Изменения климата проявляются не только в нагреве воздуха и океана, но и почвы, где ключевые процессы, определяющие плодородие и связывание углерода, протекают в точно отрегулированном равновесии.

Арктические и субарктические почвы хранят значительную часть углерода Земли. Однако повышение температуры может привести к истощению этих почв от азота — ключевого питательного вещества. Согласно новому исследованию, эта потеря может замедлить рост растений, ограничить способность почв накапливать углерод и усилить глобальное потепление.

Высокоширотные почвы хранят огромное количество углерода, поскольку низкие температуры замедляют микробную активность. Хотя растения производят органическое вещество посредством фотосинтеза, микроорганизмы не могут потреблять его достаточно быстро, что приводит к его накоплению с течением времени. Учёные давно опасались, что потепление в Арктике ускорит микробную активность, высвобождая накопленный углерод в атмосферу в виде углекислого газа (CO₂). Но они также надеялись, что более высокие температуры стимулируют рост растений, которые будут реабсорбировать часть углерода и частично компенсировать эти выбросы.

Новое исследование показывает, что последний сценарий весьма маловероятен, поскольку потепление приводит к потере почвами азота с последующим подавлением роста растений.

Результаты получены в результате десятилетнего эксперимента на субарктических лугах недалеко от Хверагерди, Исландия. В 2008 году мощное землетрясение изменило потоки геотермальных вод в регионе, превратив ранее средние участки почвы в зоны естественного нагрева с температурными градиентами от 0,5°C до 40°C выше прежнего уровня. Это событие создало уникальную природную лабораторию для наблюдения за реакцией экосистем на долгосрочное потепление.

Используя стабильные изотопы азота-15 для отслеживания потоков питательных веществ в ландшафте, исследователи обнаружили, что на каждый градус Цельсия потепления почвы теряли от 1,7% до 2,6% азота. Наибольшие потери наблюдались зимой и ранней весной, когда микробы оставались активными, а растения находились в состоянии покоя. В это время в почву попали азотсодержащие соединения, такие как аммоний и нитраты, но, поскольку растения не могли их усваивать, они либо выщелачивались в грунтовые воды, либо уходили в атмосферу в виде закиси азота – парникового газа, почти в 300 раз более мощного, чем CO₂.

Результаты исследования были опубликованы в статье в журнале Global Change Biology (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.70309).

«Мы не ожидали потери азота», — сказала Сара Мараньон (Sara Marañón), почвовед из Центра экологических исследований и лесного хозяйства в Испании и первый автор исследования, — «Механизмы почвы, накапливающие азот, разрушаются».

Более скудная, более быстрая экосистема

Исследователи также обнаружили, что потепление ослабило те самые механизмы, которые помогают почве удерживать азот. На более тёплых участках микробная биомасса и плотность тонких корней — ключ к накоплению азота — были значительно ниже, чем на более холодных. Хотя микробов было меньше, их метаболизм был быстрее, выделяя больше CO₂ на единицу биомассы. Тем временем растениям было трудно адаптироваться, отставая как в росте, так и в усвоении питательных веществ.

«Микробные сообщества способны адаптироваться и достигать нового равновесия с более высокой скоростью активности», — сказала Мараньон. «Но растения не могут за ними угнаться».

Усиление микробного метаболизма изначально приводит к большему потреблению азота и углерода, имеющихся в почве. Однако через 5–10 лет система, по-видимому, достигает нового равновесия: снижается уровень органического вещества и плодородие. Этот сдвиг предполагает, что потепление почв может привести к постоянному снижению плодородия, затрудняющему восстановление растительности и приводящему к необратимой потере углерода.

Учёные традиционно считали, что по мере ускорения разложения органического вещества в более тёплом климате содержащийся в нём азот становится более доступным, что приводит к повышению продуктивности, отметил Эрик Вербрюгген (Erik Verbruggen), почвенный эколог из Антверпенского университета в Бельгии, не принимавший участия в исследовании. «В этой работе показано, что на самом деле этого не происходит».

Вместо этого азот вымывается из почвы весной, что делает его недоступным для увеличения производства биомассы. «Это не столь оптимистичное заявление», — сказал Вербрюгген.

Недооценённый источник парниковых газов

В связи с тем, что арктические регионы теплеют быстрее, чем в среднем по миру, это нарушение круговорота питательных веществ вскоре может стать более очевидным. Потеря азота и углерода из почв холодных регионов может представлять собой значительный и ранее недооценённый источник выбросов парниковых газов, который ещё не в полной мере учтён в современных климатических моделях.

Исследователи планируют изучить ранние фазы потепления почвы, пересаживая фрагменты обычной почвы в прогретые районы, а также изучить, как различные типы почв реагируют на жару. Мараньон отметила, что исследуемые исландские почвы имеют вулканическое происхождение и очень богаты минералами, в отличие от органических торфяных почв, распространённых в других арктических регионах.

«Арктические почвы также включают в себя многолетнюю мерзлоту в таких местах, как север России и некоторые районы Скандинавии, и являются крупнейшими резервуарами углерода в мировой почве», — сказал Вербрюгген. С другой стороны, почвы, проанализированные в этом исследовании, представляли собой маломощные луговые почвы. «Они не обязательно являются репрезентативными для всех арктических почв».

Тем не менее, добавил Вербрюгген, результаты исследования подчёркивают тонкий баланс между продуктивностью и потерей питательных веществ в этих системах.

Большие запасы углерода в почве делают её серьёзным риском при неправильном управлении, сказала Мараньон. «Но она также может стать потенциальным союзником и компенсировать выбросы CO₂».

 

Ссылка: https://eos.org/articles/as-the-arctic-warms-soils-lose-key-nutrients

 

Авторы использовали связанную одномерную (single-column) модель «суша-поверхность-атмосфера» для изучения влияния вырубки лесов и изменения адвективного потока влаги (АПВ) на амазонскую экосистему. Было обнаружено, что при текущих условиях сокращение лесного покрова до 35% или уменьшение АПВ примерно на 10% (примерно на 6% меньше осадков) приводит к переходу системы от влажного климата с тропическими лесами к более сухому климату с растительностью, подобной саванне. Система реагирует крайне нелинейно на совокупное воздействие АПВ и вырубки лесов. Небольшие изменения лесного покрова или адвекции влаги могут привести к резкому переходу системы в устойчивые состояния леса, саванны или кустарниковой растительности. Поведение модели во многом определяется обратной связью между поверхностью земли и атмосферой, при этом естественные изменения растительности играют важную роль. Результаты этих исследований показывают, что, согласно текущим климатическим прогнозам, продолжающаяся вырубка лесов, вероятно, спровоцирует переход к состоянию, подобному саванне, по всей Амазонии в течение этого столетия.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL108304

 

Экстремальные паводки представляют собой растущие риски в условиях меняющегося климата, однако прогнозирование остаётся сложным из-за недооценки пикового стока и высокой неопределённости. Авторы представляют модель стока на основе диффузии (diffusion-based runoff model, DRUM) – вероятностный подход на основе глубокого обучения, который способствует прогнозированию экстремальных паводков в репрезентативных бассейнах континентальной части США. DRUM превосходит самые современные эталонные показатели, повышая точность прогнозирования текущей погоды для верхнего уровня стока 1‰ в 72,3% исследованных бассейнов. В эксплуатационных сценариях DRUM увеличивает заблаговременность прогнозирования почти на целый день для паводков, которые происходят раз в 20 и 50 лет. При оценке с использованием измеренных осадков (идеальных условий) точность прогнозирования улучшается на 0,3–0,4, а окно раннего предупреждения увеличивается на 2,3 дня для паводков, происходящих раз в 50 лет. Потенциал улучшения варьируется в зависимости от региона: наибольшую выгоду получают зоны наводнений, вызванных осадками, на востоке и северо-западе США, где заблаговременность увеличивается на 3–7 дней. Эти результаты подчёркивают преобразующий потенциал моделей диффузии как передовой генеративной технологии искусственного интеллекта для развития гидрологии и более широких наук о Земле.

 

Ссылка: https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2025GL115705

 

В лесах умеренного пояса преимущества более тёплых вегетационных периодов в плане накопления биомассы нивелируются разрушительной изменчивостью зимней погоды — несоответствие, которое климатические модели могут не учитывать.

С 2013 года небольшой участок леса на севере Нью-Гэмпшира обогревается с помощью подземных кабелей. Этот эксперимент призван смоделировать влияние изменения климата на температуру почвы. Теперь, после десятилетия искусственного потепления, учёные могут получить представление о том, как леса умеренного пояса могут измениться в будущем.

Предыдущие исследования лесов умеренного пояса показали, что изменение климата может ускорить рост деревьев весной и летом, увеличивая объём углерода, который накапливают деревья мира, и делая их критически важными участниками борьбы с изменением климата. Однако в более тёплом мире зимы будут также теплее, а снега будет меньше, что негативно скажется на этих же деревьях.

Новое исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States America, показывает, что изменение климата может нанести деревьям значительный ущерб, который сведёт на нет преимущества для роста, связанные с повышением температуры. Климатические модели не учитывают это смещение и, возможно, переоценивают способность лесов на северо-востоке США бороться с изменением климата.

«Зимние изменения климата в системах, адаптированных к снегу и его изоляции, приведут к снижению способности связывать углерод», — сказала Памела Темплер (Pamela Templer), лесной эколог из Бостонского университета и соавтор нового исследования.

Жара и холод

Чтобы проверить, как изменение поведения снега в потеплевших лесах умеренного пояса может повлиять на секвестрацию углерода, исследовательская группа измерила изменения биомассы красных клёнов на трёх типах участков: один участок обрабатывался нагревательными кабелями в течение вегетационного периода, другой – как нагреванием, так и циклами замораживания-оттаивания зимой, и контрольный участок - без обработок.

Каждый раз, когда выпадал снег с 2013 по 2022 гг., исследователи сгребали изолирующий снег со второго участка, оставляя почву на морозном воздухе на 72 часа. Затем они размораживали почву в течение 72 часов с помощью нагревательных кабелей.

Исследователи измеряли изменения биомассы, косвенного показателя накопления углерода, с помощью металлических полос, фиксирующих диаметр стволов.

Смоделированные в исследовании циклы замораживания-оттаивания, вероятно, станут более распространёнными в связи с изменением климата, сказал Кайл Арндт (Kyle Arndt), климатолог из Центра климатических исследований Вудвелла, не принимавший участия в новом исследовании. «Ожидается, что в подобных северных лесах это будет происходить чаще».

Эти циклы замораживания и оттаивания повреждают корни деревьев, ограничивая их способность усваивать питательные вещества, включая азот, что означает, что деревья не могут расти так же интенсивно, как после более стабильной зимы.

Участок с деревьями, прогретый в вегетационный период, депонировал на 63% больше углерода, чем контрольный. Однако участок с более тёплыми вегетационными периодами и дополнительными циклами замораживания-оттаивания депонировал всего на 31% больше углерода. Анализ данных о росте показал, что разница между этим участком и контрольным (без потепления и циклов замораживания-оттаивания) статистически незначима.

«Примечательно, — сказала Темплер, — что при добавлении эффекта зимнего изменения климата разница [между прогретыми и не прогретыми участками] исчезает».

Результаты согласуются с предыдущим исследованием той же исследовательской группы, показавшим 40%-ное снижение надземного роста деревьев сахарного клёна после удаления изолирующего снега.

Арндт отметил, что результаты логичны, а особенно обширный набор данных подтверждает их достоверность.

Результаты также могут иметь значение для круговорота питательных веществ в масштабах экосистемы, считает Кэрол Адэр (Carol Adair), лесной эколог из Вермонтского университета, не принимавшая участия в новом исследовании. Когда корни повреждаются циклами замораживания-оттаивания, весь азот, который они не могут усвоить, остаётся в почве и вымывается в водосборные бассейны во время весеннего таяния снега.

«Мы наблюдаем значительную потерю питательных веществ [зимой]», — сказала Адэр. Питательные вещества, попадающие в поверхностные воды, могут спровоцировать вредоносное цветение водорослей и даже создать обратную связь, которая ещё больше замедлит рост лесов. Вызываемые изменением климата дожди, осадки в виде дождя на снег и таяние снега в тёплые зимы усугубляют проблему.

Роль лесов в хранении углерода

По мнению авторов, результаты показывают, что современные модели климатической системы могут переоценивать объём углерода, который леса средних и высоких широт смогут поглотить в течение следующих нескольких столетий.

Исследователи изучили существующие модельные прогнозы и не нашли ни одного, включающего сложную динамику замораживания-оттаивания, выявленную на графиках, сообщил Эмерсон Конрад-Руни (Emerson Conrad-Rooney), докторант и эколог Бостонского университета и ведущий автор нового исследования. «Как правило, в них не учитывается влияние зимнего изменения климата на лесные процессы».

«Модели фактически учитывают лишь некоторые из этих чистых положительных воздействий изменения климата на биомассу северных лесов», сказал Арндт. «Без учёта этих циклов замораживания-оттаивания они будут переоценивать [сохранение углерода] с течением времени».

«Если мы хотим понять, как будущие леса будут поглощать углерод, нам необходимо знать механизм их поведения [в условиях меняющегося климата]», — отметила Темплер.

 

Ссылка: https://eos.org/articles/warming-winters-sabotage-trees-carbon-uptake

 

Предыдущие исследования были сосредоточены в основном на оценке средних сезонных или годовых экстремальных климатических явлений, тогда как внутрисезонной изменчивости экстремальных климатических явлений уделялось сравнительно мало внимания, несмотря на её важность для понимания краткосрочной динамики климата и связанных с ней рисков. В настоящем исследовании оценивается эффективность девяти климатических моделей из проекта CMIP6 при воспроизведении изменчивости летних максимальных температур (Tmax) в Китае в период с 1979 по 2014 гг. Изменчивость определяется как стандартное отклонение суточных аномалий Tmax для каждого лета. Результаты показывают, что большинство моделей CMIP6 не воспроизводят наблюдаемый градиент изменчивости Tmax с севера на юг, имея значительные региональные смещения и ограниченную согласованность временных трендов. Мультимодельный ансамбль превосходит большинство отдельных моделей по среднеквадратичной ошибке и пространственной корреляции, но всё ещё недостаточно точно отражает наблюдаемые временные тенденции, особенно над юго-восточным и центральным Китаем. Анализ диаграммы Тейлора показывает, что модели EC-Earth3, GISS-E2-1-G, IPSL-CM6A-LR и мультимодельный ансамбль относительно хорошо отражают пространственные характеристики изменчивости Tmax, тогда как MIROC6 демонстрирует наихудшие результаты. Эти результаты указывают на сохраняющиеся ограничения при моделировании внутрисезонной изменчивости Tmax и на необходимость улучшения модельного представления региональной климатической динамики над Китаем.

 

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/16/8/925

 

Экосистемы находятся под угрозой из-за участившихся засух в условиях изменения климата. Множество процессов физиологической регуляции растений определяют общую устойчивость экосистем к засухе. До сих пор эти физиологические стратегии борьбы с засухой плохо изучены в крупных масштабах в различных типах экосистем, поскольку их обнаружение в основном ограничивается измерениями in situ на отдельных растениях. В данном исследовании, используя данные дистанционного зондирования высокого разрешения, авторы оценили стратегии борьбы с засухой в различных типах экосистем по всей Европе, выделив три ключевых аспекта физиологической регуляции (эвапотранспирация, содержание воды и регуляция углерода) на основе связанных с ними характеристик растительности. Они обнаружили, что разные типы экосистем демонстрируют различные реакции в отношении этих физиологических характеристик, что предполагает различные стратегии оптимизации в отношении экономии воды против её расходования, стабилизации содержания воды против колебаний и сохранения листьев против сброса в условиях засухи. Эти стратегии борьбы с засухой, полученные с помощью дистанционного зондирования, предоставляют своевременную информацию о реакции экосистем, облегчая прогнозирование моделей земной системы и способствуя защите от будущих засух в крупных масштабах.

 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adt9251

 

Потепление атмосферы способствует повышению температуры среднего, самого холодного и самого жаркого дня года, сезона или месяца. Глобальное потепление приводит к значительному увеличению содержания водяного пара в атмосфере и изменениям гидрологического цикла, включая усиление экстремальных осадков. Используя климатическую модель GISS-E2.1, авторы представляют прогнозы будущих изменений самых низких и самых высоких дневных температур, а также индексов экстремальных осадков (в рамках четырёх основных общих социально-экономических сценариев (SSP)). Увеличение количества осадков во влажные дни составляет от 6% до 15% на 1 °C потепления глобальной приземной температуры. Масштабирование 95-го процентиля относительно общего количества осадков показало, что чувствительность экстремальных осадков к потеплению примерно в 10 раз выше, чем чувствительность среднего общего количества осадков. Для шести экстремальных индексов осадков (Total Precipitation, R95p, RX5day, R10mm, SDII и CDD) гистограммы функций плотности вероятности становятся более пологими, с уменьшенными пиками и увеличенным разбросом для глобального среднего значения по сравнению с историческим периодом 1850–2014 гг. Средние значения смещаются к правому краю (в сторону больших осадков и интенсивности). Чем выше выбросы парниковых газов в сценарии SSP, тем значительнее увеличение изменения индекса. Авторы обнаружили интенсификацию осадков по всему миру, но большие неопределённости оставались на региональном уровне и в разных масштабах, особенно для экстремальных значений. Над сушей наблюдается сильное увеличение количества осадков в самый дождливый день во все сезоны в средних и высоких широтах Северного полушария. Наблюдается расширение структур засушливости в субтропиках, включая обширные регионы вокруг Средиземноморья, юга Африки и западной Евразии. Для континентальных средних значений сокращение общего количества осадков отмечено в Южной Америке, Европе, Африке и Австралии, а увеличение - над Северной Америкой, Азией и континентальной частью Российской Арктики. Над континентальной частью Российской Арктики наблюдается увеличение всех экстремальных значений осадков и последовательное снижение CDD для всех сценариев SSP, при этом максимальное увеличение более чем на 90% для R95p и R10 мм наблюдается при SSP5–8.5.

 

Ссылка: https://www.mdpi.com/2073-4433/16/8/920

 

Ожидается, что рост смертности, связанной с изменением температуры, внесёт значительный вклад в будущий экономический ущерб от изменения климата, при этом снижение смертности, связанной с холодом, перевешивается ростом смертности, связанной с жарой. Хотя взаимосвязь между температурой и смертностью хорошо документирована, влияние изменения климата на заболеваемость изучено меньше. Используя данные о числе обращений в отделения неотложной помощи, госпитализации, смертности и суточной температуре в Калифорнии с 2006 по 2017 гг., авторы обнаружили чёткие различия в функциях реакции на температуру для этих показателей здоровья, зависящих от возрастного распределения и основных причин заболеваемости и смертности. Эти различия в реакциях фундаментально определяют бремя будущего изменения климата: авторы прогнозируют, что, хотя будущее потепление увеличит число обращений в отделения неотложной помощи, смертность снизится благодаря уменьшению числа случаев экстремальных холодов. Эти результаты подчёркивают необходимость количественной оценки взаимосвязи между температурой и заболеваемостью, чтобы полностью понять и предвидеть воздействие изменения климата на здоровье, и предполагают, что локальное снижение смертности из-за потепления может скрывать экономически значимый рост заболеваемости и использования медицинской помощи, обусловленный температурой.

 

Ссылка: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adr3070

 
Урбанизация усилилась в последние десятилетия, что вызывает опасения по поводу увеличения подверженности наводнениям в городах. В данной работе авторы оценивают подверженность наводнениям в городах с точки зрения площади застройки, населения и экономической активности в зонах, подверженных наводнениям с частотой один раз в 100 лет. Были использованы глобальные исторические данные за период с 2000 по 2020 гг. и прогнозы на период с 2030 по 2100 гг. в рамках сценариев «Общие социально-экономические пути». С 2000 по 2020 год подверженность наводнениям в городах мира существенно возросла, при этом наиболее серьёзные последствия наблюдались в Восточной Азии, а наиболее быстрый рост наблюдался в Африке. В будущем подверженность наводнениям продолжает расти, особенно в сценариях развития с высоким уровнем риска. В период с 2030 по 2100 гг. подверженность наводнениям в городах, население и экономика Глобального Юга будут более чем в два раза, почти в пять раз и более чем в два раза выше, чем на Глобальном Севере соответственно. Неравенство в подверженности наводнениям в развивающихся регионах выше, чем в развитых. Прогнозируется, что эти различия будут увеличиваться, это подчёркивает острую необходимость в целевых региональных стратегиях по снижению риска наводнений.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s43247-025-02585-7

 
Продолжительные явления слабого ветра, называемые ветровыми засухами, угрожают производству электроэнергии на ветряных электростанциях, однако их будущие прогнозы остаются недостаточно изученными. В данной работе, используя почасовые данные 21 модели МГЭИК, авторы выявляют устойчивые тенденции к увеличению продолжительности ветровых засух как в глобальном, так и в региональном масштабах к 2100 году в сценариях с низким и высоким уровнем выбросов CO₂. Эти тенденции обусловлены, главным образом, снижением частоты циклонов в средних широтах и потеплением в Арктике. В частности, прогнозируется, что продолжительность повторяющихся раз в 25 лет событий увеличится на 20% при сценариях с низким и на 40% с очень высоким потеплением в северных странах средних широт, что ставит под угрозу энергетическую безопасность в этих густонаселённых регионах. Кроме того, рекордные экстремальные ветровые засухи, вероятно, станут более частыми в условиях потепления, особенно на востоке Северной Америки, западе России, северо-востоке Китая и севере Центральной Африки. Анализ показывает, что около 20% существующих ветряных турбин находятся в регионах с высоким будущим риском рекордных экстремальных ветровых засух — фактор, который пока не учитывается в текущих оценках.

 

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41558-025-02387-x