К проблеме взаимовлияния леса и климата

В категориях материализма движение – способ существования материи. Движение, т.е. постоянное изменение вещества и энергии, является объективной реальностью и неизбежностью. Однако, для выживания человечества важны знания об изменениях, наносящих существенный ущерб его существованию на планете Земля. Поэтому многие явления природного и техногенного характера рассматриваются не в общебиологическом масштабе, а в гораздо меньшем – человеческом, т.е. с позиции антропоцентризма. С данных позиций многие изменения материального мира на планете характеризуются как «экологические нарушения, проблемы». Проблемы глобального характера рано или поздно отражаются на климате планеты, который в свою очередь явится источником трансформации живой материи и влияет на жизнедеятельность людей.

Главный «сценарий» будущих климатических изменений, основанный на реальных наблюдениях и измерениях, а также на современном био-климатическом моделировании, это – будущее потепление климата планеты. Современное потепление связывают в основном с повышением в атмосфере содержания парниковых газов, основу которых составляет диоксид углерода. Причина этому – деятельность человечества в масштабе геологической силы – сжигание ископаемого топлива и прочих значимых антропогенных воздействий. Однако, климатический прогноз обладает высокой неопределённостью, поскольку зависит от множества факторов, влияющих на различные сценарии изменения эмиссии парниковых газов. В свою очередь эти сценарии имеют многофакторную причинность: демография, экономика, вариативность технологического прогресса, направ- ленность и действенность многих международных экологических соглашений и т.д.

Рассмотрим один из аспектов подобных климатических изменений в категориях леса, лесоведения, лесопользования.

В соответствии с прогнозами наличие лесов России в будущем может стать мощным донором углекислого газа в атмосфере, что явится ускорителем процессов потепления [1]. На первый взгляд это кажется парадоксальным. Поэтому, попытаемся осветить некоторые аспекты взаимодействия леса и климата.

Взаимосвязь климатических изменений и леса проявляется как в геологической истории, так и в современности. Влияние леса на климат обусловлено различными свойствами лесного покрова. Например:

• •    Лесной покров изменяет отражающие свойства поверхности земли, в связи с чем, меняется количество тепла, поглощаемое поверхностью земли днём и отдаваемое ночью.

• •    Лес влияет на гидрологический цикл и испаряемость, делая климат региона более мягким и влажным.

• •    В лесу снеготаяние сглаживает весенние скачки температуры и снижает риски половодья.

Однако, наиболее сильное взаимодействие леса и глобального климата связано с осуществлением углеродного цикла на Земле, одна из стадий которого происходит в атмосфере, в которой изменяется концентрация углекислого газа [1, 2]. Это признаётся основной причиной современного потепления.

Помимо фотосинтеза, сохраняющего в биомассе углерод и освобождающего кислород, в лесных экосистемах происходит разложение органического вещества, т.е. «дыхание» (дыхание растений, животных, грибов, бактерий, разложение органических веществ), при котором высвобождает- ся углерод. Данные процессы в разных лесах имеют различную направленность: в молодых - превалирует продуцирование кислорода, в старовозрастных - связывание углерода и его накопление («консервирование») в биомассе. В бореальных лесах (леса Северного полушария от их северной границы с лесотундрой до средних широт, произрастающие в условиях холодного, умеренно-холодного и умеренного климата) именно почва служит главным хранилищем углерода, в отличие от тропических лесов, где подобным резервуаром является биомасса растений. Молодые леса по своему углеродному циклу отличаются от старовозрастных, поскольку в них продукционные процессы преобладают над разложением. В них за счёт активного прироста биомассы постоянно увеличиваются запасы углерода, что обеспечивает сток углекислого газа из атмосферы. Именно молодые леса в полной мере можно назвать «зелёными лёгкими» планеты.

Кратко рассмотрим нарушения данного углеродного цикла. Как правило, это происходит на региональном уровне, поскольку леса подвержены различным нарушающим воздействиям: вырубкам, лесным пожарам, вспышкам вредителей, ветровалам, обледенениям, сильному граду, затоплениям и т.д. Подобные воздействия локальны, но могут приводить к гибели или деградации лесов на больших площадях, что выражается в потерях данной территорией запасов углерода и избыточной эмиссии углекислого газа в атмосферу.

В разных ситуациях потери запасов углерода лесами могут быть обратимыми и необратимыми. Если на вырубках, гарях и местах других нарушений начинают восстанавливаться молодые леса, происходит постепенная компенсация запасов углерода при росте биомассы. Это случай адаптации совокупности лесов региона, при котором возникает устойчивое соотношение площадей лесов различного возраста. Суммарные запасы углерода лесов стабилизируются на уровне региона, а региональный баланс углерода лесов приближается к нулевому (потери с нарушениями компен- сируются приростами запасов углерода в молодых лесах). В случае, когда происходят изменения землепользования (например, вырубленные леса трансформируются в пахотные земли), компенсация потерь углерода отсутствует.

Таким образом, уровень нарушающих воздействий становится «рычагом», управляющим бюджетом углерода лесов. При запредельных нарушениях леса начинают терять углерод и превращаются в источник углекислого газа, но при снижении нарушений – леса снова могут приобрести способность к поглощению дополнительного количества углерода. Данный «рычаг» в течение последних тысячелетий контролируется в основном человеком.

Для примера рассмотрим современные изменения углеродного бюджета лесов России. В конце 1980-х годов леса России ежегодно поглощали из атмосферы около 70 млн. тонн углерода в год. В 1960-1990-х годах стабильность объёмов лесозаготовок привела к возникновению устойчивой возрастной структуры российских лесов (изъятие компенсируется естественным приростом), В такой ситуации углеродный бюджет лесов близок к нулевому. В середине 1990-х годов произошло резкое увеличение поглощения углерода лесами, сохранившееся практически до сегодняшнего времени – годовой сток углерода из атмосферы в российские леса около 210 млн. тонн. Столь выраженные изменения углеродного бюджета лесов России связаны с динамикой суммарных объёмов лесозаготовок. В период начала 1990-х годов объёмы лесопользования резко сократились и стабилизировались практически до нынешнего времени. Изменения режима лесопользования связывают с основной причиной недавнего роста поглощения углерода лесами России. При сокращении лесопользования прирост стал превышать изъятие, что привело и к росту запасов древесины в лесах, и к усилению поглощения углерода. В последние годы, правда, основная деградация лесов России наблюдается ввиду лесных пожаров, первопричина которых, по-видимому, многофакторна.

Связь региональных климатических изменений с процессами в лесных экосистемах проявляется в следующем. При потеплении южные и северные границы лесов (в северном полушарии) смещаются к северу и ситуация с углеродным балансом стабильная. Однако при значительном потеплении данные процессы могут быть разбалансированы, поскольку обезлесение на юге происходит гораздо быстрее, чем прирост на севере. Обезлесевшие области становятся значимым источником углерода для атмосферы, дополнительно усиливающим процесс потепления. Именно по этой причине в условиях резкого потепления, прогнозируется обезлесение средней полосы европейской части и Западной Сибири, в результате чего, российские леса станут мощным дополнительным источником углекислого газа для атмосферы [1].

За счёт чего же возможен такой сценарий, если в настоящем леса России являются в основном источником стока углерода? Такое возможно за счёт не региональных, а уже глобальных изменений. В настоящее время леса бореального и умеренного поясов являются глобальным стоком углерода. Здесь устоявшиеся формы земледелия и лесопользования. Территории умеренного и бореального поясов планеты поглощают около 1 млрд. тонн углерода, тем самым замедляя рост содержания парниковых газов в атмосфере и снижая темпы потепления.

Однако, наблюдаются одновременные тенденции к неблагополучию углеродного бюджета в лесах тропической зоны. Во многих развивающихся странах, обладающих значительными площадями тропических лесов, продолжается их активное сведение с последующей конверсией земель в иные типы землепользования, в первую очередь сельскохозяйственные. Этот процесс приводит к годовой эмиссии в атмосферу около 2 млрд. тонн углерода. Если раньше тропические леса считались «лёгкими планеты», то сейчас в целом углеродный бюджет территории тропического пояса близок к нулю. Следует также учесть, что возможности самовосстановления тропических лесов существенно ниже, нежели лесов умеренного климата.

Подытоживая, можно выделить следующее.

• •    Значительная часть свойств лесного покрова определяется влиянием климата. В процессе эволюции естественные климатические колебания оставались основной причиной ритмических изменений лесного покрова планеты, приводя иногда к почти полному обезлесению континентов, иногда – к значительному превышению лесного покрова в сравнении с настоящим.

• •    Существует взаимосвязь климата и леса как через природообусловленные, так и через антропогенные влияния. В последние тысячелетия человечество стало климато-геологической силой, и зачастую определяет наличие или отсутствие леса на больших территориях. Поэтому современное потепление имеет во многом антропогенную природу.

• •    В настоящем леса ещё способствуют сдерживанию потепления, поглощая из атмосферы часть углерода, выброшенного туда человечеством. Однако, их возможности не беспредельны, и при усилении потепления леса могут превратиться в дополнительный источник парниковых газов. Надежда на то, что антропогенные изменения климата будут остановлены раньше.