Глобальное потепление неожиданно обнажило предел роста растений — причина в древнем климатическом кризисе

Существует распространенное убеждение: чем больше углекислого газа в атмосфере, тем лучше растут растения. Абсолютно логично с учетом того, что фотосинтез использует CO₂ как строительный материал. Значит, при глобальном потеплении леса должны разрастись, поглотить излишки углерода и охладить планету. Верно?

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Контраст живого и мёртвого леса

Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, выяснило, что на самом деле у этого механизма есть свои ограничения. Группа ученых из Швейцарии, США и Австралии смоделировала события Палеоцен-эоценового термического максимума (PETM) — периода резкого глобального потепления 56 миллионов лет назад.

Выводы интересные и, пожалуй, настораживающие: когда температура растет слишком быстро, растительность перестает ускорять темпы развития.

Что произошло 56 миллионов лет назад?

PETM — это ближайший исторический аналог того, что происходит с климатом сегодня. За геологически короткий срок в атмосферу попали тысячи гигатонн углерода. Глобальная температура подскочила на 5-6°C.

Этот период длился около 200 000 лет. Геохимические данные показывают странную аномалию: планета оставалась горячей гораздо дольше, чем предсказывают стандартные модели. Углерод не уходил из атмосферы на протяжении 70-100 тысяч лет. Почему естественные механизмы очистки дали сбой?

Тут дело в биологии. Растения просто не успели.

Дилемма растений: побег или адаптация

Когда климат меняется, у живого организма есть две стратегии выживания.

• Миграция: физическое перемещение в более прохладные регионы (для растений это перенос семян).
• Адаптация: эволюционное изменение признаков (размер листьев, скорость роста, устойчивость к засухе).

Исследователи объединили данные ископаемой пыльцы с новой моделью TREED, которая учитывает эволюцию признаков и скорость распространения семян.

В результате моделирования выяснилось, что скорость миграции растений составляла до 1500 км за 10 000 лет. Это довольно быстро. Но этого оказалось недостаточно. Скорость потепления опережала способность лесов перемещаться.

Вторая стратегия — эволюция — сработала еще хуже. Генетические изменения требуют времени. Температурный скачок произошел быстрее, чем виды смогли выработать новые, эффективные для жары признаки. Возникло то, что ученые называют адаптационным отставанием. Растительность оказалась в условиях, к которым она генетически не была готова.

Почему леса "сжались"?

Что происходит, когда дерево оказывается в слишком жарком климате, к которому не адаптировано? Оно испытывает стресс.

Вместо бурного роста гигантских лесов, поглощающих тонны углерода, произошло обратное. Ископаемые данные из бассейна Биг-Хорн (Вайоминг) показывают, что во время пика потепления крупные деревья исчезли. Их заменили более мелкие, "консервативные" формы жизни — кустарники, папоротники и пальмы.

Эти растения выживали, но они были функционально менее эффективны. У них была ниже биомасса и ниже продуктивность. Система перешла в режим выживания, и вместо откачивания CO₂ из атмосферы, биосфера выступала лишь слабым фильтром. Емкость наземных хранилищ углерода сократилась.

Отказ системы охлаждения

Проблема не ограничилась только тем, что растения стали меньше поглощать CO₂. Сбой дал и другой, более долгосрочный механизм регуляции климата — силикатное выветривание.

Это химический процесс, при котором углекислый газ, растворенный в дождевой воде, реагирует с горными породами. В результате углерод связывается и в конечном итоге захоранивается в океане в виде карбонатов. Растения ускоряют этот процесс своими корнями и почвенными кислотами.

Модель показала: из-за деградации растительного покрова скорость выветривания снизилась. Это объясняет, почему Земле потребовалось почти 100 тысяч лет, чтобы начать остывать. Система восстановилась только тогда, когда растения наконец эволюционировали и вновь заселили планету крупными, продуктивными формами.

Точка невозврата: 4 градуса

Один из самых важных выводов исследования — обнаружение температурного порога. Моделирование выявило критическую точку потепления суши примерно в 4°C.

До этого порога эффект удобрения CO₂ работает. Растения используют избыток углерода для роста, частично компенсируя потепление.

После пересечения точки в 4°C негативные факторы (тепловой стресс, засуха, дефицит питательных веществ) перевешивают пользу от CO₂. Начинается массовая потеря продуктивности и адаптационное отставание.

Как это может на нас повлиять?

Скорость современного выброса углерода на порядок выше, чем во время PETM. Если тогда, 56 миллионов лет назад, при более медленном потеплении, природа не справилась, ожидать чуда сейчас — иррационально.

Современные климатические модели часто предполагают, что леса продолжат поглощать около 30% наших выбросов. Но если мы пересечем температурный порог, эти поглотители могут ослабнуть. А фрагментация ландшафтов (города, дороги) делает миграцию растений еще сложнее, чем в эпоху эоцена.

Проблема заключается не только в температуре. Она в том, что мы переоцениваем способность системы к саморегуляции. Когда скорость изменений превышает скорость эволюции, биология проигрывает физике.