Климат-контроль: какие исследования в области климата ведут ученые российских научных институтов

Непривычно жаркая и сухая погода в летний период и малоснежные зимы с большим количеством оттепелей в последние годы стали намного заметнее. Происходит не только рост средней годовой температуры на нашей планете, но и таяние ледников, повышение уровня Мирового океана, увеличение числа ураганов и наводнений, температурные аномалии. Это свидетельствует о «выходе из строя» климатической системы Земли: повышение глобальной температуры воздуха связано с ростом концентрации углекислого газа в атмосфере, причиной которого является резкое увеличение использования ископаемого топлива человечеством в последние полтора века. Поэтому человеку необходимо искать пути для решения этой глобальной экологической проблемы современности и выработать стратегию по смягчению климатических изменений.

Мы спросили у ученых научно-исследовательских институтов, что они предпринимают, чтобы взять изменения климата под контроль.

Восстановление торфяников

Торфяные болота в естественном состоянии снижают парниковый эффект, поглощая углекислый газ из атмосферы. В условиях избытка влаги и недостатка кислорода неразложившаяся часть отмирающих болотных растений накапливается в виде торфа. Болота в разы опережают другие экосистемы по запасу углерода на единицу площади. Например, в таежной зоне этот показатель превышен примерно в семь раз. На нашей планете на долю болот приходится только 3% суши. Россия лидирует в мире по площади болот. По данным Института лесоведения Российской академии наук (ИЛАН), они занимают почти 140 млн га, а всего торфяными залежами разной мощности  покрыто более 1/5 территории страны.

В некоторых регионах страны значительная часть болот была осушена для развития  сельского и лесного хозяйства, добычи торфа. Это привело к увеличению эмиссии парниковых газов. Осушение усиливает разложение торфа, и углекислый газ выделяется в атмосферу. Неиспользуемые осушенные торфяники становятся основными объектами пожаров. Самый действенный способ снижения выбросов углекислого газа и предотвращения пожаров на заброшенных осушенных торфяниках —  их вторичное обводнение.

Результаты научных исследований и разработок ученых ИЛАН РАН используются для научного сопровождения мероприятий по обводнению осушенных торфяников в разных регионах страны. Проводимый в течение многих лет мониторинг позволил оценить потоки парниковых газов из осушенных болот, объективно показать влияние обводнения на снижение частоты торфяных пожаров. Разработанная и апробированная ИЛАН методика стала основой включения положения о сокращении выбросов парниковых газов в результате обводнения в Национальный доклад РФ в Секретариат Рамочной конвенции ООН об изменении климата и вносит весомый вклад в выполнение обязательств России по Парижскому соглашению по климату.

Анализ воды в Онежском озере

Онежское озеро — второе по величине в Европе, уникальный источник чистой питьевой воды. Но, несмотря на размеры, оно обладает низкой способностью к самоочищению и высокой уязвимостью к загрязнениям. Главными угрозами для озера являются антропогенное воздействие, изменение климата и биологические инвазии, поэтому необходим постоянный экологический мониторинг его состояния. Исследованием качества воды в Онежском озере занимаются в Институте водных проблем Севера Карельского научного центра (КарНЦ) РАН.

Сотрудники института изучают органическое вещество в водных объектах Карелии, основными компонентами которого являются углерод и азот.

«Вода в водоемах Карелии низкоминерализованная. Из-за того что регион расположен на Балтийском кристаллическом щите, у нас мало четвертичных отложений и много болот, в которых накапливается органическое вещество. Желтую, а бывает, и коричневую окраску воде в карельских реках и озерах придает растворенный органический углерод, который поступает с поверхностным стоком с болот. В этом плане наши озера сильно отличаются: в одном мы видим воду цвета хорошо заваренного чая, а буквально через дорогу — прозрачную. Изучая распределение органического углерода в малых озерах и реках, мы смотрим, как формируется качество воды в том же Онежском озере», — рассказал Михаил Зобков, заведующий лабораторией гидрохимии и гидрогеологии Института водных проблем Севера КарНЦ РАН.

Кроме того, вещества органического происхождения попадают в озера со сточными водами населенных пунктов, отходами рыбоводческих хозяйств, промышленными стоками, вследствие загрязнения прибрежных зон.

Для автоматического определения количества углерода и азота в пробах воды КарНЦ РАН приобрел анализатор за счет средств, выделенных по национальному проекту «Наука и университеты». Этот прибор позволяет за два часа определять содержание веществ одновременно в 9 пробах. Раньше аналитики проводили подобные манипуляции вручную, причем за один день можно было обработать не более 10 проб. По словам Михаила Зобкова, с помощью прибора можно определить как общее количество углерода в воде, так и его различные формы и некоторые группы веществ. Кроме того, анализатор также работает с твердыми образцами — позволяет проводить анализ углерода в донных осадках и почве. Это поможет ученым изучать цикл углерода в водных объектах. Исследования проходят в рамках госзадания Минобрнауки России.

Защита почв

Почва — своеобразный буфер, препятствующий резкому изменению концентрации парниковых газов в атмосфере. Она регулирует эмиссию и сток парниковых газов и является средой обитания для растений, животных, грибов и микроорганизмов. В Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения Пущинского центра биологических исследований РАН исследуют последствия изменений современного климата и палеоклимата (доисторического) для углеродного цикла наземных экосистем планеты.

В лаборатории почвенных циклов азота и углерода ведутся исследования источников и природных резервуаров парниковых газов. В течение четверти века сотрудники института ведут непрерывный мониторинг эмиссии СО2 из почв в пяти различных экосистемах. Эти уникальные по своей длительности исследования пущинские ученые проводят с целью получения реальных величин эмиссии СО2 из почв, а также оценки климаторегулирующей функции наземных экосистем и обоснования прогнозов эмиссионных потоков углекислого газа из почв в контексте современных климатических трендов.

«Впервые для нашей страны был рассчитан баланс углерода, в котором было показано, что территория России является абсолютным стоком углекислоты атмосферы. Нашу страну еще можно назвать экологическим донором, так как наши леса поглощают углекислоту, поступающую в атмосферу планеты из других индустриальных стран. За годы работы появилась база данных «Дыхание почв России», а также были созданы карты общей почвенной эмиссии СО2, корневого и микробного дыхания в почвах, а также баланса углерода на территории России», — рассказывает о работе лаборатории почвенных циклов азота и углерода ее руководитель, член-корреспондент РАН Валерий Кудеяров.

Как отмечает кандидат биологических наук, научный сотрудник Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН Анна Квиткина, деревья изымают из атмосферы углекислый газ на десятки лет, старовозрастные леса с большими объемами валежа могут хранить в своей биомассе углерод сотни лет. Однако в наземных экосистемах самым крупным хранилищем углерода является почва. В виде гумуса органическое вещество консервируется в почве на тысячи лет. Но при потеплении климата процессы разложения гумуса в почве ускоряются, и в атмосферу начинает поступать больше парниковых газов.

«Значимость исследования определяется наступающей для нас реальностью, к которой мы должны приспосабливаться, чтобы выжить. Потепление климата и увеличение частоты экстремальных погодных явлений установлены, и мы ощущаем это не только на себе в периоды очередной засухи или ледяного шторма, но и на уровне хозяйственного планирования. Поэтому исследования, которые приближают нас к точному прогнозу будущих изменений среды, крайне актуальны. Они позволяют планировать такое экономическое развитие, которое не только учитывало бы возрастающую нагрузку в связи с экстремальными обстоятельствами, но и воплощало бы в жизнь меры, смягчающие антропогенное воздействие на нашу планету. Это важная часть устойчивого развития», — считает молодой ученый, младший научный сотрудник Дмитрий Хорошаев.

Исследования проходят в рамках госзаданий Минобрнауки России. Кроме того, в 2021 году в рамках нацпроекта «Наука и университеты» в Пущинском научном центре биологических исследований РАН было закуплено современное оборудование для определения содержания углерода и азота в почвах, растениях и водных средах, что позволит получать качественные аналитические данные: рентгенофлуоресцентный спектрометр S6 JAGUAR для анализа содержания элементов от азота до урана  (Bruker, Германия, 18,65 млн рублей), CHNS-анализатор Vario EL Cube (Elementar GmbH, Германия, 14,03 млн рублей) и анализатор «ТОПАЗ NC» отечественного производства для определения общего азота и углерода в пробах питьевых, природных и сточных вод (ООО «Информаналитика», Россия, 1 млн рублей).

Напоминаем, что ранее министр науки и высшего образования РФ Валерий Фальков в ходе заседания Совета по науке и образованию, которое состоялось под председательством Президента Владимира Путина, сказал, что в России научные исследования в области климата будут вестись по четырем основным направлениям: разработка системы мониторинга и учета данных о потоках парниковых газов и углеродном цикле в наземных экосистемах, разработка системы мониторинга ключевых районов Мирового океана, прибрежных зон и морей России, включая наблюдения на границе океан-атмосфера, климатическое моделирование, разработка экономико-математических моделей для оценки мер, планируемых и реализуемых применительно к национальной экономике.

Участники встречи обсудили реализацию важнейших инновационных проектов государственного значения в области климата, медицины и энергетики. Владимир Путин подчеркнул, что нужен единый и достоверный механизм сбора и оценки данных о вкладе нашей страны в изменение концентрации климатически активных газов в атмосфере. Эту задачу призвана решить Федеральная научно-техническая программа в области экологического развития Российской Федерации и климатических изменений на 2021–2030 годы.

Источник фото: Мария Дмитриева / Служба научных коммуникаций КарНЦ РАН

Информация и фото предоставлены пресс-службой Минобрнауки России