Ученые консорциума «РИТМ углерода» измерили поглощение метана почвой и спрогнозировали рост этого показателя в результате изменения климата

Москва. 13 марта. РИТМ Углерода —  Ученые Института географии РАН и факультета почвоведения МГУ исследовали скорости поглощения метана почвой из атмосферы с помощью независимых математических моделей. Самыми значительными поглотителями метана среди местных экосистем стали природные сообщества, в частности, леса. В свою очередь, постоянная распашка почвы черноземов, при регулярном внесении азотных удобрений, приводит к 2-3-кратному снижению поглощения. Такие результаты ученые получили в рамках работы научного консорциума «РИТМ углерода» и создания Российской системы климатического мониторинга.

Метан – один из важнейших парниковых газов. Он образуется в биосфере там, где есть нехватка кислорода. Вклад метана (СН4) в современное потепление оценивается в 19%. Это второй после СО2 парниковый газ, вклад которого составляет 64% (Бюллетень ВМО по парниковым газам, №19 от 15.11.23).

За производство метана ответственна особая, самая древняя группа микробов – археи. Эти микробы используют конечные, простые продукты разложения органических веществ (СО2, метанол, ацетат) в бескислородных условиях. Например, это происходит в болотах, на рисовых полях и в желудках жвачных животных. Такие вещества используются ими в качестве источника углерода и энергии, а метан при этом является побочным продуктом. Напротив, в ненасыщенных водой, пористых почвах (их называют автоморфные), то есть там, где есть кислород, происходит поглощение СН4, с образованием органических соединений и СО2.

Известно, что в основном метан разлагается в ходе фотохимических реакций в атмосфере, а его биологическое поглощение составляет лишь около 5% биосферного стока. Тем не менее для построения общепланетарного бюджета углерода надо точно знать и эту составляющую. К тому же по общей площади автоморфные почвы существенно преобладают над заболоченными. Если куда более мощный поток выделения биогенного метана из болот и других источников сейчас оценивается довольно хорошо, то относительно поглощения этого газа автоморфными почвами оценок куда меньше. Важно не просто оценить современное количество СН4, которое выделяют разные экосистемы, но предсказать, как этот поток изменится, если поменяется климат или в ходе активного использования земель человеком (например, при распашке).

«Мы провели расчеты с помощью ряда известных математических моделей. При этом важно было подобрать такие модели, которые просто рассчитывать по полевым данным. Например, по таким важным для скорости поглощения (потребления) метана бактериями показателям, как его концентрация в воздухе, температура и влажность почвы, ее механический состав и плотность, сумма осадков и другим. В разных моделях используются разные наборы показателей. Однако все они так или иначе определяют скорость диффузии (проникновения) молекул газа через слой почвы, но не из почвы в атмосферу, а, наоборот, из атмосферы в почву. Поскольку в самих автоморфных почвах метан не образовывается, в таких местообитаниях его больше содержится в приземном слое воздуха, чем в почве, а диффузия любого вещества всегда направлена от области его большей концентрации в сторону меньшей», — рассказал д.б.н., ведущий научный сотрудник Института географии РАН Дмитрий Карелин.

Для чего вообще в моделировании применяют не одну модель, а ансамбль из нескольких? Сравнительный анализ показывает, что наиболее высокую успешность, как правило, демонстрирует «средняя» по ансамблю модель. Это связано с тем, что систематические ошибки разных моделей (а они присущи каждой) не зависят друг от друга и при осреднении по ансамблю могут взаимно компенсироваться.

В качестве проверки получаемых с помощью моделей расчетных величин ученые использовали собственные измерения скорости поглощения метана в полевых условиях. Такие измерения проводились в черноземной зоне (Курская область) в наиболее характерных для этого ландшафта экосистемах, таких как широколиственные леса, степи, используемые и заброшенные (залежи) пашни.

Из результатов проведенных работ следует, что самыми значительными поглотителями метана среди местных экосистем являются природные сообщества, в частности, леса. Постоянная распашка почвы черноземов, при регулярном внесении азотных удобрений, приводит к 2-3-кратному снижению поглощения.

«Среднее арифметическое значение по использованному в работе ансамблю моделей, вполне удовлетворительно описывает скорости поглощения СН4, и поэтому может успешно применяться для прогноза. Например, очевидно, что если следовать наблюдаемым сейчас изменениям климата, то при повышении температуры и увеличении сухости почвы, а также общем росте концентрации метана в атмосфере следует ожидать усиления его поглощения, что является положительным для нас в условиях современного потепления радиационным эффектом», — рассказывает Дмитрий Карелин.