Небесные реки: как вырубка лесов влияет на глобальные водные циклы

Каждое дерево в лесу — это фонтан, высасывающий воду из земли через его корни и выпускающий водяной пар в атмосферу через поры в его листве.

Миллиарды деревьев создают гигантские реки воды в воздухе — реки, которые образуют облака и создают дожди за сотни или даже тысячи километров.

Но когда мы бреем планету деревьев, мы рискуем высушить эти небесные реки и земли, которые зависят от них, от дождя. Растущий объем исследований показывает, что это до сих пор пренебрегаемое воздействие обезлесения может во многих континентальных районах затмить последствия глобального изменения климата. Это может высушить Нил, затормозить азиатский муссон и высушить поля от Аргентины до Среднего Запада Соединенных Штатов.

До недавнего времени фрагменты данных, доставляющих такие предупреждения, были фрагментированы и часто отправлялись в небольшие научные журналы. Но растущая обеспокоенность вышла на первый план в докладах, представленных на двух лесных форумах, проведенных Организацией Объединенных Наций и правительством Норвегии в последние недели.

В Норвегии Майкл Волосин из американского аналитического центра Forest Climate Analytics и Нэнси Харрис из Института мировых ресурсов опубликовали исследование, в котором сделан вывод о том, что «потеря тропических лесов оказывает большее влияние на климат, чем принято считать». Они предупредили, что большая масштабная вырубка лесов в любой из трех основных зон тропических лесов мира — в бассейне Африки в Конго, в Юго-Восточной Азии и особенно в бассейне Амазонки — может достаточно нарушить круговорот воды, чтобы «создать существенный риск для сельского хозяйства в ключевых хлебных корзинах на полпути по всему миру».

А в справочном документе для мероприятия ООН Дэвид Эллисон из Шведского университета сельскохозяйственных наук в Упсале рассказал о «все более изощренной литературе», оценивающей «потенциальное влияние лесного покрова на доступность воды на обширном пространстве континентальной, земной поверхности.»

Хорошо известно, что выбросы углекислого газа в результате обезлесения добавляют примерно 10 процентов к глобальному потеплению, уменьшая количество CO2, которое леса мира вытягивают из атмосферы. Но авторы обеих работ говорят, что это понимание глобальных последствий обезлесения имеет тенденцию затмевать выводы о других «неуглеродных» климатических воздействиях, которые могут интенсивно проявляться в локальном и региональном масштабах.

Влияние обезлесения на количество осадков является одним из наиболее важных неуглеродных последствий. Но есть и другие. Например, в здоровых лесах выделяется ряд летучих органических соединений, которые «оказывают общее охлаждающее воздействие на наш климат», в основном за счет блокирования поступающей солнечной энергии, говорит Доминик Спраклен из Лидского университета в Англии. Удаление лесов устраняет этот эффект охлаждения и добавляет потепление, заключил он и международная команда в исследовании, опубликованном ранее в этом году.

Между тем, потерянные леса обычно заменяются сельским хозяйством, которое производит свои собственные выбросы. Добавьте к этим воздействиям, и реальный вклад обезлесения в глобальное потепление климата с 1850 года составляет целых 40 процентов, заключают Волосин и Харрис. При таких темпах вырубка тропических лесов может добавить к 2100 году 1,5 градуса Цельсия (2,7 ° по Фаренгейту) к глобальным температурам — даже если завтра мы прекратим выбросы ископаемого топлива, считает Натали Маховальд из Корнельского университета.

На индонезийском острове Суматра, где уровень обезлесения является одним из худших в мире, с 2000 года температура в лесных районах увеличилась в среднем на 1,05 градуса по Цельсию. Аулия Эрлангга / Cifor

Но есть и локальные эффекты. Леса смягчают местный климат, сохраняя местную среду прохладной. Они делают это частично, затеняя землю, но также и выпуская влагу из их листьев. Этот процесс, называемый транспирацией, требует энергии, которая извлекается из окружающего воздуха, тем самым охлаждая его. Одно дерево может переносить сотни литров воды в день. Эллисон считает, что каждая сотня литров обладает охлаждающим эффектом, эквивалентным двум бытовым кондиционерам в день.

Мониторинг быстро вырубленных районов в тропиках недавно показал эффект потери этого древесного кондиционера. Возьмите индонезийский остров Суматра, который теряет леса из-за выращивания пальмового масла быстрее, чем где-либо еще на планете. Исследование, проведенное в прошлом году, показало, что с 2000 года температура поверхности в среднем увеличилась на 1,05 градуса по Цельсию (1,8 ° F) по сравнению с 0,45 градусами в лесных районах. Клифтон Сабахо из Геттингенского университета, Германия, обнаружил разницу температур между лесом и вырубленной землей до 10 градусов Цельсия (18 ° F) в некоторых частях Суматры.

Тем временем в Амазонке Майкл Коу из Исследовательского центра Вудс-Хоул недавно сообщил о разнице в 3 градуса Цельсия (5,4 ° F) между прохладой покрытого лесами местного парка Шингу и окружающих пахотных земель и пастбищ.

Но тепло это только начало. Также есть засуха — не только внутри и вокруг бывших лесных угодий, но и дальше. И множество новых исследований заставляют пересмотреть, почему именно идет дождь.

Мы привыкли думать о дожде как о конечном результате испарения воды из океанов. В прибрежных районах это в подавляющем большинстве случаев. Но оказывается, что внутренности континентов часто получают большую часть своих осадков от воды, которая была пролита дождем и возвращена в воздух несколько раз в каскаде осадков после ветров. Чем дальше внутрь страны, тем более доминирующей становится эта переработка.

Часть переработки заключается в прямом испарении из озер, рек или влажной почвы. Но большая часть перерабатывается растениями, и особенно деревьями. Корни деревьев забирают влагу из глубины почвы. Эта циркуляционная система управляется выбросами влаги в воздух через их листья посредством транспирации.

По одной оценке, растительность суши планеты перерабатывает 48 кубических миль воды каждый день. Десятая часть этого объема выделяется только тропическим лесом Амазонии — больше, чем ежедневный сток реки Амазонки.

Транспирация имеет важное значение для создания новых осадков по ветру. И сердце этого процесса в выживших тропических лесах, где транспирация наиболее интенсивна.

«Традиционно люди говорят, что в таких районах, как Конго и Амазонка, выпадает много осадков, потому что они расположены в тех частях света, где выпадает много осадков», — говорит Дуг Шейл из Норвежского университета естественных наук, недалеко от Осло. «Но леса вызывают дожди, и если бы их не было, внутренняя часть этих континентальных областей была бы пустыней».

В ходе исследования тропических районов по направлению от вырубки леса Спраклен обнаружил, что «воздух, прошедший над обширной растительностью в предшествующие несколько дней, производит как минимум вдвое больше осадков, чем воздух, прошедший над небольшой растительностью». Он предсказывает, что потеря леса сократит количество осадков в засушливый сезон в бассейне Амазонки на 21 процент к 2050 году.

Ранее в этом году Арье Стаал из Вагенингенского университета в Нидерландах сообщил, что треть осадков, выпадающих в бассейне Амазонки, происходит от влаги, образующейся в бассейне, в основном за счет деревьев. Зависимость была наибольшей по ветру на западе бассейна, дальше от Атлантического океана. С исчезновением пятой части лесов Амазонки для таких регионов возрастает риск засухи. Коу сообщил о меньшем количестве осадков и более продолжительном сухом сезоне в Рондонии, провинции Амазонки на западной границе Бразилии с Боливией.

Даниэль Руис из Колумбийского университета говорит, что дожди в колумбийских Андах становятся более сезонными, с пониженной влажностью и меньшим количеством облаков. Некоторые исследователи считают, что высыхание может простираться на юг до Аргентины и на север через Карибское море до Северной Америки. Считается, что Амазонка обеспечивает влажность вплоть до Среднего Запада, который получает 50 процентов осадков от воды, испаряющейся с суши.

Приписать изменение количества осадков измененному землепользованию сложно. Но растущее число исследований утверждает, что отпечатки пальцев вырубки лесов становятся все более заметными. На Борнео анализ девяти водосборных бассейнов показал, что в тех, кто испытывает наибольшую потерю лесов, количество осадков сократилось примерно на 15 процентов. В Индии Супанта Пол из Индийского технологического института в Мумбаи обнаружила, что закономерности снижения количества осадков во время индийского муссона соответствуют изменению лесного покрова.

Патрик Кейс из Стокгольмского центра устойчивости в Швеции говорит, что эффект вырубки лесов не ограничивается тропиками. «Китай получает очень большую часть своих осадков от воды, которая рециркулирует от испарения на суше», — сказал он. «У него очень высокий потенциал для изменений осадков, вызванных изменением ветров в землепользовании», вплоть до Восточной Европы и джунглей Юго-Восточной Азии.

Это важно как для фермеров, так и для городских жителей. В исследовании 29 мегаполисов по всему миру Кейс обнаружил, что 19 полагались на испарение и транспирацию с суши. Он выделил наиболее уязвимые: Карачи в Пакистане, а также в Шанхае, Ухане и Чунцине в Китае. Другие города, такие как Дели и Калькутта в Индии, Стамбуле и Москве, не отставали.

Лесной туман в национальном парке Пико да Неблина, в северном бразильском штате Амазонас. Питер ван Де Слен / Университет Лидса

В Северной и Южной Америке он предупредил, что бразильские мегаполисы Рио-де-Жанейро и Сан-Паулу, а также аргентинский Буэнос-Айрес также могут быть уязвимы, поскольку большая часть осадков выпадает в регионе Мату-Гросу, где леса и луга быстро заменяются кукурузными и соевыми полями.

А как насчет Африки, региона мира, люди которого больше всего зависят от богарного земледелия? В Африке засуха может означать смерть. Но, по оценкам Кейса, до 40 процентов осадков в странах, расположенных к югу от Сахары, создается влагой, которая была переработана растительностью. В засушливом регионе Сахель эта цифра может возрасти до 90 процентов, говорит Луи Вершот из Центра международных исследований в области лесоводства (CIFOR).

Недавние исследования выявили угрозу, которую представляет обезлесение для реки Нил, самой длинной реки в мире, и 300 миллионов человек, которые зависят от нее. Большая часть потока Нила начинается в Эфиопском нагорье, небольшой залитой дождем части водосбора реки. Но недавние исследования показывают, что большая часть осадков в высокогорных районах Эфиопии происходит благодаря влаге, возвращаемой лесами Западной Африки и, особенно, джунглями бассейна Конго в сердце континента. Эти тропические леса «могут обеспечивать от 30 до 40 процентов общего годового количества осадков в высокогорных районах Эфиопии», – говорит Эллисон.

Возникают два вопроса. Была ли вырубка лесов в Западной Африке ответственна за сокращение потоков Нила из Эфиопии, наблюдавшееся в последней четверти 20- го века, как предполагает коллега Эллисона, Соломон Гебрехивот, исследователь из Университета Юстуса-Либиха, Гиссен в Германии. И может ли будущая потеря джунглей Конго опустошить реку дальше? Шейл говорит, что данные предполагают, что дальнейшее снижение потока Нила на 25 процентов является реалистичной оценкой.

Вырубка дождевых лесов Амазонии.

Кейс и Эллисон видят острую необходимость в том, чтобы климатологи и дипломаты начали заниматься этими вопросами, чтобы можно было определить точки давления и принять политику для защиты от осадков в критических местах. Они указывают, что у нас есть договоры, регулирующие речные потоки в большинстве рек, которые пересекают международные границы. Но реки влаги в атмосфере редко измеряются и никогда не регулируются.

Египет и Эфиопия потратили годы на разработку соглашения об управлении водными потоками в Ниле. Но сделка по совместному использованию воды будет бессмысленной, если дожди в Эфиопском высокогорье прекратятся из-за вырубки лесов в отдаленном бассейне Конго.

По словам Кейса, в нынешнюю эпоху антропоцена, в которой доминируют люди, «такие процессы, как рециркуляция влаги, можно и нужно регулировать».

Автор: Фред Пирс, e360.yale.edu

• • Как городское озеленение может охладить города и сделать нас счастливее
  • Земля, навсегда измененная людьми