Как точно замечает физик Игорь Иванов, «в реальных условиях такое сильное пресыщение не наступает практически никогда».
Нетрудно догадаться: если бы облака возникали только так, дождей было бы много меньше, а кое-где они вообще могли перестать идти. Как так получается, что на планете вообще идут дожди?
Все дело в частицах размером около десятитысячной миллиметра, служащих центром конденсации капель воды. Когда воздух сух, они провоцируют образование капель воды, когда он влажен - могут, напротив, «притормаживать» конденсацию капель и тем самым снижать осадки. Количество таких частиц в воздухе колеблется от тысячи до десяти тысяч на кубометр. Соответственно, изменяется и вероятность выпадения дождя при формально одном и том же количестве влаги в атмосфере.
По современным оценкам, в атмосфере планеты 12,9 триллиона тонн воды, но подавляющее его большинство (не менее 99%) содержится вне облаков, в виде прозрачного водяного пара. То есть, управляя количеством частиц, провоцирующим конденсацию влаги в атмосфере, можно резко изменить количество облаков, а равно и осадков.
Как уже понял читатель, растения производят массу частиц, служащих центрами конденсации. Например, такова пыльца, а также те частицы, на которые она распадается со временем: они служат водяному пару эффективными конденсационными центрами. А это значит, что растения могут генерировать больше облаков даже в воздухе с тем же самым количеством водяного пара.
Дело не только в пыльце. Заходя в хвойный лес, мы чувствуем свежий запах. В основном его формирует пинен - важный компонент сосновой смолы, который сосны (и не только они) активно выделяют в атмосферу. В 2016 году было показано, что частицы пинена служат отличными центрами конденсации для облаков. Авторы этой работы полагают: «Даже сегодня деревья производят большую часть центров конденсации облаков над лесистыми областями с вроде бы чистым воздухом».
Согласно результатам экспериментов, наличие на поверхности планеты соснового леса удваивает плотность облаков над ними. В итоге не только растет уровень осадков, но и резко меняется тепловой режим. Летним днем такие места нагреваются слабее, зато ночью медленнее отдают тепло. Осенью увеличенная плотность облаков ведет к замедлению сезонного падения температур.
Повелевая ветрами
И это еще не все механизмы, с помощью которых деревья управляют дождями и облаками. В 2017 году в Proceedings of the National Academy of Sciences вышла работа, где впервые удалось показать: растения могут насытить атмосферу водяным паром настолько, что облаков над ними станет много больше обычного. Эффект зарегистрировали над амазонскими джунглями.
Испарение воды деревьями амазонских джунглей заставляет воздух над ними подниматься вверх, «засасывая» в Амазонию влажные воздушные массы с Атлантики / ©upliftconnect.com
Когда на местных деревьях начинают активно расти новые листья - за два-три месяца до того, как приходят влажные ветра с Атлантики, - они так энергично испаряют воду через устьица (мелкие поры с нижней стороны листа), что насыщают воздух влагой, запуская образование над джунглями сплошной облачности. То, что виновники этого - именно растения, удалось выяснить благодаря дейтерию. В воде, приносимой океанскими ветрами, его мало: молекулы воды, в которых вместо водорода - дейтерий, плохо испаряются. А вот когда ее выбрасывает в воздух растение, оно выводит наружу и обычную, и «тяжелую» воду.
Но это еще не все. Когда вода, выброшенная растениями над Амазонией, конденсируется в облака, она высвобождает в окружающую атмосферу латентное тепло. Нагретый воздух поднимается вверх, а на его место «перетекает» влажный морской воздух. То есть растения, по сути, «засасывают» в Южную Амазонию влажные морские воздушные массы, формируя длительные устойчивые ветра, которые доминируют здесь на протяжении всего сезона дождей. Попутно над поверхностью Атлантики воздух становится суше, отчего морская вода активнее испаряется, насыщая атмосферу новым водяным паром.
Зададимся вопросом: что случится с климатом, если амазонскую сельву полностью вырубят? Очевидно, водяного пара в воздухе этой части Земли тоже станет меньше. Между тем водяной пар - более эффективный парниковый газ, чем углекислый. Последний играет большую роль в высоких широтах, особенно зимой, потому что в холодном воздухе водяного пара может содержаться лишь малое количество. Но в широтах Амазонии водяной пар - главный «утеплитель» планеты. Без сельвы и воздуха, которые ее действия насыщают влагой, тепло оттуда будет уходить по ночам в космос активнее, чем сейчас. Этот регион получит менее теплый климат.
Тогда возникает вопрос: точно ли сажать деревья - эффектный способ борьбы с глобальным потеплением?
Темный лес
Другая сторона влияние деревьев на климат - их цвет. Все ученые согласны, что альбедо (отражающая способность) широколиственного леса заметно ниже, чем у степи, тундры, лугов. У хвойного леса эта разница составляет десятки процентов. Есть и оценки, по которым альбедо на Аляске может быть 7,1%, а тундры - 19,9%.
Из космоса легко видеть: там, где растут деревья, планета намного темнее, чем в районах степей, саванн и тем более пустынь. Массовые посадки сделают Землю лучше поглощающей энергию Солнца / ©NASA
Между тем, если отражающая способность ландшафта снижается на один процент, то он получает от солнца больше энергии - примерно на 40 киловатт-часов в год. Предположим, разница в альбедо леса и степи (или тундры) - всего один процент. Это грубое преуменьшение, на деле разница больше, но закроем на это глаза.
Вернемся к инициативе TeamTrees. Понятно, что 20 миллионов деревьев - это ни о чем. Но допустим, мы взяли и посадили деревья сразу на миллионе квадратных километров степей и лугов - и все они выросли. Что будет с земным климатом и нами? Вы правильно посчитали: Земля поглотит на 40 триллионов киловатт-часов больше солнечной энергии, отчего нагреется сильнее.
Можно возразить, 40 триллионов - это немного, всего вдвое больше всей электроэнергии, потребляемой человечеством за год. Что же, это правда. Но климат - вещь чувствительная, и часто потепление может подстегнуть даже небольшой толчок.
К тому же следует помнить: в реальном мире деревья могут снизить альбедо поверхности Земли куда сильнее, чем на 1%. Например, в Израиле, на окраине пустыни Негев, вырастили небольшой сосновый лес (без полива!). Альбедо пустыни - порядка 30-35%, а соснового леса - на пару десятков процентов меньше.
Если мы засадим миллионы квадратных километров пустынь лесами, тепловой бюджет Земли от этого вырастет на сотни триллионов киловатт-часов в год. То есть последовательный борец с глобальным потеплением должен просыпаться в холодном поту от одной мысли о лесопосадках в пустыне, подобных израильскому удачному эксперименту.
Кстати, это относится не только к тропическим пустыням. Еще в 2010 году было подсчитано: зарастание арктической тундры деревьями, неизбежное при сильном потеплении, приведет к насыщению воздуха водяным паром (выбрасываемым растениями). В итоге «этот парниковый эффект из-за дополнительного водяного пара растопит морские льды». После этого поверхность Арктики станет еще лучше поглощать солнечную энергию, дополнительно подстегивая потепление.
Почему деревья - не хранилища для СО2
Часто можно услышать, что деревья связывают углекислый газ, чем борются с глобальным потеплением. Тут есть некоторое недоразумение. Древовидные растения отлично и надолго связывали СО2 в каменноугольном периоде. Леса были постоянно подтоплены, мертвое растение высотой во много метров падало в воду, откуда его углерод уже не извлекался. Именно поэтому подобный период продуктивен по части угля.
Грибы уже 300 миллионов лет как научились разлагать мертвые деревья, вновь высвобождая содержащийся в них углерод в форме СО2 / ©Wikimedia Commons
Однако к концу каменноугольного периода высасывание СО2 из атмосферы довело климат до оледенений (очень редких в истории Земли, если не брать последние два миллиона лет). Более прохладный мир имеет меньше осадков. Деревья перестали расти на сплошных болотах, к тому же грибы научились разлагать древесину, высвобождая ее углерод обратно в атмосферу. Лесные пожары и насекомые-вредители активно работают в этом же направлении. Итоги могут быть немного неожиданными: те канадские леса, что подлежат регулярному контролю и измерению, выбрасывают сейчас больше СО2, чем поглощают.
Да, деревья в итоге могут связывать больше СО2, чем поглощают. Но объем долговременного связывания такого рода не настолько велик. На сегодня не ясно, компенсируют ли это влияние деревьев на климат другие факторы. Например, то, что леса поглощают больше солнечной энергии, чем другие растительные ландшафты, или то, что они усиливают облачность.
Бороться с глобальным потеплением деревьями - как ухаживать за огородом с помощью козла
Подведем итоги. Деревьев в мире очень много, и раскрученные поп-инициативы по посадке миллиона или миллиарда деревьев не особенно что-то поменяют в климате нашей планеты.
Но все изменится, если люди типа Маска и прочих древолюбов узнают, что в мире триллионы деревьев, и начнут их сажать в больших объемах. Исходя из того, что известно науке сегодня, вероятно, деревья могут заметно способствовать росту теплового бюджета планеты - так же, как они способствуют облачности и осадкам. Стоит напомнить: с точки зрения деревьев в глобальном потеплении нет минусов. Значит, по мере его усиления рост лесов (при прочих равных) будет идти более активно.
Карта земных ландшафтов 16 000 лет назад, в ледниковый период/ Желтым показаны тропические и арктические пустыни. Хорошо видно, что лесов всех типов на планете было очень мало ©Wikimedia Commons
Окаменелости прошлых жарких эпох (хоть каменноугольного периода, хоть мезозоя с миоценом) показывают, что чем теплее Земля, тем больше на ней деревьев. Их обмен веществ работает достаточно быстро, только когда температуры превышают 20 градусов. Само собой, они не будут возражать против глобального потепления не то что до 17 градусов (такое ожидают к концу века), но и до плюс 21 (такое совпадало с максимальным распространением лесов в прошлом).
Земля сегодня: леса заняли значительно большую часть планеты, и в Африке с Амазонией и, в особенности, на севере Евразии и Северной Америки / ©NASA/GSFC
Деревья - весьма эффективные, хоть и бессознательные регуляторы среды, в которой они живут. Если их достаточно много, они умеют добиваться от нее нужных им морских ветров, повышенной облачности. Пытаться остановить с их помощью глобальное потепление - все равно что стремиться пресечь коррупцию при помощи коррумпированного политика. Конечно, коррумпированный политик поглощает взятки, то есть другим коррупционерам их, на первый взгляд, достанется меньше (карманы у бизнеса ведь не бездонные). Но в реальности среда, создаваемая берущим взятки борцом со взятками, такова, что больше начнут брать и все остальные.
Тот факт, что деревья на время своей жизни связывают СО2 (правда, после смерти отдают его основную часть в воздух), не значит, что они останавливают потепление. То, как они влияют на среду вокруг себя облаками и высоким поглощением солнечной энергии, наращивает тепловой бюджет Земли, а не уменьшает его.
Стоит ли рубить деревья для борьбы с глобальным потеплением
Оговоримся: мы не призываем бороться с деревьями, чтобы спасти планету от изменений климата. Как мы уже писали, само по себе потепление в современных масштабах не катастрофа. Более того, за деревьями есть целый ряд явных плюсов. Хотя они и увеличивают тепловой бюджет Земли, но при этом испаряют влагу летом, локально смягчая жару.
В конце концов, деревья - это просто красиво / ©Thomas Crowther
Они эффективно снижают шумовое загрязнение, и именно леса содержат самые богатые видами экосистемы планеты. Поэтому если вас беспокоит экология, то да, сажать деревья можно и даже нужно - вокруг городов и в них самих. Это там, где нет человека, леса легко разрастаются, а вот вокруг городов, спасибо строительству новых дорог и жилья (а также рукотворным палам), их растет не так много.
Но вот распространенная в СМИ идея о борьбе с глобальным потеплением посадкой лесов - мысль с научной точки зрения сомнительная. Исходя из известного на сегодня, это будет скорее борьба за потепление, чем против него. Быть может, именно поэтому Маск быстро убрал со своей страницы первые буквы имени Трилон?
Источник: naked-science.ru