Zwiększenie stężenia CO2 w atmosferze przyczynia się do wzrostu roślinności • Alexander Markov • Wiadomości naukowe na temat "Elements" • Klimat, ekologia

Zwiększenie stężenia CO 2 w atmosferze przyczynia się do wzrostu pokrycia roślinności.

Ryc. 1. Wzrost stężenia dwutlenku węgla w atmosferze w latach 1958-2015 (w częściach na milion). Na pasku bocznym – typowy roczny cykl CO2: maksimum w maju, minimum we wrześniu-październiku. Podczas maksymalnego czasu klimatycznego wczesnego eocenu wskaźnik ten osiągnął 1400, przekraczając poziom przedindustrialny (280) 5 razy, a poziom współczesny (402) – 3,5 razy. Zdjęcie z en.wikipedia.org

Analiza izotopowa foraminifera kopalnych umożliwiła udoskonalenie szacunków zawartości CO2 w atmosferze w różnych epokach kenozoiku. Podczas optymalnego klimatu wczesnego eocenu (53-51 milionów lat temu), kiedy średnia temperatura na planecie była o 14 ° wyższa od prądu, stężenie CO2 atmosfera wynosiła około 1400 ppm (części na milion). Rozpoczęte chłodzenie przebiegało równolegle ze zmniejszeniem stężenia CO2które, na początku oligocenu (33-34 miliona lat temu, kiedy nastąpiło zlodowacenie Antarktydy), wzrosło ponad dwukrotnie. W innym badaniu, w oparciu o obserwacje satelitarne, wykazano, że od 1982 r. Do 2009 r. Planeta zmieniła się zauważalnie na zieloną, tj. Nastąpił wzrost wskaźnika powierzchni liści (powierzchnia zielonych liści na jednostkę powierzchni) na większości gruntów. Modele ekologiczne pokazują, że główną przyczyną szybkiego wzrostu roślinności może być wzrost stężenia CO.2, która w tym okresie wzrosła z 340 do 386 ppm.Ogólnie rzecz biorąc, nowe dane potwierdzają i wyjaśniają pomysły na temat silnego wpływu stężenia atmosferycznego CO2 w sprawie klimatu i roślinności.

Podczas kenozoiku klimat naszej planety przeszedł radykalne zmiany, które trudno nazwać pomyślnymi. Ciepły i równomierny klimat panujący w mezozoiku (kiedy lasy i dinozaury rosły w regionach polarnych) został zastąpiony przez obecną epokę chłodną ostrym równoleżnikowym gradientem temperatury i rozległymi zlodowaceniami w wysokich szerokościach geograficznych obu półkul (patrz: K.Yu. Eskov. Ziemia i życie na nim Rozdział 13. Kenozoik: początek krów). Początek globalnego chłodzenia poprzedzony był tak zwanym wczesnym eoceńskim optimum klimatycznym (wczesny eoceński klimat optymalny, EECO) – wyjątkowo ciepłym okresem 53-51 Ma, kiedy średnia temperatura na planecie przekroczyła aktualną (przedindustrialną) temperaturę o około 14 stopni (patrz Paleoceńsko-Eoceniczna Maksymalna temperatura ). W środkowym i późnym eocenie temperatura stale spadała, a na początku oligocenu (33,6 milionów lat temu) Antarktyda pokryta była lodem, a życie na niej umarło. To wydarzenie wyznacza początek obecnej epoki zimnej.

Głównym powodem chłodzenia, większość ekspertów uważa spadek stężenia dwutlenku węgla w atmosferze.Spadek mógłby być spowodowany w szczególności przez wzrost Himalajów, które nasiliły chemiczne wietrzenie skał (patrz: Wietkowanie: Hydroliza na krzemianach i węglanach), podczas których CO2 usunięty z atmosfery. Należy jednak uzyskać dokładne szacunki CO2 w atmosferze w odległych epokach geologicznych nie jest to łatwe zadanie (patrz linki na końcu wiadomości). Obecnie dostępne szacunki poziomu eocenu CO2 oczywiście są przybliżone i różnią się znacznie: od 500 do 3000 ppm. Utrudnia to testowanie hipotezy o roli CO2 w odmianach klimatu kenozoicznego.

Brytyjscy geochemicy, których artykuł opublikowano w czasopiśmie Natura, stosowane w celu udoskonalenia oszacowań nowej metody, uznanej za najbardziej wiarygodną i opartą na analizie stosunku izotopów boru (δ11Β) w węglanach morskich. Wiadomo, że frakcja izotopowa 11B w węglanie wapnia krystalizującego w wodzie morskiej zależy od pH (patrz: N. Gary Hemming i Bärbel Hönisch, Izotopy boru w osadach węglanów morskich i pH oceanu). Z kolei kwasowość wód powierzchniowych zależy od stężenia CO.2 w atmosferze.

Ryc. 2 a -Stosunek izotopów boru w skorupach planktonowych otwornicach eocenu; wyższe δ11Β, woda jest kwaśna; różne ikony odpowiadają różnym typom otwornicy. b – CO zrekonstruowany na podstawie tych danych2 w atmosferze. c – stosunek izotopów tlenu w szkieletach czopka bentonicznego (bentonicznego), który odzwierciedla nie tyle głębokość siedliska, co globalne wahania klimatu (im wyższe δ18O, cieplejszy klimat); na osi poziomej – wiek w ciągu milionów lat. Rysunek z omawianego artykułu w Natura

Skamieniałe skorupy kalcowe protektorów planktonowych, otwornica, są bardzo wygodne do takiej analizy, szczególnie jeśli bierze się od razu wiele różnych gatunków, które żyły jednocześnie w tym samym obszarze. Pozwala to na dokonanie niezbędnych dostosowań dla różnych głębokości ich siedlisk i specyficznych cech procesów biomineralizacji. Głębokość, z jaką żył dany gatunek, może być określona przez temperaturę, w której powstał szkielet wapienny, a temperaturę z kolei można oszacować na podstawie stosunku izotopów tlenu (δ18O) w powłoce. Im mniejsza głębokość, na której mieszkali otwory, tym dokładniej można oszacować zawartość CO.2 w atmosferze w zależności od kwasowości wody, w której powstał szkielet.

Autorzy wykorzystali kolekcję dobrze zachowanych otwornic planktonu eoceńskiego wydobywających się podczas wiercenia w Tanzanii w ramach projektu Tanzania Drilling Project (TDP) (patrz: 80 milionów lat zmian klimatycznych).

Analiza wykazała, że ​​podczas wczesnego klimatu eoceńskiego optymalne stężenie CO2 wynosiła 1400 ± 470 ppm (Fig. 2). Jest to wartość wyższa niż większość wcześniejszych, mniej dokładnych szacunków. Tak więc w czasie EECO dwutlenek węgla w atmosferze był pięć razy większy niż w epoce przedindustrialnej (280 ppm), a trzy i pół raza więcej niż obecnie (402 ppm).

CO podczas eocenu2 stale spadał, a na początku oligocenu, gdy Antarktyda pokryta była lodem, spadła do 550 ± 190 ppm.

Nowe dane dotyczące dwutlenku węgla są bardziej zgodne z rekonstrukcjami paleoklimatycznymi niż poprzednie szacunki. Okazuje się, że zmniejszenie stężenia CO2 To poszło w parze z globalnym chłodzeniem, co oznacza, że ​​może być jego przyczyną (chociaż istnieje również odwrotny wpływ klimatu na poziom CO2, patrz: Koniec ostatniego zlodowacenia charakteryzuje się jednoczesnym wzrostem temperatury i zawartości CO.2 w atmosferze "Elementy", 04/09/2013). To prawda, że ​​zgodnie z większością istniejących modeli klimatycznych, potrzebne są jeszcze wyższe stężenia CO, aby wytłumaczyć anomalnie wysokie temperatury maksymalnego klimatu wczesnego eocenu.2niż te uzyskane przez brytyjskich geochemików.Sugeruje to obecność niezarejestrowanych czynników lub fakt, że nowe szacunki wciąż nie są całkowicie dokładne. Niemniej jednak, znaczący spadek poziomów CO stwierdzili autorzy2 w eocenie-oligocenie jest to silny argument, że wahania stężenia dwutlenku węgla w atmosferze są jedną z najważniejszych przyczyn zmian klimatycznych.

W innym artykule opublikowanym w tym samym dniu (25 kwietnia) w czasopiśmie Przyroda Zmiana klimatu, duży międzynarodowy zespół ekologów, geografów i klimatologów również zgłosił nowe wyniki pokazujące ważną rolę CO atmosferycznego2 w regulacji procesów biosferycznych. W tym przypadku mówimy o epoce nowożytnej, która charakteryzuje się szybkim wzrostem zawartości CO2 w atmosferze (chociaż nadal jesteśmy bardzo daleko od poziomu wczesnego eocenu, patrz rys. 1).

Autorzy przeanalizowali obserwacje satelitarne na lata 1982-2009, na podstawie których obliczyli wskaźnik powierzchni liści (patrz także: Wskaźnik powierzchni liści) w okresie wegetacyjnym dla wszystkich obszarów pokrytych roślinnością. Wskaźnik ten odzwierciedla intensywność wzrostu roślin i ogólną produktywność zbiorowisk roślinnych. Wyniki przedstawiono na ryc. 3

Ryc. 3 Zmiany w indeksie pokrycia dla okresu od 1982 r. Do 2009 r. Według trzech niezależnych macierzy danych satelitarnych (GIMMS LAI3g, GLOBMAP LAI, GLASS LAI). Wartości dodatnie i odpowiadające im wartości kolory (od zielonego do fioletowego) odpowiadają wzrostowi powierzchni liści ("zazielenieniu"), wartościom ujemnym i kolory z żółtego na czerwony wskazują na zmniejszenie pokrycia liści ("brązowienie"). Kolor biały wyznaczone obszary pozbawione roślinności. Kropki wskazano obszary, dla których wskazana tendencja (wzrost lub spadek indeksu pokrywy liści) jest statystycznie znacząca. Obraz z artykułu w dyskusji Przyroda Zmiana klimatu

Główny wniosek jest taki, że w badanym okresie planeta ostro zmieniła kolor na zielony. Powierzchnia pokrycia liści na kontynentach wzrosła o 0,068 ± 0,045 metrów kwadratowych liści na metr kwadratowy terytorium rocznie. Jedna z trzech wykorzystywanych macierzy danych satelitarnych zawiera informacje do 2014 roku. Sądząc po tych informacjach, proces nie zakończył się w 2009 r., A zazielenienie trwa.

Znaczący wzrost pokrycia liści stwierdzono w 25-50% powierzchni lądu (trzy zbiory danych dają nieco inne wyniki), a znaczny spadek w mniej niż 4%.Najbardziej intensywne zazielenienie obserwuje się w południowo-wschodniej Ameryce Północnej, w północnej Amazonii, w Europie, Afryce Środkowej i południowo-wschodnich Chinach. Zmniejszenie obszaru liści jest zauważalne tylko w niektórych obszarach środkowej Ameryki Południowej i północno-wschodniej części Ameryki Północnej.

Aby zrozumieć przyczyny ujawnionego trendu, autorzy wykorzystali 10 dobrze uzasadnionych modeli ekologicznych, które pozwalają przewidywać zmiany wskaźnika pokrycia liści na podstawie atmosferycznych danych CO.2, klimat, utrwalanie azotu, wykorzystanie terenu i inne czynniki, które mogą potencjalnie wpłynąć na ten wskaźnik. Po wprowadzeniu do modelu rzeczywistych danych dotyczących wszystkich tych czynników i uśrednieniu wyników pokazanych przez 10 modeli, autorzy uzyskali obraz, który niewiele różni się od tego dostarczonego przez analizę danych satelitarnych. Poważne rozbieżności stwierdzono tylko w kilku obszarach: w południowo-zachodniej części Stanów Zjednoczonych, w południowej części Ameryki Południowej iw Mongolii. Autorzy wyjaśniają te niespójności, że modele są zbyt wrażliwe na zmiany opadów. Tak czy inaczej, w większości przypadków model ziemi wydaje się odpowiednio odzwierciedlać mechanizmy ekologiczne leżące u podstaw zmian w zasięgu liści.

W przeciwieństwie do badanego obiektu – wegetatywnego pokrycia planety – modele pozwalają "bawić się" parametrami, losowo je zmieniając i oceniając powstały efekt. Na przykład możesz ustawić wszystkie parametry bez zmian, z wyjątkiem jednego i sprawdzić, czy wynikowy obraz będzie się znacznie różnić od rzeczywistego. W ten sposób można zrozumieć, który z czynników branych pod uwagę w modelach w największym stopniu przyczynił się do ujawnionych zmian w roślinności.

Te ćwiczenia pozwoliły autorom stwierdzić, że wzrost atmosferycznego CO miał najsilniejszy wpływ na wzrost powierzchni liścia.2. Czynnik ten stanowi 70% zidentyfikowanych zmian w pokryciu roślinności. Globalne ocieplenie stanowi kolejne 8%, przy czym skutki klimatyczne są najbardziej widoczne w regionach okołobiegunowych, a wzrost stężenia atmosferycznego CO2 jest czynnikiem decydującym w tropikach. Zmiany w cyklu azotowym i użytkowaniu gruntów (a także czynniki, których w ogóle nie uwzględniono w modelach) również przyczyniają się do zazieleniania planety, ale są niewielkie w porównaniu z rolą dwutlenku węgla, jaką rośliny wykorzystują do produkcji materii organicznej podczas fotosyntezy, a jej niedobór jest ważny czynnik ograniczający dla zbiorowisk roślinnych.

Zwiększenie ilości zieleni wskazuje na ogólny wzrost produktywności roślinności lądowej. Dobry lub zły – osobne pytanie i trudne. W przypadku różnych regionów odpowiedź na to pytanie może być inna. Czasami roślinność wtórna, która wyrosła bujnie na miejscu wyciętego starego lasu, może mieć większy wskaźnik osłony liści niż martwy las, chociaż ten drugi ma z pewnością wielką wartość ze wszystkich punktów widzenia. Tak czy inaczej, badania wykazały, że rosnąca koncentracja CO2 prowadzi do radykalnych zmian w pokryciu roślinności. I to pomimo faktu, że w porównaniu do wczesnego eocenu, poziom CO osiągnął do tej pory2 wygląda bardziej niż skromnie.

Źródła:
1) Eleni Anagnostou, Eleanor H. John Edgar Kirsty M. Gavin L. Foster, Andy Ridgwell Gordon N. Inglis, Richard D. Pancost Daniel J. Lunt & Paul N. Pearson. Zmiana atmosferycznego CO2 Kenozoiczna koncentracja klimatu Natura. Opublikowano online 25 kwietnia 2016 r.
2) Zaichun Zhu Shilong Piao, Ranga B. Myneni, Mengtian Huang Zhenzhong Zeng Josep G. Canadell Philippe Ciais Stephen Sitch Pierre Friedlingstein, Almut Arneth, Chunxiang Cao Lei Cheng Etsushi Kato Charles Kovena Yue Li Xu Lian, Yongwen Liu, Ronggao Liu, Jiafu Mao, Yaozhong Pan, Shushi Peng, Josep Peñuelas Benjamin Poulter, Thomas AM Pugh, Benjamin D. Stocker, Nicolas Viovy, Xuhui Wang, Yingping Wang Zhiqiang Xiao Hui Yang, Sönke Zaehle i Ning Zeng. Ekologizacja Ziemi i jej kierowców Przyroda Zmiana klimatu. Opublikowano online 25 kwietnia 2016 r.

Zobacz także:
1) 300 milionów lat temu było znacznie więcej dwutlenku węgla w atmosferze niż obecnie, "Elements", 12.01.2007.
2) Oszczędzą paliwo przed globalnym ociepleniem, Elements, 14 marca 2007.
3) Alexey Gilyarov. Sezonowe wahania CO2.
4) Biosfera nie może już poradzić sobie z nadmiarem CO2, "Elementy", 01.05.2008.
5) Koniec ostatniego zlodowacenia charakteryzuje się jednoczesnym wzrostem temperatury i zawartości CO.2 w atmosferze "Elementy", 04/09/2013.

Alexander Markov


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: