Амазония на пороге климатического переворота: к чему приведет переход к «сверхтропическому» режиму?

Новое исследование показывает, что дождевые леса Амазонии приближаются к переходу в «сверхтропический» (гипертропический) климатический режим, которого не существовало на Земле по меньшей мере 10 миллионов лет.

Ученые прогнозируют, что этот режим вызовет более частые и экстремальные засухи, способные привести к массовой гибели деревьев. Согласно исследованию, опубликованному в среду, 10 декабря, в журнале Nature, к 2100 году жаркие засухи могут «прокаливать» Амазонию до 150 дней в году, распространяясь даже на сезон дождей.

«Когда случаются такие жаркие засухи, это тот самый климат, который мы связываем со сверхтропическим лесом, потому что он выходит за границы того, что мы сейчас считаем тропическим лесом», — заявил в своем комментарии ведущий автор исследования Джефф Чемберс, профессор географии Калифорнийского университета в Беркли.

Ученые полагают, что сверхтропический климат существовал в последний раз от 40 до 10 миллионов лет назад, в эпохи эоцена и миоцена. Средняя глобальная температура в середине эоцена составляла 28°C — на 14°C выше, чем сегодня, — а предыдущие исследования указывают, что леса у экватора имели меньше мангровых зарослей и вечнозеленых деревьев.

В настоящее время в амазонских дождевых лесах жаркие засушливые условия наблюдаются несколько дней или недель в году. Однако из-за изменения климата сухой сезон в регионе, который обычно длится с июля по сентябрь, становится продолжительнее, а доля дней в году, которые жарче нормы, увеличивается.

Чемберс и его коллеги проанализировали 30-летние данные о температуре, влажности, влажности почвы и интенсивности солнечного света на участке леса к северу от Манауса, города в сердце бразильской Амазонии. Исследователи также изучили информацию с датчиков, измерявших поток воды и сока внутри древесных стволов на этом участке, что помогло понять, как деревья справляются с засухой.

Во время засух деревья с трудом получали доступ к воде и прекращали поглощать диоксид углерода (CO₂), выяснили исследователи. Это связано с тем, что скорость испарения во время засух резко возрастала, уменьшая влажность почвы. Деревья реагировали, закрывая устьица на листьях, которые контролируют обмен водой и газами с атмосферой, чтобы сохранить влагу. Но одновременно это блокировало поглощение CO₂, необходимого растениям для роста и восстановления тканей.

В результате, когда условия засухи были экстремальными, часть деревьев погибала от «голодания» по CO₂. А когда влажность почвы падала ниже порога в 33% (то есть лишь одна треть пор в почве была заполнена водой), в соке деревьев также образовывались пузырьки воздуха, подобные тромбам в человеческих кровеносных сосудах, что препятствовало нормальной циркуляции жидкости в водопроводящей системе растения (ксилеме).

«Если эмболий (пузырьков) становится слишком много, дерево просто погибает», — пояснил Чемберс. Порог влажности почвы, ведущий к такому коллапсу, оказался поразительно стабильным в течение двух лет Эль-Ниньо — 2015 и 2023 — и совпал с порогами, измеренными на другом участке исследований в Амазонии. «Это действительно удивило всех», — отметил он.

Ежегодная смертность деревьев в амазонских дождевых лесах в настоящее время составляет чуть более 1%, но к 2100 году может вырасти до 1,55%, выяснили исследователи. Это может показаться незначительным, но в масштабах всего леса разница огромна, подчеркнул Чемберс.

Быстрорастущие деревья оказались более уязвимы к жарким засухам, чем их медленнорастущие собратья, поскольку для поддержания такого роста им требовалось обилие воды и CO₂. Это говорит о том, что медленнорастущие деревья, такие как желтый ипе (Handroanthus chrysanthus) или Шиуауако (Dipteryx micrantha), в конечном итоге станут доминировать в Амазонии по мере роста температур — при условии, что они сами смогут справиться с усилением водного стресса и скоростью изменения климата.

Результаты указывают на то, что дождевые леса в других частях мира, например, в Западной Африке и Юго-Восточной Азии, также могут переходить к сверхтропическому климатическому режиму. Этот сдвиг имеет драматические последствия для углеродного цикла Земли, поскольку дождевые леса поглощают огромные объемы CO₂, которые в противном случае оказались бы в атмосфере.

Прогнозы возможных изменений в Амазонии к 2100 году предполагают незначительное сокращение выбросов CO₂, поэтому, как отмечает Чемберс, «от нас зависит, в какой степени мы фактически создадим этот сверхтропический климат». «Если мы будем продолжать бесконтрольно выбрасывать парниковые газы в желаемых объемах, то мы создадим этот климат гораздо раньше».

Этот климатический сдвиг может запустить цепную реакцию с катастрофическими последствиями. Доминирование медленнорастущих видов, хотя и повысит устойчивость леса к засухам, резко снизит его способность поглощать углекислый газ. Лес, который веками был «легкими планеты», может превратиться из поглотителя углерода в его источник, если массовая гибель деревьев будет высвобождать накопленный CO₂. Это ускорит глобальное потепление по принципу обратной положительной связи.

Кроме того, изменение видового состава и структуры леса угрожает невероятному биоразнообразию Амазонии. Многие виды животных, птиц и насекомых, зависящие от специфических быстрорастущих деревьев для питания и жилья, могут исчезнуть. Это, в свою очередь, нарушит ключевые экологические функции, такие как опыление и распространение семян, еще больше ослабляя способность леса к восстановлению.

Переход к гипертропическому режиму также окажет глубокое влияние на гидрологический цикл региона. Амазонский лес через транспирацию деревьев генерирует огромные объемы атмосферной влаги, которая питает дожди не только в бассейне Амазонки, но и в других частях Южной Америки. Деградация леса может привести к уменьшению количества осадков, превращению части бассейна в саванну (процесс, известный как «саваннизация») и катастрофическим последствиям для сельского хозяйства и водоснабжения миллионов людей.

Таким образом, судьба Амазонии перестает быть региональной экологической проблемой и становится вопросом глобальной климатической безопасности. Сценарий, описанный учеными, — не предопределенность, а предупреждение. Он четко указывает на узкое временное окно, в течение которого радикальное сокращение глобальных выбросов и эффективная защита оставшихся массивов леса могут предотвратить переход в необратимую и опасную климатическую фазу. Будущее Амазонии, а значит, и климатическая стабильность всей планеты, по-прежнему находится в человеческих руках.