Изменения в круговороте
Однако, несмотря на большую скоррелированность потоков СО2 и наличие мощных буфеных систем, таких как фотосинтезирующий пояс земли и мировой океан, изменения в круговороте углекислого газа на сегодняшний день очевидны. Содержание в атмосфере углекислого газа (CO2) неуклонно растет и в мае 2013 года достигло небывалого (по крайней мере, за 420 тысяч лет) (и, возможно, за последние 20 млн. лет)максимума — 400 ppm (parts per million, миллионных частей), что на 43% выше доиндустриального уровня (период до 1750) — 280 ppm. , о чем свидетельствуют данные ледяных кернов.
Однако, если взглянуть на шкалу масштаба большего масштаба, согласно геологическим данным в минувшие экологические эпохи содержание СО2 в его основных фондах неоднократно менялось. Уже одно это говорит о том, что антропогенное воздействие должно рассматриваться вместе с естественными причинами. Какова же природа этих изменений?
Изменения естественной природы
Роль океана в круговороте углерода
Факт повышения концентрации углекислого газа никем не оспаривается, однако есть весомые основания считать, что само это повышение не причина, а следствие потепления: при более высокой температуре происходит выделение углекислого газа из океана — из-за уменьшения его растворимости в теплой воде. Даже небольшое потепление поверхностного слоя океана может вызвать эмиссию огромного количества диоксида углерода в атмосферу. И роль океана, согласно некоторым математическим моделям, может оказаться гораздо выше антропологической.
Роль наземных экосистем в круговороте углерода
С одной стороны, увеличение концентрации в воздухе CO2 приводит — до некоторого предела, конечно, — к возрастанию интенсивности фотосинтеза. Этот эффект очень хорошо прослеживается в лаборатории и в теплицах и менее четко — в полевых экспериментах под открытым небом (см.: Рост концентрации CO2в атмосфере не слишком повысит урожайность зерновых, «Элементы», 05.07.2006). Что касается непосредственно природной обстановки, то там уловить изменения в интенсивности фотосинтеза в ответ на постепенное увеличение содержания CO2 достаточно сложно, и результаты получаются противоречивыми.
С другой стороны, несмотря на значительную неопределенность в существующих оценках, очевидно, что наземные экосистемы могут работать как усилители воздействия различных факторов на эмиссию парниковых газов.
Первый фактор - повышение температуры. Поскольку интенсивность дыхания любых организмов при увеличении температуры растет экспоненциально (по закону Аррениуса), то неудивительно, что возрастает и суммарное дыхание экосистемы. В итоге леса тропического пояса (а это самые продуктивные экосистемы мира) становятся местами стока атмосферного углерода только в более влажные годы, а в годы более сухие оказываются местами его выделения. Отсюда — сильные межгодовые колебания содержания СО2 в атмосфере (см. рис. 1), коррелирующие с климатическими особенностями того или иного года, в частности с выраженностью явления Эль-Ниньо (точнее «Эль-Ниньо — Южная осцилляция»), которое сказывается на режиме выпадения осадков в Южной Америке и Юго-Восточной Азии.
Следующий пример (рис. 3c) касается взаимодействия циклов азота и углерода. Дефицит азота, причем не только для самих растений, но и для микроорганизмов, осуществляющих деструкцию органических веществ приводит к тому, что, в частности, грибы в таких условиях в качестве источника азота начинают активно использовать лигнин (очень стойкое вещество растительных клеточных стенок), который ранее оставался нетронутым. Таким образом в круговорот вовлекается дополнительное количество пребывавшего ранее в почве органического вещества. При этом, естественно, увеличивается и количество СО2, поступающее в атмосферу.