Исследование бросает вызов ожиданиям климатологов о том, что растения сделают мир более влажным в будущем. Ученые давно думали, что по мере увеличения концентрации углекислого газа в атмосфере растения будут сокращать потребление воды, оставляя больше пресной воды в наших почвах и ручьях.
Это связано с тем, что по мере того, как в нашей атмосфере накапливается больше углекислого газа, растения могут фотосинтезировать такое же количество, частично закрывая поры (устьица) на своих листьях. Закрытые устьица означают меньшую потерю воды растениями в атмосферу, увеличивая воду на земле. Новые результаты показывают, что эта история о растениях, делающих землю более влажной, ограничена тропиками и чрезвычайно высокими широтами, где доступность пресной воды уже высока, а требования к ней низки. Исследование показывает, что для большей части средних широт прогнозируемая реакция растений на изменение климата сделает землю не более влажной, а более сухой, что имеет огромные последствия для миллионов людей.
«Примерно 60 процентов глобального потока воды с суши в атмосферу проходит через растения, что называется транспирацией. Растения подобны соломе атмосферы, определяя, как вода перетекает с земли в атмосферу. Таким образом, растительность является определяющим фактором того, какая вода остается на суше для людей », – пояснил ведущий автор исследования Джастин С. Манкин, доцент кафедры географии в Дартмуте и научный сотрудник обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета. "Вопрос, который мы задаем здесь, заключается в том, как совместное воздействие углекислого газа и потепления меняет размер этой соломинки?"
Используя климатические модели, в исследовании изучается, как на доступность пресной воды могут повлиять прогнозируемые изменения в способе распределения осадков между растениями, реками и почвами.
Для исследования группа исследователей использовала новый метод учета распределения осадков, разработанный ранее Манкиным и его коллегами для расчета будущих потерь стока для будущей растительности в более теплом климате с повышенным содержанием углекислого газа.
Результаты нового исследования показали, как взаимодействие трех ключевых эффектов воздействия изменения климата на растения снизит доступность пресной воды в регионе. Во-первых, по мере увеличения содержания углекислого газа в атмосфере растениям требуется меньше воды для фотосинтеза, увлажняя землю.
Тем не менее, во-вторых, по мере того, как планета нагревается, вегетационные периоды становятся длиннее и теплее: у растений больше времени для роста и потребления воды, высушивая землю. Наконец, по мере увеличения концентрации углекислого газа растения, вероятно, будут расти больше, поскольку фотосинтез усиливается. Для некоторых регионов эти два последних воздействия – удлинение вегетационного периода и усиленный фотосинтез – будут опережать закрытие устьиц, а это означает, что большее количество растительности будет потреблять больше воды в течение более длительного периода времени, высушивая землю. В результате на большей части средних широт растения будут оставлять меньше воды в почвах и ручьях, даже если выпадают дополнительные осадки и растительность более эффективно использует воду.
Результат также подчеркивает важность улучшения того, как климатические модели представляют экосистемы и их реакцию на изменение климата.
Мир полагается на пресную воду для потребления человеком, сельским хозяйством, гидроэнергетикой и промышленностью. Тем не менее, для многих мест существует фундаментальная разница между тем, когда выпадают осадки, и тем, когда люди используют эту воду, как в случае с Калифорнией, где зимой выпадает больше половины осадков, но пик потребления приходится на лето. «Во всем мире мы разрабатываем решения для перемещения воды из точки A в точку B, чтобы преодолеть этот пространственно-временной разрыв между водоснабжением и потреблением воды.
Распределение воды является политически спорным, капиталоемким и требует действительно долгосрочного планирования, и все это затрагивает некоторые из наиболее уязвимых групп населения. Наши исследования показывают, что нельзя ожидать, что растения станут универсальной панацеей для обеспечения доступности воды в будущем. Таким образом, возможность четко оценить, где и почему мы должны ожидать изменений в доступности воды, которые произойдут в будущем, имеет решающее значение для обеспечения нашей готовности », – добавил Манкин.
Исследователи из обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета, Ричард Сигер, Джейсон Э. Смердон, Бенджамин I. Кук, который также связан с Институтом космических исследований имени Годдарда НАСА, и А. Пак Уильямс внес вклад в это исследование.