Ученые создали всемирную карту температуры почв

Международный коллектив ученых создал глобальную карту температуры почв всех наземных биомов, используя данные нескольких тысяч датчиков, размещенных в шестидесяти странах. Среднегодовая разница между температурами почвы и воздуха достигает десяти градусов. В холодных биомах cреднегодовая температура почвы выше, чем температура воздуха, в теплых — ниже. Полученные данные могут повлиять на моделирование климатических процессов и их последствий для экосистем и живых организмов. Об исследовании рассказала группа научных коммуникаций Красноярского научного центра СО РАН.

Глобальные климатические прогнозы обычно опираются на данные о температуре воздуха. Такие измерения чаще всего проводят на стандартных метеорологических станциях, которые регистрируют температуру внутри хорошо проветриваемых защищенных устройств, размещенных на высоте до двух метров над землей в открытых, свободных от тени местах. Эти условия отличаются от ситуации на поверхности земли, где происходят экологические, биофизические и биогеохимические процессы и обитает большинство наземных видов. Соответственно, на их основе не совсем корректно изучать реакцию биоразнообразия и экосистем на глобальные изменения.

Коллектив ученых из более чем сорока стран, в состав которого вошли четверо исследователей ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН», разработал глобальную карту температуры почв по всем основным наземным биомам мира. Обнаружилось, что среднегодовая температура почвы может отличаться от соответствующей температуры воздуха на 10 °C. В связи с этим исследователи предлагают использовать для изучения биологических и экологических наземных процессов в изменяющимся климате температуры почвы, а не воздуха.

Ученые собрали многолетние круглогодичные измерения температуры почвы с более чем девяти тысяч датчиков из шестидесяти стран. В результате анализа они обнаружили различия в среднегодовых температурах верхнего слоя почвы и температурой воздуха. Характер этих температурных сдвигов значительно различался как внутри биомов, так и между ними. Например, в холодных и сухих биомах, таких как тундра, бореальные леса, луга умеренного пояса и субтропические пустыни, среднегодовая температура верхнего слоя почвы была в среднем на четыре градуса выше, чем температура воздуха. В теплых и влажных биомах — в тропических саваннах, лесах умеренного пояса и влажных тропических лесах — температура почвы была в среднем на один градус ниже, чем температура воздуха.

В результате исследователи построили глобальную карту с демонстрацией различий между температурой воздуха и почвы. Красные значения указывают на то, что почвы теплее воздуха. Синие цвета — области, где модель предсказывает более низкую температуру почвы. Темно-серые области — например, Гренландия и Антарктида — исключены из модели.

Опираясь на полученные данные, специалисты заключили, что с потеплением климата почва не будет нагреваться с той же скоростью, что и воздух. Повышение температуры воздуха на один градус может привести как к большему, так и к меньшему изменению температуры почвы, в зависимости от того, на каком участке макроклиматического градиента это происходит. Ученые предсказывают: почвы холодного биома будут нагреваться медленнее, несмотря на сильное потепление окружающего их макроклимата. При этом прогнозируемое потепление в жарких и сухих биомах может усилиться в верхнем слое почв, поскольку они нагреваются сильнее, чем воздух, при более высоких температурах.

«Наблюдаемые существенные и специфичные для биомов смещения подчеркивают, что прогнозируемое воздействие изменения климата на приповерхностное биоразнообразие и функционирование экосистем оцениваются неточно, когда используется температура воздуха, а не почвы, особенно в холодных условиях, — рассказывает заведующий лабораторией Института леса им. В. Н. Сукачева СО РАН кандидат биологических наук Анатолий Прокушкин. — Экологические процессы теснее связаны с температурой почвы под пологом леса, а не с температурой хорошо вентилируемого воздуха в защищенном от прямого солнечного света боксе на территории метеостанции. Почвенная, а не воздушная температура лучше предсказывает такие функции экосистемы, как годичный прирост стволовой древесины деревьев, разложение органического вещества и другие аспекты глобального углеродного баланса. Использование температуры почвы в корреляционном анализе или прогностических моделях может улучшить предсказания воздействия климата на физиологию и поведение организмов, а также на динамику популяций и сообществ и распространение видов. Адекватные данные о температуре почвы имеют решающее значение для широкого круга областей исследований, таких как экология, биогеография, биогеохимия, агрономия, почвоведение и динамика климатических систем».

Авторы исследования предоставили результаты своей работы для открытого использования учеными всего мира. Также они предлагают другим ученым присоединиться к проекту и предоставить свои данные по микроклимату в базу данных SoilTemp, чтобы заполнить участки с недостающей информацией.

Данная работа — лишь первый этап исследований по оценке различий в температурах воздуха и почв и приложении этих данных для климатических моделей. «Основные выводы этой статьи базируются на значительной разнице среднегодовых температур воздуха и почв. Если же рассмотреть температуры в течение года, по сезонам, то, например, для наших северных территорий проявляется определенный нюанс. Почвы теплее, чем воздух в зимний период, когда биологической активности почти нет, так как почва находится в мерзлом состоянии. Так, средняя температура воздуха января в Туре может быть –40, а почвы — –10, разница целых 30 градусов. В летний же период температура воздуха в июле — +18, а почвы — +5. То есть летом мы видим обратную картину: почва существенно холоднее. А ведь именно летом протекают наиболее интенсивные биологические процессы. Так что в дальнейшем от среднегодовых оценок следует двигаться в сторону сезонных», — поясняет особенности этой сложной темы, на данном этапе не вошедшие в работу, Анатолий Прокушкин.

Результаты исследования опубликованы в журнале Global Change Biology.