Как в Благовещенске работает лаборатория по исследованию изменений климата

Фото: Алексей Сухушин

Регулятор климата

Научной работой в этом направлении в Институте геологии и природопользования занимаются не первый год. Здесь самый большой парк оборудования в Амурской области и даже некоторых соседних регионах. Как поясняют ученые, им под силу определить элементный состав в любой среде.

В рамках нового проекта под «прицелом» микроскопов — лес — как один из важнейших элементов в процессе глобального изменения климата. Как яркий пример самых распространенных в стране лесов — лиственничников — основной площадкой исследований выбран Зейский заповедник. Это бореальный (северный) лес. Он растет на многолетней мерзлоте, которая чувствительна к климатическим изменениям.

Фото: Алексей Сухушин

— Леса играют важную роль в формировании климата — во‑первых, выделяют кислород и поглощают углекислый газ, — поясняет научный сотрудник лаборатории Александр Иванов. — Во-вторых, леса хранят в себе огромные запасы углерода. При рубках, пожарах, гибели деревьев от вредителей происходят выбросы углекислого газа в атмосферу. Концентрация парниковых газов растет, и усиливается парниковый эффект. Поэтому леса — это мощнейший регулятор климата на суше. От лесоуправления сейчас зависит климат будущего.

Угольки деревьев покажут прошлое

Именно поэтому ученые изучают лес со всех сторон. В том числе — пострадавший от пожаров. Инженер-исследователь Александр Данилов берет в «прицел» микроскопа остатки сгоревших деревьев — по‑научному угольки называют «пирогенные частицы».

Фото: Алексей Сухушин

— Частицы этого угля, оставшиеся в почве после пожара, очень информативны. Мы можем сказать, был ли пожар на этом месте, определить его интенсивность, а с помощью микроскопа — определить вид дерева, из которого образованы угольки. Проведя радиоуглеродный анализ, сможем установить возраст угля и определить, какие леса здесь произрастали. На основе определения доминирующего вида растения сможем говорить о влажности, температуре и других показателях климата в прошлом. Сравнение с современными климатическими условиями показывает изменение климата за долгий период времени, — поясняет ученый.

Сейчас здесь начали создавать базу образцов углей разных видов деревьев. Для этого образцы дерева обжигаются в бескислородной среде, затем делаются их снимки для последующего сравнения с образцами, отобранными из почвы. Эта работа уникальна, так как пока для лесов Дальнего Востока есть только база живых тканей.

Почва расскажет всё

Большая часть исследований посвящена изучению цикла углерода.

Мешочки с опадом раскладывают на воронках под лампы, и микроорганизмы попадают в емкости со спиртом. Фото: Алексей Сухушин

— Мы исследуем процесс разложения как часть круговорота углерода в экосистеме. На этот процесс влияют разные факторы: качество растительного опада и его химический состав. Также невозможен этот процесс без микробного сообщества и фауны, — показывает на современные микроскопы, подключенные к большим экранам, научный сотрудник Анжелика Кондратова. — Мы проводим эксперименты: закладываем в специальных мешочках разный опад: хвои лиственницы, опад березы, травы; используем разный тип сетки в зависимости от задачи. А потом изучаем под микроскопом.

На экране — многолапное «чудовище», ученый улыбается: на самом деле это увеличенное во много раз древнее почвенное животное — микроартропода.

Для новой лаборатории закуплены микроскопы, газоанализаторы, квадрокоптеры, в том числе с системой лазерного сканирования. Фото: Алексей Сухушин

— Это коллембола — у нее есть прыгательная вилка. Часто их можно увидеть прыгающими по снегу, поэтому их называют снежные блохи, — поясняет Анжелика. — Фауна очень важна для почвы и процесса разложения растительных остатков. Так как климат меняется и пожаров становится больше, в будущем в почве будет больше пирогенных частиц, которые также влияют на процесс разложения.

Уникальные методы используют впервые

В новой лаборатории изучать изменения климата будут с помощью самых современных технологий. Некоторые уникальны для всей страны. Так, сейчас ученые ждут оборудование, чтобы изучать ферменты в почве с помощью флюоресценции. То есть почву в прямом смысле слова заставят светиться.

Фото: Алексей Сухушин

— По уровню активности ферментов мы можем оценить интенсивность биологических процессов в почве, — поясняет Ольга Пилецкая. — Это новые методы для нашей страны. В их освоении нам помогают коллеги из Германии. Мы приобрели приборы и специальные реактивы — субстраты — это вещества, которые способны светиться при облучении. После его разложения можем измерить флюоресценцию с помощью микропланшетного ридера — сейчас ждем этот прибор.

Не теряя корни

Как правило изучение леса ограничивается его надземной частью, но амурские ученые пошли вглубь — и добрались до корней. В новой лаборатории с помощью пинцета молодые исследователи разбирают тонкие корни, моют их, сортируют и отправляют в специальный сканер.

Фото: Алексей Сухушин

— Изучить корни гораздо сложнее, нежели надземные части растений. Ученые установили, что корни являются источником устойчивого углерода, который хранится в почве тысячелетиями, поэтому нам важно знать, что происходит с ростом корней, процессы их отмирания и разложения в условиях изменения климата, — показывает свою работу младший научный сотрудник Елизавета Суслопарова. — Через сканер специальная программа анализирует корни по множеству показателей. Затем данные обрабатывают с помощью статистической программы в зависимости от цели исследования.

Каким был лес до пожара

В лаборатории климатических и углеродных исследований изучается история лесов. Ученые анализируют площадь горения, а также смотрят, что происходит после пожаров в динамике — восстановился ли лес.

На одном снимке видны сильные пожары, спустя больше 10 лет сгоревший лес не восстановился. Фото: Алексей Сухушин

— Бореальные леса играют важную экологическую роль, они являются одним из крупнейших резервуаров углерода на планете. Из-за пожаров происходит потеря углерода, а это оказывает влияние на глобальные климатические изменения. Дальний Восток в пожарном отношении является одним из самых неблагополучных регионов, исследования пожарной истории важны как для понимания причинно-следственных связей, так и для охраны лесов от пожаров в будущем, — показывает Юлия Масютина разноцветные кадры территории Зейского заповедника, сделанные из космоса.

Как амурские ученые измеряют дыхание леса

Фото: Алексей Сухушин

Исследования леса без самого леса вряд ли были бы возможны. А потому ученые регулярно отправляются на природу. Кроме объектов в Зейском заповеднике, площадки заложены в Благовещенском лесничестве.

— Этот сосновый бор посажен в 70‑х годах, ему около 55 лет. Чуть дальше произошел пожар, и сосны сгорели, рядом расположена вырубка. Поэтому мы выбрали этот участок, — ведет по сугробам Александр Иванов. — Идея нашего эксперимента — показать, что происходит с дыханием почвы во время резких изменений. Живой лес растет и поглощает из атмосферы углекислый газ. Там, где сосняк погиб, фотосинтеза нет. И такие участки становятся источником углерода — как выхлопная труба автомобиля.

На площадке установлены пластиковые цилиндры, а из специальных ящиков достают измерительные приборы. В полностью герметичных емкостях, установленных на глубину 3–5 сантиметров, инфракрасный газоанализатор определяет концентрацию углекислого газа. Даже при минус 40 в атмосфере микроорганизмы почвы выделяют газ — демонстрирует исследователь меняющиеся на экране цифры. Также ученые измеряют температуру почвы — автоматические датчики вкопаны в землю. Летом добавляется еще один показатель — влажность почвы.

Фото: Алексей Сухушин

— Любой школьник скажет — климат меняется, но мы дадим этому количественные характеристики, то есть точно скажем, сколько углерода хранит в себе лес, сколько углекислого газа он поглощает и сколько выделяет. Перерасчет после наблюдений сможем сделать на гектары и дать глобальные оценки, — поясняет Александр Иванов.

В дальнейшем лаборатория планирует выйти и на исследование изменения климата и в других экосистемах и расширить сеть мониторинга по Амурской области.

— С наступлением полевого сезона планируем выезд в экспедицию в Якутию и в Забайкальский край, где проводим изучение лиственничных лесов в условиях пирогенной и антропогенной нагрузки. Также планируем расширить сеть мониторинга по Амурской области. К нашим объектам в Зейском заповеднике в этом году добавятся площадки в других районах и экосистемах, — отмечает руководитель лаборатории Семён Брянин.

Комментарий

Андрей Сорокин, директор Института геологии и природопользования Дальневосточного отделения РАН, член-корреспондент Российской академии наук:

— Летом 2022 года Министерство образования и науки РФ объявило конкурс на создание молодежных лабораторий, была четко ограничена тематика — исследование климатических систем. Конкурс проводился в рамках нацпроекта «Наука и университеты». С Дальневосточного региона на конкурс поступили десятки заявок, поддержано было две, среди них — наша. Всего по России было организовано 23 лаборатории. Это большая победа нашего института. Поставлена задача заглянуть в будущее: какой будет наша Земля. В штате десять человек — семь научных сотрудников и три инженера-исследователя. Средний возраст — 35 лет, и это было условием создания лаборатории. Среди сотрудников выпускники амурских вузов. То есть мы решаем задачу закрепления дальневосточной молодежи в научных учреждениях.

Возрастная категория материалов: 18+