Почему парниковый эффект опасен для нашей планеты? Из-за чего возникает избыток углекислого газа в атмосфере? Как можно обезопасить Землю от климатических катастроф? Этими вопросами в последние десятилетия задаются и ученые, и просто неравнодушные к проблемам экологии люди. Сегодня специалисты пытаются тщательно контролировать баланс углекислого и других углеродсодержащих газов, который влияет на климатическое состояние планеты. Надзор за их циркуляцией – это возможность предотвратить опасность, например, резкого перекоса воздушного баланса, способную навредить живым организмам.
Держать экосистему под контролем и устранять неполадки, связанные с перемещением углеродсодержащих газов, призваны карбоновые полигоны – уникальная разработка российских ученых. Проект по измерению и регулярному мониторингу потоков парниковых газов запустило Министерство науки и высшего образования России.
О том, как карбоновые полигоны защищают планету, где они находятся и какие научные открытия совершаются на этих площадках, читайте в статье портала наука.рф.
Разумный подход
Карбоновые полигоны – территории с уникальной экосистемой, и они нужны не только для измерения химических показателей. На базе проекта ученые ведут научную и образовательную деятельность, налаживают международное сотрудничество. В работу включены и коммерческие организации, и высшие учебные заведения. Они контролируют наблюдения и эксперименты, повышая их эффективность с помощью экспертов и специального оборудования.
Высокие технологии помогают ученым получить предельно точные показатели. Новейшие научные разработки позволяют дистанционно отслеживать происходящие климатические изменения. Спутники, считывающие полученные данные на расстоянии, обязательно работают в связке с наземными приборами.
С таким подходом результаты исследований получаются более точными и закономерными. Только систематическая многосторонняя работа позволяет корректно определить содержание углеродсодержащих газов в атмосфере и оценить их взаимодействие с земной и глубинными поверхностями.
Инновации значительно упрощают проведение исследований, но их должны курировать опытные специалисты, которых готовят на базе карбоновых полигонов. Вузы открывают образовательные программы, привлекающие молодых ученых к наукам о Земле, а технологическое оснащение площадок помогает начинающим исследователям проводить значимые для отечественной и мировой науки эксперименты. Активное участие в работе полигонов принимают и опытные ученые. Они изучают процессы, происходящие с углеродсодержащими газами, и обсуждают полученные результаты, в том числе с иностранными коллегами. Такое сотрудничество поможет держать ситуацию изменения климата под контролем.
Значимость карбоновых полигонов для контроля климатической ситуации в стране оценил руководитель Лаборатории биогидрохимии Института океанологии им. П.П. Ширшова РАН Александр Полухин. Ученый проводит эксперименты на морском карбоновом полигоне «Геленджик».
«Исследования, которые мы ведем, и результаты, которые получаем, должны стать фундаментом для дальнейшей разработки государственных актов, нормативов и, возможно, законов о контроле экологической ситуации в стране, в частности, эмиссии парниковых газов разного рода промышленными предприятиями. Оценки эвазии или инвазии газов (перемещения газов из поверхностного слоя воды в атмосферу и наоборот. – прим. ред.) отражают естественную, природную, изменчивость. Имея представления об эмиссии этих газов промышленностью, мы можем оценить антропогенный вклад и в дальнейшем дать прогноз о временной динамике, например, углекислого газа в России и прилегающих к ней территориях», – отметил Александр Полухин.
От горных вершин до морского дна
Сегодня от Калининграда до Сахалина функционируют 17 карбоновых полигонов. Они расположены в регионах России с различной флорой, фауной, ландшафтом и климатическими условиями. Это сделано не просто так: ученым важно проследить, как происходит циркуляция углеродсодержащих газов в разных типах местности.
Леса средней полосы, тайга, лесотундра, болота, сельскохозяйственные угодья, горы, степи, водоемы – исследовательские площадки охватывают все возможные ландшафты природных зон. В разных условиях специалисты работают в первую очередь с углекислым газом и метаном – активными газами, влияющими на экосистему.
Опытным путем исследователи стремятся выяснить, каким способом можно нормализовать соотношение углерода на планете. Результативным средством считаются растения: и наземные, и даже морские. Ученые вычисляют, какие зеленые насаждения наиболее эффективны. Эксперименты с растительными массивами проводятся не только в лесной, степной или горной местности – особое внимание уделяют и морской флоре. Оказывается, водоросли и другие океанические растения справляются с поглощением углеродсодержащих газов ничуть не хуже обычных деревьев и кустарников.
Так, в рамках проекта активно развиваются морские карбоновые полигоны, исследующие прибрежные и водные территории. Работа проходит по аналогии с «сухопутными» полигонами, но, конечно, здесь учитывают специфику среды: морскую воду, качку, ветер и многое другое. Важность изучения системы «океан-атмосфера» в отношении парниковых явлений отметила доцент кафедры океанологии СПбГУ Полина Лобанова.
«Роль океана в углеродном цикле очень значима. Морской фитопланктон усваивает неорганические формы углерода в процессе фотосинтеза и переводит их в органические, которые потом накапливаются в глубинных слоях. Океан является огромным резервуаром, хранилищем углерода, что сильно снижает концентрацию углекислого газа в атмосфере, делая ее доступной для жизни», – рассказала эксперт.
По ее словам, в глубинах океана содержится около 38 тыс. гигатонн углерода, и все это – в органической форме. Без фитопланктона и морских растений, заселяющих освещенный слой океана, подобное было бы невозможно.
«Роль морских экосистем в процессе контроля эвазии и инвазии газов доминирующая, – поддержал коллегу Александр Полухин. – Помимо изучения потоков углекислого газа большое внимание сейчас должно уделяться потокам метана. Основной источник метана для Мирового океана – донные осадки, газогидраты и тающая вечная мерзлота в Арктике. Поток метана направлен из воды в атмосферу, где его концентрация ниже. Кроме того, метан потребляют некоторые виды бактерий, тем самым уменьшая его концентрацию в воде. Наиболее интенсивно такие исследования ведутся российскими учеными в арктическом регионе, хотя отдельные группы занимаются изучением роли метана в морских экосистемах других морей России, в частности, в Черном море».
Начало великих свершений
Эксперименты по отслеживанию углеродных процессов на карбоновых полигонах играют значимую роль для науки и практической деятельности человека. С помощью опытов ученые создают конкретные решения по контролю углеродсодержащих газов на Земле. О результатах одного из последних экспериментов на территории полигонов, который проводила команда российских океанологов, порталу наука.рф рассказала Полина Лобанова: «В рамках эксперимента мы оценили поток углекислого газа в системе «океан-атмосфера» и величину первичной продукции планктонного сообщества с учетом его видового состава. Каждый из способов, с помощью которых океан поглощает углекислый газ, важен. Мы не можем сказать, что они являются процессами, заменяющими друг друга. Ведь, чтобы фитопланктон усвоил углекислый газ в процессе фотосинтеза, газ сначала должен раствориться в воде».
Как пояснила специалист, в эксперименте важно было провести комплексную работу, учитывающую основные виды потоков углеродного цикла, и убедиться, что они сопоставимы.
По словам океанолога, разные способы исследования, например, оценка первичной продукции фитопланктона, помогают ученым понять направление потока углекислого газа как из атмосферы в океан, так и наоборот. При этом важно определить, какие микроорганизмы там преимущественно обитают – автотрофные (способные самостоятельно синтезировать органическое вещество с помощью фотосинтеза и извлекать неорганический углерод из воды) или гетеротрофные, которые этого делать не могут и питаются готовой органикой.
Проведенный опыт – только старт дальнейших глобальных исследований. Ученые хотят достичь цельных представлений об особенностях углеродных процессов в морской среде.
«Планируем провести следующий эксперимент на карбоновом полигоне «Геленджик», когда произойдет смена доминирующих видов диатомовых водорослей, и также в период низкой активности фитопланктона перед его осенним «цветением», – поделилась планами Полина Лобанова.
Так ученые смогут посмотреть динамику сообщества и, соответственно, потоков углекислого газа в системе «океан-атмосфера».
«Кроме того, недавно мы провели первый всероссийский круглый стол «Морские исследования на карбоновых полигонах РФ» в рамках VII Всероссийской конференции молодых ученых «Комплексные исследования Мирового океана» – КИМО-2023, где встретились ведущие эксперты и представители всех действующих морских карбоновых полигонов России, – напомнила исследовательница. – По итогам круглого стола была составлена резолюция, в которой есть перечень работ, необходимых для проведения на морских карбоновых полигонах, и подобные эксперименты – в их числе».
С помощью проекта карбоновых полигонов специалисты совершают полезные для экосистемы открытия. Простор их деятельности может стать еще масштабнее в ближайшем будущем.
«Мы с коллегами подали заявку на создание карбонового полигона в Ленинградской области (сухопутная часть) и в восточной части Финского залива (морская часть), и рассчитываем в ближайшем будущем пополнить вклад российских ученых в изучение важной в контексте экологических изменений темы углеродного баланса», – резюмировала Полина Лобанова.
По материалам сайта наука.рф Мария Рохлова
