Измерение невидимого: сложная задача подсчёта запасов и потоков углерода в лесу

Тропические леса часто называют «зелёными лёгкими» планеты из-за их способности поглощать CO₂ — основной парниковый газ — в процессе фотосинтеза. Это делает их ключевым элементом глобального климата. Однако точно рассчитать, сколько углерода хранят эти леса и каковы его потоки, чрезвычайно сложно. Это одна из областей, где наши знания наиболее ограничены — даже запасы и потоки углерода в океанах оценить проще.

На кону — колоссальные ставки. Чтобы избежать скандалов вокруг проектов по сохранению экосистем, считающихся поглотителями углерода, необходимы надёжные независимые системы измерений и мониторинга. В противном случае каждая страна или заинтересованная сторона сможет представлять данные в выгодном для себя свете.

Лесная инвентаризация

Всё начинается с классических методов лесной промышленности по оценке объёма древесины. Поскольку углерод составляет около половины сухой массы растений, для оценки его общего запаса необходимо определить объём и породу каждого дерева. Порода важна, так как от неё зависит плотность древесины и, следовательно, количество углерода на единицу объёма.

В тропических лесах может произрастать более 40 000 видов деревьев (против 124 в умеренной Европе). Исследователям приходится сверяться с гербарными коллекциями для идентификации. Для оценки изменений запасов углерода (потоков) измерения проводятся регулярно: фиксируется рост деревьев, количество погибших экземпляров, учитывается подлесок.

Сложности инвентаризации:

• Тропические леса обширны, плотны, труднодоступны и часто расположены в странах со слабой инфраструктурой.
• Измеряется не весь лес, а выборка — крупные участки (площадью примерно с два футбольных поля, 500–1000 деревьев).
• Критерии отбора участков — отдельная наука. Например, выборка только в нетронутых «величественных» лесах исказит средние показатели для региона.
• На месте измеряют диаметр ствола и реже — высоту дерева.

Аллометрические уравнения и новые методы

Для перевода простых измерений в массу углерода используют аллометрические уравнения. Их создают, спиливая и взвешивая небольшое количество деревьев. Вес одного гиганта может достигать 160 тонн, и на его взвешивание в лесу может уйти неделя работы десятка человек.

Часто используют уравнения из других регионов, что ведёт к погрешностям. Разрабатываются альтернативные, неразрушающие методы, например, лазерное сканирование для точного измерения объёма стоящих деревьев. Такие методы уже позволили создать новые, более эффективные и точные уравнения в Камеруне и ДР Конго.

Масштабирование и дистанционное зондирование

Даже с выборкой регулярный переучёт участков для оценки запасов и потоков углерода в масштабах страны или континента — огромная задача. Для этого используют дистанционное зондирование (ДЗ).

Специальные космические миссии, такие как BIOMASS (ESA) или лазер GEDI на МКС, предназначены для измерения биомассы лесов. Пока они не запущены или работают ограниченно, данные экстраполируют с других спутников, не всегда идеально подходящих для плотных крон.

ДЗ измеряет не углерод напрямую, а количество отражённого света или радиоволн. Для преобразования этих данных в информацию нужны сложные модели, что требует обязательного сбора наземных данных. Из-за нехватки данных и ограниченных сигналов со спутников оценки запасов углерода по разным картам для одной страны могут отличаться почти в два раза. На ошибки влияют разные условия съёмки, постоянная облачность у экватора, плохая статистика или инструментальные эффекты.

Крайне важно не только создавать суперкомпьютеры и запускать миссии, но и реинвестировать в сбор наземных данных для калибровки. Создаются международные инициативы по поддержке национальных лесных инвентаризаций и передовых калибровочных площадок.

Другие компоненты системы

Если оценить углерод в стволах и кронах сложно, то о запасах в корнях, почве, а также об углероде, выносимом реками или поглощаемом атмосферой, известно ещё меньше. Например, недавно обнаружено, что торфяники бассейна Конго содержат больше углерода, чем все леса этого региона.

Для измерения общего дыхания и фотосинтеза леса («обмена газами») используют башни потоков. Эти сооружения высотой 60–300+ метров, оснащённые ультразвуковыми анемометрами, инфракрасными анализаторами CO₂ и гигрометрами, измеряют газообмен между атмосферой и лесом. Содержание таких башен в рабочем состоянии десятилетиями — отдельная challenge. В 1990-х в Конго подобную башню разобрали, а алюминиевую обшивку переплавили на горшки.

Несмотря на климатический кризис, в Африке практически не осталось исправной измерительной инфраструктуры, даже обычных метеостанций. Это ставит вопрос: кто должен собирать эти жизненно важные данные — правительства стран Глобального Юга, частные операторы или научные агентства Глобального Севера? Авторы выступают за сотрудничество исследователей и институтов из обоих регионов для обмена технологиями и знаниями.

Зачем это нужно?

Точная наука необходима, чтобы избежать ошибок — как неосторожных, так и намеренных. Например, в 2021 году Малайзия заявила о годовом поглощении углерода лесами в 243 млн тонн — столько же, сколько у соседней Индонезии, хотя площадь лесов там в пять раз меньше.

В то время как одни страны публикуют завышенные данные, другие вообще их не предоставляют. На начало 2023 года только 48 стран опубликовали инвентаризацию своих парниковых газов. При этом с 2024 года все 197 стран-участниц РКИК ООН обязаны представлять ежегодный отчёт по этой теме.

Жёсткие измерения потоков и запасов углерода также критически важны для оценки эффективности природоохранных проектов, особенно тех, что связаны с монетизацией через углеродные кредиты (проекты по предотвращению вырубки или лесовосстановлению). Это поможет избежать повторения ошибок прошлых десятилетий, когда многие проекты по сохранению лесов не принесли реальной пользы.