Солнечный свет — это не просто источник тепла и яркости, а сложный экологический фактор, который влияет на все уровни жизни. Когда лучи солнца проходят через облака или сталкиваются с частицами в атмосфере, они рассеиваются, создавая мягкое, рассеянное освещение. В отличие от прямых солнечных лучей, такой свет способен проникать глубже в растительные сообщества, достигая даже нижних ярусов густых лесов. Ученые давно предполагали, что этот эффект может играть ключевую роль в фотосинтезе, углеродном обмене и водном балансе экосистем. Однако из-за трудностей измерения рассеянного света его реальное влияние оставалось малоизученным.
Новое исследование, опубликованное в журнале Geophysical Research: Biogeosciences, дает ответ на эту загадку. Команда ученых под руководством Шварца проанализировала данные Национальной сети экологических обсерваторий (NEON) и спутниковые измерения ECOSTRESS, чтобы выяснить, как рассеянный свет влияет на эвапотранспирацию (испарение воды растениями) и чистый обмен углерода в экосистемах. Результаты оказались неожиданными: вопреки ранним моделям, рассеянный свет не всегда усиливает продуктивность растений, а его роль в водном обмене может быть менее значимой, чем считалось.
Эвапотранспирация и рассеянный свет: неожиданный результат
Предыдущие исследования предполагали, что рассеянный свет может оптимизировать фотосинтез и, как следствие, влиять на испарение влаги растениями. Однако анализ данных NEON за 2018–2022 годы показал, что эвапотранспирация снижалась с увеличением доли рассеянного света. Это противоречит гипотезе о том, что существует некий оптимальный уровень рассеянного излучения, при котором растения наиболее эффективно используют воду. Ученые пришли к выводу, что доступность влаги в почве играет более важную роль, чем тип солнечного света.
Рассеянный свет и углеродный обмен: усиление поглощения CO₂
В то время как влияние на водный обмен оказалось слабым, рассеянный свет действительно способствовал увеличению чистого экосистемного обмена (NEE) — показателя, отражающего баланс между поглощением и выделением углекислого газа. На 19 из 32 исследованных участков, включая леса и кустарниковые зоны, наблюдался положительный эффект: при рассеянном освещении экосистемы поглощали больше CO₂. Это подтверждает теорию о том, что такой свет помогает растениям в затененных условиях активизировать фотосинтез.
Почему модели и реальные данные расходятся?
Ранние компьютерные симуляции предсказывали, что рассеянный свет должен иметь четкий оптимум для фотосинтеза, после которого его эффективность снижается. Однако реальные наблюдения не выявили такого порога. Возможное объяснение — модели не учитывали комплексное взаимодействие света, влажности и типа растительности. Например, в засушливых регионах растения могут ограничивать испарение независимо от освещения, чтобы сохранить воду.
Значение для науки и экологии
Это исследование меняет представление о роли атмосферного рассеивания света в функционировании экосистем. Оно показывает, что:
- Влияние рассеянного света не универсально: в одних условиях он усиливает поглощение CO₂, в других почти не влияет на водный обмен.
- Климатические модели, предсказывающие продуктивность лесов, должны учитывать региональные различия, а не полагаться на общие закономерности.
- Дальнейшие исследования должны включать больше полевых измерений, поскольку спутниковые данные и симуляции не всегда отражают реальные процессы.
Рассеянный солнечный свет — это скрытый игрок в глобальном круговороте углерода и воды. Новые данные NEON и ECOSTRESS помогают ученым лучше понять его роль, но также ставят новые вопросы. Например, как изменение облачности из-за климатических сдвигов повлияет на леса? Могут ли регионы с повышенной рассеянной радиацией стать новыми центрами поглощения CO₂? Ответы на эти вопросы помогут точнее прогнозировать последствия изменения климата и управлять природными ресурсами.