Александр Минин
Регулярные фенологические наблюдения в России ведутся с конца XIX века, накоплен огромный объем информации, собрана своеобразная «народная Летопись природы России». Фото Reuters
Последние годы – и даже уже десятилетия – мировое сообщество озабочено потеплением климата. Раньше оно было озабочено озоновыми дырами в атмосфере, птичьим и свиным гриппом, разнообразными лихорадками и т.д. На все эти и другие «глобальные экологические проблемы» деньги выделялись, успешно осваивались – и проблемы уходили.
Миражи пределов
С климатом интереснее: масштабы посерьезнее, предполагается коренное изменение экономического развития всего мира. Да и причина выдвинута основательная: деятельность человека, связанная с выбросами парниковых газов. Поэтому и проходит современное изменение климата по разряду экологических проблем (хотя это большой отдельный вопрос). И если человечество не будет внедрять новые природоохранные технологии, не откажется от ископаемого топлива, перспективы рисуются самые мрачные.
Естественно, новые технологии есть только у «цивилизованных» стран, поэтому перед остальными – вполне очевидная перспектива еще большей от них зависимости. А чтобы сильно не сопротивлялись, есть разные инструменты: конвенции, соглашения, санкции, временные преференции, цветные революции и т.д.
Современное потепление многие называют беспрецедентным в истории, то есть такого не было никогда. А что же будет тогда, например, с современной биотой планеты?
Помните, в 1980–1990-х годах под влиянием докладов Римского клуба в рамках международных программ многие ученые искали пределы устойчивости биосферы? Обосновывались различные показатели ее состояния, при достижении которых биосфера должна была прекратить существование, а человечество – в первую очередь. Показатели достигались, даже перекрывались… Но в биосфере менялось все не сильно. И поиски этих пределов как-то тихо прекратились. Что, кстати, еще раз продемонстрировало очень низкий уровень наших знаний о природе и механизмах, поддерживающих жизнь на планете.
Действительно, «пленка жизни» (по В.И. Вернадскому) – нижние слои атмосферы, толща океанов, верхние слои литосферы – в лучшем случае составляет несколько десятков километров по вертикали. Ничто по космическим мерках. Тем не менее на протяжении почти полумиллиарда лет это «ничто» в лице биосферы функционирует в условиях самых разных космических и земных катаклизмов.
Итак, возникает закономерный вопрос: если современное потепление беспрецедентно по скорости и масштабам, значит, и современная биота, незнакомая, очевидно, с таким внешним воздействием, должна реагировать на него как-то тоже «беспрецедентно». Быстро разрушиться или стремительно деградировать, демонстрировать какие-то необычные процессы, активно изменять границы биомов, биоразнообразие и проч.
Но опять как-то все происходит вяло и неоднозначно. Да, где-то отмечается продвижение границ растительных зон к северу, а где-то нет. В биоценозах появляются новые виды растений и животных, но часто причиной тому – человек. В умеренных широтах сохраняется все та же ритмика природы с весенним распусканием зелени, летним созреванием ягод и плодов, осенним увяданием и зимним покоем.
Травка по-прежнему зеленеет
Оказалось, что выявить и изучить эти реакции не так-то просто. Нужны многолетние данные массовых наблюдений, позволяющие сделать определенные выводы. Палеогеографические исследования показали, что изменения границ растительных зон и подзон могут происходить через 100 и более лет после изменения климатических условий. Инерционность системы очень велика. Но в наше время кроме климатических на биоту влияет и антропогенный фактор (пожары, вырубки лесов), которые вроде бы должны способствовать ускоренной и очевидной смене сообществ в условиях нынешнего потепления. Но явных примеров таких масштабных смен тоже нет.
Самый наглядный и доступный способ проверить реакцию биоты на современное потепление – изучить фенологические изменения в жизни растений и животных за достаточно длительный период времени. Фенология – наука о сезонных изменениях в природе и их причинах. Она понятна всем, упрощенно: теплая зима и весна – деревья начинают зеленеть раньше, созревают раньше ягоды и пр. Холодный год – наоборот. Каждый из нас на основании личного опыта (в том числе и нынешнего года) может под этим подписаться.
Если за длительный период климат теплеет – логично ожидать, что весенние события в живой природе станут наступать раньше, осенние позже, а продолжительность периода вегетации будет возрастать. Регулярные фенологические наблюдения в России под эгидой Русского географического общества (РГО) ведутся с конца XIX века, накоплен огромный объем информации, собрана своеобразная «народная Летопись природы России», которая позволяет проводить такие исследования.
Мы проанализировали изменения за период с 1976-го (год начала современного потепления в России) по 2015-й в сроках развертывания первых листьев у березы (индикатор начала подсезона «разгар весны»), начала цветения черемухи (разгар весны), рябины (индикатор начала подсезона «предлетье»), липы мелколистной (индикатор начала подсезона «полное лето»). А также многолетние ряды сроков происходящих примерно в одно время с этими событиями устойчивых переходов средней суточной температуры воздуха через 10 °С, 12 °С, 14 °С и 17 °С соответственно.
Рассматривалась территория от Вологодской области на севере до Воронежской на юге и от Смоленской на западе до Мордовии на востоке. Использовались данные заповедников и добровольной фенологической сети РГО, а также метеоданные с официальных сайтов.
Результаты – весьма неожиданные. Мы оценивали скорость смещения дат переходов температуры и наступления близких по срокам фенологических явлений по коэффициенту линейного тренда в среднем за 10 лет (декаду).
Оказалось, что скорость смещения дат переходов температуры всегда выше темпов смещения дат наступления фенологических явлений у деревьев. Эти различия возрастают в ходе периода вегетации: для березы составляют от –0,4 до –1,2 дня/10 лет на большей части, в южной части рассматриваемого региона – от +0,2 до –0,4 дня/10 лет (знак «–» свидетельствует, что событие стало наступать раньше; «+» – позже). А у перехода температуры через 10 °С скорость смещения сроков варьируется от близкой к нулю на крайнем востоке до –3,6 дня/10 лет (смещение на две недели за последние 40 лет).
Таким образом, разница скоростей смещения сроков развертывания листьев у березы и переходов температуры через 10 °С в центральной и западной частях региона достигает 2–4 раз (на востоке они близки).
В поле коэффициентов линейного тренда черемухи выделяется полоса пониженных (близких к 0) значений между 52° и 54° с.ш., к северу от которой значения коэффициента повышаются от –1 до –1,8 за 10 лет. То есть событие стало наступать за последние 40 лет примерно на неделю раньше. У переходов температуры через 12 °С преобладают значения коэффициента тренда от –2,0 до –2,8 по всей территории. Таким образом, разница в скоростях, как и у березы, составляет 2–4 раза.
Характерной особенностью многолетних изменений дат зацветания рябины, как и в случае с черемухой и в меньшей степени с березой, является зона пониженных значений коэффициентов линейного тренда (положительных и отрицательных) в полосе между 52° и 54° с.ш. Причем на востоке этой зоны очаг с положительными коэффициентами (то есть событие стало наступать позже) опускается южнее 52° с.ш. Севернее и южнее зоны также наблюдается некоторое (более слабое, чем в случае с черемухой) повышение интенсивности нисходящих трендов (до –1,0 дня за 10 лет).
Переход температуры через 14 °С более активно смещается на ранние сроки в северной части (до –4,5 дней/10 лет). Разница в значениях коэффициентов линейных трендов дат зацветания рябины и переходов температуры через 14 °С достигает 5–10 раз. Потепление этого периода весны развивается значительно более активно, чем происходят изменения в фенологии рябины (в отмеченной выше зоне тенденции у рябины и температуры вообще противоположны).
В поле значений коэффициентов линейного тренда дат зацветания липы зона положительных значений существенно расширилась (от 51° с.ш. до 56° с.ш.), отрицательные значения присутствуют на севере и локально на юге территории. Перепад значений коэффициента от –0,8 до +0,4 дня за 10 лет.
Коэффициенты линейного тренда дат переходов температуры через 17 °С везде отрицательные с максимумами на севере (до –9; –11), в южной половине – до –5–6 дней/10 лет. Разница в коэффициентах линейных трендов дат зацветания липы и переходов температуры через 17 °С достигает 8–25 раз, и это различие существенно выше аналогичных показателей у березы, черемухи и рябины. При этом потепление наблюдается на всей территории с максимальными скоростями на севере.
То есть изменения климата, отражающиеся в переходах температуры, живут по своим правилам, а вегетативный период растений – по своим. Возрастание расхождений скоростей может быть обусловлено необходимостью прохождения растениями последовательных фаз вегетационного развития с затратой определенного времени на каждую из них.
Это означает, что фенологические изменения у растений не прямо следуют за изменением температурных показателей. У них реализуются гомеостатические механизмы противодействия внешним воздействиям, которые имеют, кроме прочего, пространственную специфику: выявлена зона особенно медленных, и даже с противоположным знаком изменений у деревьев, особенно у липы, между 51–52° и 54–56° с.ш., в южной части рассматриваемого региона.
Зимний покой
В средних широтах глубокий зимний покой у древесно-кустарниковых растений заканчивается к концу января, а то и раньше. Так как продолжительность действия холода должна быть не менее 2–3 месяцев, а температура не выше 3–5 °С, резерв гомеостатических механизмов приспособления древесно-кустарниковых видов к внешним воздействиям не исчерпан.
Кроме этого, в зимнем покое у древесно-кустарниковых видов умеренных широт через «закаливание» вырабатывается способность переносить образование льда в тканях – «льдоустойчивость». Эта способность сохраняется всю зиму при низких температурах и отсутствии продолжительных оттепелей с высокими температурами. Как только начинаются активные ростовые процессы, растения теряют это свойство.
Отсюда для некоторых видов рассматриваемого региона лимитом начала активных физиологических процессов будет изменение сроков наступления устойчивого весеннего тепла на более ранние, индикаторами которого являются даты переходов температуры воздуха через пороговые значения. Возможно, что на севере европейской территории России граница между зимним и весенним сезоном на рассматриваемом промежутке времени более стабильна, чем в южных районах.
В то же время следует учитывать пространственные различия в потребности растений в продолжительности периодов зимнего покоя и вегетации. Можно предположить, что у растений из северных широт есть более широкие резервы для сокращения периода полного зимнего покоя в пользу вегетационного по сравнению с растениями из южных широт. И эти различия отражаются в скоростях фенологических изменений. Возможно, именно этими обстоятельствами объясняется возникновение зоны слабых фенологических изменений южнее 54–56° северной широты, где лимит сокращения периода полного покоя исчерпан и наблюдаемые изменения климата не могут «переломить» эти физиологические особенности растений.
Скорее всего возможности у растений одного вида из разных широт идентичны в смысле наличия обязательной холодной фазы в годовом цикле развития для поддержания гомеостаза. Но «обратимое» свойство «льдоустойчивости» более стабильно именно в высоких широтах, так как там более стабильный температурный режим зимой. И именно за счет более продолжительного холодного периода северные растения продолжают оставаться в состоянии «вынужденного покоя» до наступления благоприятного температурного режима.
То есть для того, чтобы пошли серьезные нарушения гомеостатических механизмов зимнего покоя у растений, в природе должны проявиться и стать стабильными гораздо более сильные климатические изменения. Отсюда доводы о важности роли светового дня для сокращения зимнего покоя могут оказаться не очень существенными, так как ограничивающим фактором является в первую очередь температура.
Если февраль, март по какой-то причине будут очень холодными без продолжительных оттепелей и будет поддерживаться действием низких температур вынужденный покой, увеличение светового дня не сможет повлиять на выход растений из этой стадии, так как еще действует защитный эффект «льдоустойчивости». Поэтому, возможно, не происходит во время нахождения растения в состоянии «льдоустойчивости» важных биохимических процессов, направленных на подготовку к вегетации. Все это запустится позже и будет протекать тем быстрее, чем быстрее и стабильнее пойдет волна тепла.
Скворцы и кукушки
Таким образом, является ли современное потепление неожиданным и «беспрецедентным» для растений? Нет, конечно. Они вооружены защитными механизмами, которые, совершенно очевидно, не возникли вдруг, а выработались за долгие столетия и тысячелетия эволюции. Следовательно, и такого масштаба внешние изменения им хорошо знакомы.
Показательна реакция птиц. Мы проанализировали за этот же период данные по прилетам передовых скворцов (появляется в подсезон «снеготаяния», всеяден) и первому кукованию кукушки (разгар весны, насекомоядная).
Оказалось, что скворцы везде стали появляться в местах гнездований на несколько дней позже (коэффициент тренда 0,5–5,0 дня/10 лет), а у кукушки на большей части рассматриваемой территории нет достоверных смещений сроков (от 0,0 до –0,5 дня/10 лет). И лишь на небольшом участке западной окраины от –0,5 до –1,0 дня/10 лет, на юго-востоке от +0,5 до +2,5 дня/10 лет.
Кукушка – дальний мигрант, и сроки ее появления скорее диктуются астрономическими факторами. Со скворцом интереснее. Зимует он в Европе, Северной Африке, на юге России, а в последние годы – и в крупных городах средней полосы, в которых действительно теплее, чем в их окрестностях, и хорошая кормовая база. (Да и многие виды птиц, прежде всего водоплавающие, также предпочитают оставаться на зимовку в городах, чем тратить силы на дальние перелеты.)
Появляется скворец в местах гнездований рано, вместе с проталинами на полях. И вот это стало, очевидно, изначальной предпосылкой к современной тенденции прилетать позже. Дело в том, что ранней весной обычны возвраты непогоды (похолодания, снег), которую надо где-то пережидать, иногда достаточно долго. В России за многие века сформировалась мощная сельскохозяйственная инфраструктура. В каждой деревне у домов (по крайней мере, на Севере) были обширные подворья с поголовьем крупного и мелкого рогатого скота, птицы. А это значит – навоз на полях и огородах, сено – и зернохранилища, скворечники у каждой избы. Кроме того, конюшни, коровники, телятники… Все это – строения со множеством укромных защищенных мест, где можно укрыться, где обилие корма. Я помню мою деревню Поречье на юге Архангельской области в 1960–1970-е годы, весной тут стоял птичий шум и гам, особенно около конюшни и коровника, где местные и перелетные птицы ранней весной находили укрытие.
А с 1960-х годов с легкой руки социолога, академика Татьяны Заславской началась политика укрупнения, ликвидации «бесперспективных» деревень. Так что скворец – один из свидетелей реализации этой экономической политики и пострадавший от нее.
Хотя почему пострадавший? Это люди пострадали в деревнях и наша экономика, а он приспособился, просто стал прилетать наверняка. Оказалось, последствия наших социально-экономических экспериментов для птиц бывают важнее какого-то там потепления климата. А в деревне Поречье сейчас ранней весной – тишина… Ни людей, ни прежнего обилия птиц.
Так что современная биота демонстрирует, что подобные климатические изменения уже были когда-то и она к ним готова. Наверно, если глобальная температура повысится на 10–15 градусов, тогда…
Естественный фактор
В начале статьи мы писали о скудности наших знаний о механизмах устойчивости биосферы. Однако если на протяжении миллионов лет биосфера поддерживала приемлемые и даже комфортные условия для белковой жизни и мы до сих пор не можем понять, как она это делала, то почему мы решили, что именно сейчас из-за нас она сгинет? Так ли велико влияние человечества на климат, как внушается нам нынешними «озабоченными»? Неужели мы по своей энергетике и влиянию на климат уже переплюнули Солнце, Землю с мощью ее вращения, океанических течений, вулканов, атмосферной циркуляции?
Да и доля СО2 антропогенного происхождения в атмосфере составляет лишь 1%! Что даст снижение за счет огромных усилий этой доли на несколько десятых долей процента? Может, нам следует в первую очередь решать проблемы, которые непосредственно мы создаем для себя и наших соседей по планете? Они-то нам по силам.
Мусор, отходы, свалки, загрязнение природных сред, уничтожение лесов, безжалостная добыча природных ресурсов для обеспечения почему-то постоянно возрастающих потребностей граждан некоторых стран, бездумное строительство городов. А климат надо воспринимать как естественный фактор нашей жизни: где-то комфортный, где-то суровый, он всегда определял и будет определять условия жизни для всех обитателей планеты. Надо просто глубже и объективно изучать его, не политизировать эту тему (впрочем, как и другие научные направления) и не создавать искусственных проблем, за решение которых почему-то должно отвечать все человечество.
Практика последних месяцев показывает, что даже ярые адепты зеленой экономики стали активно возвращаться к углю и мазуту, позабыв о ветряках и солнечных батареях. Это нагляднее всего характеризует суть «озабоченности» проблемой современного «антропогенно обусловленного» изменения климата.
