Тщательный анализ спутниковых снимков позволил ученым оценить изменение скорости фотосинтеза на планете с 2003 по 2021 годы. Ситуация оказалась несколько неожиданной: если на суше растения явно «ускорились», то в океане ситуация намного менее определенная.
В смысле биопродуктивности Земля — крайне неоднородная планета. Хотя суши на ней 23,7% от общей площади (причем часть еще и скована льдом), а океан занимает 76,3%, нетто-продуктивность у первой несколько выше, 55,8 миллиарда тонн в пересчете на сухой углерод, против 51,9 миллиарда у океанов. В пересчете на единицу площади разница в три с лишним раза. К тому же большая часть морской биомассы регулярно уходит на дно (после гибели), из-за чего в каждый момент времени биомасса морей на порядок ниже, чем суши. Основная причина этого в меньшей доступности углекислого газа и кислорода в воде той температуры, где может эффективно протекать фотосинтез: по закону Генри максимум СО2 («еды» фотосинтезирующих организмов) содержится в самой холодной воде, но она находится там, где меньше солнца или так холодно, что быстро использовать этот газ водорослям сложно.
Авторы новой работы, которую опубликовали в Nature Climate Change, поставили себе целью узнать, как менялась скорость фотосинтеза на суше и в океанах в 2003-2021 годах по данным спутниковых наблюдений. Ранее ученые уже выяснили, что с 1980-х (когда начали заметно расти среднепланетарные температуры) фотосинтез ускорился. Однако в научном сообществе возникла острая дискуссия: часть исследователей настаивала, что антропогенные выбросы СО2 и вызванное ими глобальное потепление должно быть губительно, а раз так, то ускорение фотосинтеза не может быть долгосрочным и скоро сменится его угнетением.
Однако анализ спутниковых снимков в новой работе указал на совсем иную ситуацию. Как и в прошлом, максимум нетто-продуктивности по фотосинтезу наблюдался в тропиках, причем как на суше, так и на море. К полюсам он снижался, за исключением двух зон: в северном полушарии появлялся второй, хотя и более низкий пик примерно на 53-м градусе северной широты (между Тулой и Липецком). В море же вторичный пик наблюдался на сороковом градусе южной широты (широта Патагонии и Новой Зеландии). Океанская нетто-продуктивность была больше чем у суши в основном в зонах между 8 и 20 градусами северной широты и южнее 20 градуса южной широты (где не покрытой льдом суши не так много).
За 2003-2021 годы, несмотря на краткость этого периода, нетто-продуктивность суши значительно выросла на 31,9% всей площади, где есть растительность (то есть за вычетом арктических и тропических пустынь). Спад наблюдался лишь на 3,3% такой площади. А вот в океане только 5,0% его площади показали статистически существенный рост, а спад — уже 18,5%. В абсолютных показателях 64,9 миллионов квадратных километров площади океана показали серьезный спад нетто-продуктивности, в то время как на суше заметный рост продемонстрировали 34,8 миллионов квадратных километров (две России).
Интересно, что рост биопродуктивности на суше наблюдался практически во всех климатических зонах за исключением тропической Америки, то есть места, где биопродуктивность и без того рекордно высоки (936,4 грамм углерода на квадратный метр в год), а их дальнейший рост сдерживается вырубками джунглей человеком. Напротив, спад нетто-продуктивности в морях почти весь пришелся на определенные зоны — тропические и субтропические, в основном в Тихом океане.
Наибольший прирост биопродуктивности на суше принесли бореальные (холодные) и альпийские зоны, в которых исходная нетто-продуктивность была лишь 403,6 грамм углерода на квадратный метр в год. Тропическая биопродуктивность в целом тоже выросла (проблемы в Америке перевесил прирост в других тропических зонах), однако тут вклад в прирост был вдвое меньше. Тем не менее, биопродуктивность в тропиках, конечно, была выше бореальной — от 820 грамм углерода на квадратный метр в год, просто прирост там был медленнее.
Если обобщить общую по Земле ситуацию, то за 2003-2021 годы нетто-продуктивность выросла на 0,11 миллиарда тонн сухого углерода в год — более чем на шесть миллионов тонн в год. Однако сложности подсчета реальных цифр в океане (его сложно наблюдать со спутников) внесли в эти данные существенные неопределенности: прирост в работе обозначен в 0,11 ± 0,13 миллиарда тонн в год. То есть при предельных значениях ошибок возможен даже вариант, когда общая биопродуктивность несколько упала.
Неопределенность по ситуации на суше намного меньше: здесь авторы насчитали прирост в 0,20 ± 0,07 миллиарда тонн углерода в год. В океане спад, по новой работе, равен −0,12 ± 0,12 миллиардам тонн в год. То есть возможная ошибка по океанам так велика, что не исключено, что никакого спада по нему и не было. Причины сокращения биопродуктивности в океанах не очень очевидны. С одной стороны, в более теплой воде может раствориться меньше углекислого газа, что ограничивает биопродуктивность водорослей. С другой, несмотря на это тропические воды все равно самые продуктивные в мировом океана (157,5 грамм углерода на квадратный метр в год), а северные продуктивны намного меньше (46,8 грамм). Разрыв между холодными и теплыми морскими водами почти четырехкратный, что примерно вдвое больше, чем разрыв между тропическим и бореальным лесом на суше.
Поэтому трудно исключить, что колебания в океане были вызваны не какими-то долгосрочными процессами, а событиями Эль-Ниньо–Ла-Нинья, резко (но временно) меняющими биопродуктивность в тропических водах, особенно в Тихом океане. Когда время наблюдений несколько десятков лет, одно Эль-Ниньо–Ла-Нинья компенсирует эффект другого, но поскольку авторы учли только 18 лет, подобная компенсация на этом отрезке может сработать не полностью. На суше эффект этих явлений заметно слабее, поэтому по ней ситуация явно более определенная: фотосинтез ускоряется. О причинах этого мы уже писали в наших текстах об активно идущем глобальном озеленении.