Цветковые растения делают тропики прохладнее и влажнее
Согласно результатам нового климатического моделирования, опубликованным в журнале Proceedings of the Royal Society B, мир стал прохладнее и влажнее благодаря цветковым растениям. Эффект особенно выражен в бассейне Амазонки: замена цветковых растений на нецветковые привела бы к уменьшению площади вечновлажных тропических лесов на 80%.
Моделирование демонстрирует важность физиологии цветковых растений для регулирования климата в вечновлажных тропических лесах — регионах с коротким или отсутствующим сухим сезоном и наибольшим биоразнообразием.
«Плотность жилок в листьях цветковых растений намного, намного выше, чем у всех других растений», — сказал ведущий автор исследования К. Кевин Бойс, доцент геофизических наук Чикагского университета. — «Это имеет физиологическое значение как для поглощения углекислого газа из атмосферы при фотосинтезе, так и для потери воды при транспирации. Эти два процесса неразрывно связаны. Нельзя поглощать CO2, не теряя воду».
Эта высокая плотность жилок означает, что цветковые растения очень эффективно транспирируют воду из почвы обратно в небо, откуда она может вернуться на Землю в виде дождя.
«Весь этот процесс круговорота зависит от транспирации, а транспирация была бы гораздо, гораздо ниже в отсутствие цветковых растений», — отметил Бойс. — «Мы можем это утверждать, потому что ни один лист в палеонтологической летописи не приближается к плотности жилок, наблюдаемой у листьев цветковых растений».
Моделирование на суперкомпьютере
В качестве первого шага Бойс и его соавтор, постдокторант Чикагского университета Джун-Ын Ли, изучили роль цветковых растений в современном мире. Ли адаптировал для исследования Community Climate Model Национального центра атмосферных исследований США.
Управляемые более чем миллионом строк кода, симуляции вычисляли движение воздуха по всему земному шару с разрешением 300 квадратных километров. Ли запускал моделирование на суперкомпьютере в Национальном центре суперкомпьютерных вычислений для исследований в области энергетики в Беркли, Калифорния.
«Движение воздуха зависит от распределения температуры, а распределение температуры зависит от того, как распределяется тепло», — пояснил Ли. — «Эвапотранспирация очень важна для решения этого уравнения. Вот почему у нас в модели есть растения».
Симуляции показали важность цветковых растений для круговорота воды. Дождь выпадает, растения поглощают воду и пропускают большую её часть через листья обратно в атмосферу.
В моделировании замена цветковых растений на нецветковые в восточной части Северной Америки снизила количество осадков до 40%. Та же замена в бассейне Амазонки отодвинула начало сезона муссонов с 26 октября на 10 января.
«Долгое время было показано, что вырубка тропических лесов имеет несколько схожий эффект», — сказал Бойс. Транспирация снижается вместе с потерей леса, «и вы фактически теряете осадки из-за этого».
Климатоформирующая физиология цветковых растений может частично объяснять высокое биоразнообразие тропиков.
«Влажные тропические леса существовали и до появления цветковых растений, но они были бы гораздо меньше», — заключил Бойс.