УСПЕХИ СОВРЕМЕННОЙ БИОЛОГИИ, 2011, том 131, № 4, с. 324-345
УДК 574.4; 574.5; 57.01
КЛИМАТОРЕГУЛИРУЮЩИЕ ФУНКЦИИ НАЗЕМНЫХ ЭКОСИСТЕМ И ЭКОЛОГОЦЕНТРИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
© 2011 г. Д. С. Павлов, Е. Н. Букварева
Институт проблем экологии и эволюции РАН им. А.Н. Северцова, Москва E-mail: bukvareva@mail.ru
Рассмотрено функционирование природных экосистем, поддерживающих важнейшие биогеохимические циклы планеты, формирующих основной объем потоков парниковых газов между поверхностью Земли и атмосферой и определяющих водный, радиационный и температурный режим суши, систему атмосферной циркуляции над континентами. Показано, что климаторегулирующие функции экосистем существенным образом изменяются в результате масштабных антропогенных трансформаций природных экосистем и современных климатических сдвигов.Утверждается, что для решения задачи сохранения природных механизмов регуляции среды и климата необходим переход к новой экологоцентрической концепции природопользования, которая учитывает приоритетную ценность средообразующих функций природных экосистем, в том числе их климаторе-гулирующих функций.
Ключевые слова: природные экосистемы, изменение климата, климаторегулирующая функция экосистем, экологоцентрическая концепция природопользования, углеродный цикл, климатическая политика.
ПРИРОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ -ВАЖНЕЙШИЙ РЕГУЛЯТОР КЛИМАТА
Климатические изменения и меры по их смягчению - одна из основных тем нынешней глобальной политики. Внимание привлечено прежде всего к задаче сокращения антропогенных выбросов парниковых газов. При этом в тени жарких споров об ответственности разных стран за сокращение выбросов остается судьба ключевого регулятора климата Земли - природных экосистем.
Современные условия жизни на Земле, в которых может существовать человек, сформированы жизнедеятельностью биоты в течение миллиардов лет. Сегодня пригодные для человека условия среды поддерживаются средообразующими функциями экосистем1, важнейшим компонентом
1 В Национальной стратегии сохранения биологического разнообразия России (2001) в числе основных жизненно важных для человека функций биоразнообразия выделена средообразующая функция, которая заключается в поддержании биосферных процессов на Земле и формировании благоприятных для жизни человека условий. Основные средообразующие функции природных биосистем: поддержание биогеохимических циклов вещества, газового балан-
которых являются функции по регуляции климата (более подробный обзор климаторегулирующих функций наземных экосистем см: [2]). Их можно разделить на две взаимосвязанные группы:
- биогеохимические, связанные с процессами фотосинтеза, дыхания растений, животных, грибов и микроорганизмов в экосистемах, определяющие потоки основных парниковых газов (прежде всего СО2 и СН4) между экосистемами и атмосферой;
- биогеофизические, включающие регуляцию тепловых и радиационных потоков между поверхностью Земли и атмосферой (альбедо2 и тепловые характеристики поверхности), а также
са и влажности атмосферы; стабилизация климатических показателей; формирование устойчивого гидрологического режима территорий и самоочищение природных вод; формирование биопродуктивности почв и защита их от эрозии; уменьшение интенсивности экстремальных природных явлений (наводнений, засух, жары, ураганов и др.) и ущерба от них; биологическая переработка и обезвреживание отходов.
2 Альбедо - способность поверхностей или отдельных тел отражать солнечную радиацию. Определяется в долях (%) отраженной радиации от поступающей на поверхность (Словарь терминов по физической географии; http://www. igras.ru/).
регуляцию водного баланса суши (эвапотранспи-рация3, влияние на режим осадков и сток рек).
Кроме того, экосистемы выполняют функции снижения разрушительной силы экстремальных природных явлений и ущерба от них, тесно связанные с проблемой климатической устойчивости и чрезвычайно важные для обеспечения безопасности людей и устойчивого развития экономики.
Экосистемные функции регуляции углеродного цикла
Антропогенные выбросы парниковых газов (прежде всего СО2 и СН4), к которым сегодня привлечено основное внимание, составляют лишь несколько процентов (3.4%, по данным МГЭИК [15]) от общего потока углерода в биосфере. Природные потоки углерода в десятки раз превышают его антропогенную эмиссию (рис. 1). Например, только микробное разложение органики в почве в 7 раз больше его промышленной эмиссии [9]. Запасы углерода в биомассе, почве, торфе и верхнем слое вечной мерзлоты в тысячи раз превышают мощность его антропогенных потоков. Таким образом, основным регулятором глобального углеродного цикла являются природные экосистемы. Даже небольшое (относительно общей мощности) изменение их функций окажет настолько сильное влияние на концентрацию парниковых газов в атмосфере, что может свести на нет все усилия по сокращению их промышленных выбросов.
Киотский протокол направлен прежде всего на учет антропогенных выбросов парниковых газов и лишь частично учитывает экосистемные функции поглощения и выделения парниковых газов, а точнее - их изменение в результате действий человека. Однако необходимо также учитывать функцию хранения углерода, что особенно важно для России.
Крупнейшими резервуарами долговременного хранения углерода в наземных экосистемах являются почвы, торф и вечная мерзлота. Запасы углерода в почвах мира составляют более 2000 Гт [14, 62]. Запасы в нескольких верхних метрах многолетней мерзлоты северных экосистем составляют 1672 Гт и это явная недооценка, так как запасы в глубоких слоях учтены только частично [84, 89]. Важнейшими хранилищами углерода являются болота и другие экосистемы, накапливающие торф. Торфяные экосистемы, занимая только
Атмосфера
750 Гт
200 Гт / в год /
¡X
, 9
и
со
Биомасса 500-1000 Гт
Почва, торф, верхние метры мерзлоты
п х 1000 Гт
0.1 Гт в год
3 Эвапотранспирация - суммарное испарение воды растения-
ми и поверхностью почвы.
Уголь, нефть, газ п х 1000 Гт
Рис. 1. Соотношение величин потоков и хранилищ углерода. Природные потоки показаны серым и черным цветом, антропогенные - белым. Крестик - выведенная человеком из строя часть наземной системы регуляции углеродного цикла [2].
около 3% поверхности суши, сохраняют 30% глобального запаса углерода в почвах, болота сохраняют 550 Гт С, что соответствует четверти его глобальных запасов в почвах [75].
По длительности хранения углерода почвы, торф и мерзлота занимают промежуточное положение между живой биомассой, где время его пребывания определяется временем жизни организмов, и ископаемым топливом, в котором углерод пребывает от сотен тысяч лет до сотен
миллионов лет. Древнейшие слои торфа имеют тот же возраст, что и некоторые месторождения бурого угля. При этом оценки запасов углерода в месторождениях угля, нефти и газа сопоставимы с его запасами в почве, торфе и мерзлоте (рис. 1)4. Мировое сообщество чрезвычайно озабочено тем, что деятельность человека приводит к освобождению углерода из ископаемого топлива. При этом не учитывается тот факт, что в результате изменений климата и антропогенных нарушений экосистем в атмосферу могут быть выброшены огромные объемы углерода, законсервированного в природных экосистемах. Только в отличие от сжигания топлива из этого процесса человек не сможет извлечь никакой пользы.
Важность учета функции хранения углерода при оценке интегральной климатической функции экосистем можно проиллюстрировать на примере болот. Они, с одной стороны, поглощают СО2 и являются крупнейшими хранилищами углерода, а с другой - выделяют большое количество метана. Поскольку метан воздействует на парниковый эффект сильнее, чем углекислый газ, оценка интегрального влияния болот на климат с использованием стандартной ПГП-методики5 показывает, что они оказывают "нагревающее" воздействие. Однако при этом оценивается лишь выделение газов в данный момент, но не учитывается функция болот по поглощению углерода на протяжении тысяч лет их существования. Например, после 4 тысяч лет существования болота только 0.3% выделенного им метана остается в атмосфере, в то время как 20% поглощенного СО2 продолжает храниться в торфе. Изменение функции болот в ходе истории выглядит следующим образом: вначале они являются "нагревателями" с пиком этой функции в возрасте около 50 лет, затем в течение следующих нескольких сотен лет происходит ослабление "нагревающего" эффекта, переключение на "охлаждающий" эффект и его нарастание в течение дальнейшего времени существования болота [49]. Возраст большинства северных болот измеряется тысячами лет и они являются охладителями [50].
4 Мировые запасы угля, нефти и газа содержат в сумме около 4000 Гт углерода [42], но детально разведанные экономически рентабельные на сегодняшний день месторождения -менее 1000 Гт [70].
5 Потенциал глобального потепления ПГП (Global Warming Potential GWP) - воздействие единицы массы данного газа в атмосфере (как смеси идеально перемешанных газов), интегрированное по выбранному временному горизонту. ПГП учитывает разное время жизни газов в атмосфере и их разную эффективность поглощения инфракрасного излучения. Киотский протокол основан на ПГП однократных выбросов газов за столетний интервал времени [15, 58].
Таким образом, оценка климаторегулирующей функции экосистем, имеющих существенные долговременные запасы углерода, должна включать их функцию по хранению углерода, а не только функции по регуляции современных потоков парниковых газов. Это особенно важно для северных, в том числе российских, экосистем.
С точки зрения изменений углеродного цикла ключевой проблемой является то, что скорость извлечения человеком углерода из ископаемого топлива примерно в 100 раз выше скорости его естественного захоронения в долговременных хранилищах6 - накопления торфа в болотах, формирования карбонатов кораллами и отложения планктона с известковым скелетом [40, 93].
Большинство прогнозов говорит о том, что в современном состоянии наземные экосистемы и океан не смогут поглотить растущие антропогенные выбросы СО2 [35, 40, 42]. Может ли восстановление экосистем исправ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.