В чем неправ Трилон Маск: деревья не спасут планету от глобального потепления

На первый взгляд, инициатива по посадке деревьев выглядит логично. Пресса чуть ли не каждый день сообщает: площадь лесов на планете сокращается, деревьев вырубают в разы больше, чем сажают.
В то же время ясно, что они нужны для выработки кислорода. Вопреки распространенному заблуждению, море уже давно не главный источник кислорода: живущие там организмы имеют слишком ничтожную биомассу. На деревья приходится почти 400 миллиардов тонн всего углерода в живых организмах Земли, а на всех морских обитателей — лишь шесть миллиардов тонн. Деревья явно важнее для биосферы и атмосферы: то есть спасать их, сажая миллионы новых, — хорошая идея.
Однако, если какая-то идея кажется хорошей, иногда стоит подумать о ней чуть глубже. Быть может, все не так однозначно, как казалось сперва.

Сколько деревьев нужно посадить, чтобы что-то изменить
Начнем с основ: проект TeamTrees планирует посадить 20 миллионов деревьев, а Илон Маск выделил средства на миллион. А сколько деревьев всего существует на планете? Хватит ли миллиона или 20 миллионов, чтобы действительно помочь природе?
Как ни странно, никто на самом деле не знает, сколько же деревьев на Земле. Как пишут именитые исследователи в статье в Nature от 2015 года: «деревья играют ключевую роль в нашем понимании земной биосферы» — но сколько их в этой биосфере, не очень понятно.

Интересно, что эта научная работа выросла из истории, сходной с Трилоном Маском и зеленой инициативой TeamTrees. У Томаса Кроутера, первого автора статьи 2015 года, был друг — экоактивист. Тот был членом группы, которая хотела посадить целый миллиард деревьев. Заметьте: не 20 миллионов, как TeamTrees, а целый миллиард. Одна беда: они сначала сформулировали цель, а уже потом задумались. Как отмечает Кроутер: «Они не знали, что даст посадка миллиарда деревьев. Увеличит ли она их количество в мире на 1%? Или на 50%? Они даже не знали, возможно ли вообще разместить один миллиард деревьев на Земле».

Зная, что Кроутер — ученый, его друг спросил: сколько же деревьев на планете? Увы, ученый не смог сходу ответить на вопрос. Те научные работы, что он нашел на эту тему, выглядели чистым теоретизированием, без попытки достаточно полных полевых измерений. Наименее теоретическая оценка была сделана по грубой прикидке на основе спутниковых снимков. Увы, разрешение у них такое, что отдельное дерево там не увидеть, но это лучше, чем ничего. Оценка говорила: на планете 400 миллиардов деревьев, по 60 на человека.
Выходило, миллиард деревьев не то что ничего не изменит, но и вообще будет где-то на грани ошибки измерений. Чтобы точно выяснить, в самом ли деле экоинициатива друга так безнадежна, Кроутер со товарищи сел и посчитал сам. Для этого они взяли данные по плотности отдельных участков леса (суммировали измерения по 400 тысяч исследованных участков) и умножили их на общую площадь лесов такой плотности, рассчитанную по спутниковым фото.
И тут оказалось, что лучше бы друг не спрашивал Кроутера вовсе. Проделанная им работа показала: на планете более трех триллионов деревьев, четыре сотни на человека. Причем Кроутер и Ко признают, что их оценка запросто может быть сильно заниженной. Нормальные полевые данные они нашли только по Северной Америке да Европе, где, честно сказать, леса куда менее плотные, чем в тропиках. Другая научная работа в одной Амазонии насчитала 290 миллиардов деревьев. Очень может быть, что из-за большей плотности леса в тропиках деревьев на планете сильно за три триллиона.

Что такое на этом фоне миллиард новых деревьев той ныне уже крепко забытой экоинициативы? Примерно 0,033%. А что значит, 20 миллионов деревьев от новомодного проекта TeamTrees? Все верно: одна стопятидесятитысячная. Миллион деревьев, на которые выделил деньги Трилон Маск, — всего одна трехмиллионная от общего числа деревьев на планете.

Та же работа в Nature сообщает: каждый год в мире прибавляется пять миллиардов деревьев. То есть очень громкая разрекламированная экологическая акция планирует сделать 1/250 того, что и так делается каждый год. Только те, кто сажают основную массу этих миллиардов, не пиарятся в твиттере и на ютьюбе. Зачастую это компании, занимающиеся вырубками, которых закон многих стран обязывает компенсировать срубленное новыми посадками. Вывод: не все те спасители планеты, кто об этом громко вещает.
История хороша тем, что немало прочищает мозги. В школе нам говорили, что наука уже хорошо изучила Землю. В жизни оказывается, что наука считает, что деревьев то ли 400 миллиардов, то ли три триллиона, то ли много больше, но сколько — неизвестно, ибо за пределами развитых стран нормальные полевые исследования не особо много где ведутся. Может, стоит задуматься и над остальными «общеизвестными истинами» в отношении деревьев? Нет ли там такого же гадания и не отличается ли реальная картина от той, которую нам сообщают СМИ?

Насколько быстро исчезают леса
Медиа сообщают, что леса стремительно сокращаются. То же самое рассказывает Межправительственная группа экспертов по изменению климата. Она тоже призывают остановить исчезновение лесов. Но с какой конкретно скоростью они исчезают?
ООН в 2005 году сообщала, что теряется 130 тысяч квадратных километров в год. В 2016 году: что только 33 тысячи квадратных километров леса в год. Очевидно, в какой-то раз в организации были неправы, но в какой? Есть ли независимые данные? Есть. Global Forest Watch, программа слежения за лесами Института мировых ресурсов из Вашингтона, говорит, что в 2016 году было потеряно 290 тысяч квадратных километров леса (две Вологодские области). Разнобой все сильнее.
Похоже, настало время прекратить доверять цифрам организаций, не публикующих методику своих подсчетов в рецензируемых научных журналах, и обратиться к серьезным научным статьям по теме. Что говорят они, с какой же скоростью уничтожаются леса?

В 2018 году в Nature вышла статья, где изменения площади лесов впервые посчитали на основе спутниковых снимков сразу за десятки лет, а не за считаные годы, как ранее. По ним вышло, что в 1982-2016 годах лесов стало больше на 2,24 миллиона квадратных километров — то есть их площадь росла на 64 тысячи квадратных километров в год. Прирост наблюдается в субарктической (тайга, в том числе российская), субтропической и умеренной (включая Россию) зонах. Тропический лес, напротив, слегка сократился, в основном за счет активных вырубок в Бразилии.

Красным показана земля без растительности, синим — с короткой растительностью, зеленым — с деревьями. На картинке ниже показаны изменения за 1982-2016 годы: лесов стало больше на 2,24 миллиона квадратных километров, короткой растительности — меньше на 0,88, а лишенной растительности суши — на 1,16 миллиона квадратных километров. Иными словами, леса наступают на пустоши и степи.
Предшествующие работы часто основывались на кадастровых сведениях различных стран о том, какая территория была лесом и какая была вырублена. Кадастры составляются людьми, которые не всегда работают быстро или тщательно. Им зачастую лень быстро вносить в список лесов зарастающую деревьями территорию. Тем более что сегодня ты ее внес в категорию «леса», а уже завтра надо будет назначить туда лесничих и следить за отсутствием незаконных вырубок и прочего. Чиновники — тоже люди, и при фиксированной оплате они, естественно, стараются поменьше работать.

Спутниковые снимки не ленятся: они фиксируют объективную реальность. Но если использовать спутниковые снимки только за несколько лет, как Global Forest Watch, то на них будут видны только свежие вырубки, но не будет видно территорий, которые за эти годы заросли деревьями: ведь по классификациям деревьями считают только объекты выше пяти метров, а за считаные годы (и даже за десяток лет) не все нововыросшие деревья достигнут такой высоты. Поскольку работа 2018 года использовала снимки сразу за 35 лет, то зафиксировала не только вырубки, но и их последующее зарастание деревьями, что и позволило наблюдать реальную картину.
Леса — как и земная растительность вообще — расширяются. Кратко напомним, что главная причина этого — быстрый рост концентрации СО2 в атмосфере за последние десятилетия. Пожары, несомненно, могут замедлить этот процесс, но лишь замедлить. Пожары начались 420 миллионов лет назад, сразу после выхода растений на сушу, и за это время растения неплохо приспособились к угрозе огня. Они несут от него потери лишь на тысячи квадратных километров в год, что намного меньше ежегодного прироста.

Интересно, что мировые медиа поразительно иммунны к научной картине мира. Статья в Nature говорит, что леса разрастаются на 2,5 Тульские области в год? Это неважно: в СМИ по-прежнему трубят о гибели лесов, в Википедии творится ровно то же самое. «Новости ООН» дошли до того, что леса на их страницах «исчезают» со скоростью 70 тысяч квадратных километров в год — хотя в специальных публикациях органов ООН они «исчезают» только на 33 тысячи квадратных километров в год. Как это сочетается между собой? Точно так же, как с наблюдаемым из космоса разрастанием лесов: никак.
Впрочем, не будем придираться к мировым СМИ: лучше взглянем в зеркало. Россия в 1982-2016 годах прибавила 790 тысяч квадратных километров лесов, гораздо больше, чем любая другая страна, включая неистово сажающий деревья Китай. Много ли вы об этом слышали в российской прессе? Рискнем предположить, что примерно ноль раз. Наука? Факты? Забудьте. Новость должна иметь хороший кликабельный заголовок. Например (все заголовки реальные): «Сибирские леса гибнут. На лесопилках русские дерутся с китайцами». Или: «Догорают наши леса». На худой конец просто: «В России гибнут леса».

Вплоть до недавних пор многие невинные вопросы относительно деревьев не имели точных ответов. Ученые недавно выяснили не только число деревьев, но и тот факт, что они наступают на окружающий мир, а не отступают перед ним. Еще десяток-другой лет назад не было и понимания того, насколько деревья, на самом деле, хорошо организованы и как глубоко управляют окружающим миром.
Многие привычные нам с детства деревья, включая березы, дубы и сосны, непосредственно контактируют между собой корнями. Контакты поддерживаются не просто так: через них деревья обмениваются водой и питательными веществами. Часто они связаны в крупные сети, по которым вещества передаются в стороны от исходного дерева на десятки метров.
Это имеет смысл: в небольшой впадине может быть избыток влаги, на прогалине рядом — ее дефицит, да и азот с фосфором в почве часто распределены неравномерно. В такой ситуации одному растению рационально поделиться с другим, тем более что со временем сосед может ответить такой же услугой. Часто кооперация идет даже между деревьями разных видов, растущих поблизости.

Масштаб этого «лесного коммунизма» крайне широк. Молодые деревья на дне лесного океана получают немного света и сами по себе постоянно гибли бы от нехватки питательных веществ. Получая синтезированные взрослыми деревьями сахара (через контакты корневых систем), они могут жить и дорасти до взрослого состояния — после чего сами начнут подкармливать молодняк.
У деревьев есть и аналог «пенсионного обеспечения»: многие пни давно срубленных деревьев в стабильных лесах могут годами оставаться живыми (или даже пускать новые побеги). Пни не имеют листьев, сами по себе они бы быстро умерли. Только за счет того, что окружающие деревья подкармливают сахарами своего давнего знакомца, этого не происходит.
«Корневая сеть» служит не только для обмена едой. По ней идет обмен химическими (в том числе при посредничестве растительных гормонов) и даже электрическими сигналами. Да, вы не ослышались: электрическими сигналами — так же, как в нервной системе животных (хотя напряжение и частота электрических импульсов, конечно, у деревьев несколько отличаются).
Кстати, в корневых системах некоторых видов деревьев даже распространяются испускаемые растениями звуки частотой около 220 герц, неслышимые для людей (почва хорошо их поглощает). Она сообщают окружающим деревьям о том, что у них началась болезнь или что они атакованы насекомыми-вредителями. Получив сигнал, другие деревья тут же меняют свое поведение так, чтобы вредителям было сложнее напасть уже на них.

Вредители для растений — не только насекомые, но и более крупные животные. Когда жираф в саванне подходит к акации и начинает жевать ее листья, та немедленно выделяет этилен — «знак» негативного стресса. Соседние акации далеко, поэтому соединение через корни с ними возможно не всегда. Однако этилен переносится ветром — и они тут же начинают накачивать в листья танины, делая их невкусными для травоядных.
Жирафы подходят к акациям с подветренной стороны — чтобы соседние растения не учуяли этилен от объедаемого. Однако если ветра (способного унести этилен в сторону от соседних акаций) нет, им приходится, слегка потеребив одно дерево из группы, пройти сотню метров до другого, еще не успевшего подготовиться к химической контратаке на травоядное животное.

Деревья не ограничиваются созданием «лесонета» и внедрением социального обеспечения для молодых и старых. Они еще активно влияют на окружающий их мир. Когда вязы и сосны атакуют гусеницы, те испускают вещества, привлекающие паразитических ос, откладывающих яйца прямо в гусениц.
Но управление поведением оcы — вообще говоря, мелочи. Более интересно то, что деревья управляют дождями. Напомним: в воздухе без мелких частиц (центров конденсации капель в облаках) водяной пар сам по себе начнет образовывать капли лишь при температурах около минус 13 °C. При более человеческих температурах облака возникнут только при относительной влажности воздуха сильно выше 100%. Как точно замечает физик Игорь Иванов, «в реальных условиях такое сильное пресыщение не наступает практически никогда».
Нетрудно догадаться: если бы облака возникали только так, дождей было бы много меньше, а кое-где они вообще могли перестать идти. Как так получается, что на планете вообще идут дожди?
Все дело в частицах размером около десятитысячной миллиметра, служащих центром конденсации капель воды. Когда воздух сух, они провоцируют образование капель воды, когда он влажен — могут, напротив, «притормаживать» конденсацию капель и тем самым снижать осадки. Количество таких частиц в воздухе колеблется от тысячи до десяти тысяч на кубометр. Соответственно, изменяется и вероятность выпадения дождя при формально одном и том же количестве влаги в атмосфере.
По современным оценкам, в атмосфере планеты 12,9 триллиона тонн воды, но подавляющее его большинство (не менее 99%) содержится вне облаков, в виде прозрачного водяного пара. То есть, управляя количеством частиц, провоцирующим конденсацию влаги в атмосфере, можно резко изменить количество облаков, а равно и осадков.

Как уже понял читатель, растения производят массу частиц, служащих центрами конденсации. Например, такова пыльца, а также те частицы, на которые она распадается со временем: они служат водяному пару эффективными конденсационными центрами. А это значит, что растения могут генерировать больше облаков даже в воздухе с тем же самым количеством водяного пара.
Дело не только в пыльце. Заходя в хвойный лес, мы чувствуем свежий запах. В основном его формирует пинен — важный компонент сосновой смолы, который сосны (и не только они) активно выделяют в атмосферу. В 2016 году было показано, что частицы пинена служат отличными центрами конденсации для облаков. Авторы этой работы полагают: «Даже сегодня деревья производят большую часть центров конденсации облаков над лесистыми областями с вроде бы чистым воздухом».
Согласно результатам экспериментов, наличие на поверхности планеты соснового леса удваивает плотность облаков над ними. В итоге не только растет уровень осадков, но и резко меняется тепловой режим. Летним днем такие места нагреваются слабее, зато ночью медленнее отдают тепло. Осенью увеличенная плотность облаков ведет к замедлению сезонного падения температур.

Когда на местных деревьях начинают активно расти новые листья — за два-три месяца до того, как приходят влажные ветра с Атлантики, — они так энергично испаряют воду через устьица (мелкие поры с нижней стороны листа), что насыщают воздух влагой, запуская образование над джунглями сплошной облачности. То, что виновники этого — именно растения, удалось выяснить благодаря дейтерию. В воде, приносимой океанскими ветрами, его мало: молекулы воды, в которых вместо водорода — дейтерий, плохо испаряются. А вот когда ее выбрасывает в воздух растение, оно выводит наружу и обычную, и «тяжелую» воду.

Но это еще не все. Когда вода, выброшенная растениями над Амазонией, конденсируется в облака, она высвобождает в окружающую атмосферу латентное тепло. Нагретый воздух поднимается вверх, а на его место «перетекает» влажный морской воздух. То есть растения, по сути, «засасывают» в Южную Амазонию влажные морские воздушные массы, формируя длительные устойчивые ветра, которые доминируют здесь на протяжении всего сезона дождей. Попутно над поверхностью Атлантики воздух становится суше, отчего морская вода активнее испаряется, насыщая атмосферу новым водяным паром.

Зададимся вопросом: что случится с климатом, если амазонскую сельву полностью вырубят? Очевидно, водяного пара в воздухе этой части Земли тоже станет меньше. Между тем водяной пар — более эффективный парниковый газ, чем углекислый. Последний играет большую роль в высоких широтах, особенно зимой, потому что в холодном воздухе водяного пара может содержаться лишь малое количество. Но в широтах Амазонии водяной пар — главный «утеплитель» планеты. Без сельвы и воздуха, которые ее действия насыщают влагой, тепло оттуда будет уходить по ночам в космос активнее, чем сейчас. Этот регион получит менее теплый климат.

Тогда возникает вопрос: точно ли сажать деревья — эффектный способ борьбы с глобальным потеплением?

Другая сторона влияние деревьев на климат — их цвет. Все ученые согласны, что альбедо (отражающая способность) широколиственного леса заметно ниже, чем у степи, тундры, лугов. У хвойного леса эта разница составляет десятки процентов. Есть и оценки, по которым альбедо на Аляске может быть 7,1%, а тундры — 19,9%.Между тем, если отражающая способность ландшафта снижается на один процент, то он получает от солнца больше энергии — примерно на 40 киловатт-часов в год. Предположим, разница в альбедо леса и степи (или тундры) — всего один процент. Это грубое преуменьшение, на деле разница больше, но закроем на это глаза.
Вернемся к инициативе TeamTrees. Понятно, что 20 миллионов деревьев — это ни о чем. Но допустим, мы взяли и посадили деревья сразу на миллионе квадратных километров степей и лугов — и все они выросли. Что будет с земным климатом и нами? Вы правильно посчитали: Земля поглотит на 40 триллионов киловатт-часов больше солнечной энергии, отчего нагреется сильнее.
Можно возразить, 40 триллионов — это немного, всего вдвое больше всей электроэнергии, потребляемой человечеством за год. Что же, это правда. Но климат — вещь чувствительная, и часто потепление может подстегнуть даже небольшой толчок.
К тому же следует помнить: в реальном мире деревья могут снизить альбедо поверхности Земли куда сильнее, чем на 1%. Например, в Израиле, на окраине пустыни Негев, вырастили небольшой сосновый лес (без полива!). Альбедо пустыни — порядка 30-35%, а соснового леса — на пару десятков процентов меньше.
Если мы засадим миллионы квадратных километров пустынь лесами, тепловой бюджет Земли от этого вырастет на сотни триллионов киловатт-часов в год. То есть последовательный борец с глобальным потеплением должен просыпаться в холодном поту от одной мысли о лесопосадках в пустыне, подобных израильскому удачному эксперименту.

Кстати, это относится не только к тропическим пустыням. Еще в 2010 году было подсчитано: зарастание арктической тундры деревьями, неизбежное при сильном потеплении, приведет к насыщению воздуха водяным паром (выбрасываемым растениями). В итоге «этот парниковый эффект из-за дополнительного водяного пара растопит морские льды». После этого поверхность Арктики станет еще лучше поглощать солнечную энергию, дополнительно подстегивая потепление.

Часто можно услышать, что деревья связывают углекислый газ, чем борются с глобальным потеплением. Тут есть некоторое недоразумение. Древовидные растения отлично и надолго связывали СО2 в каменноугольном периоде. Леса были постоянно подтоплены, мертвое растение высотой во много метров падало в воду, откуда его углерод уже не извлекался. Именно поэтому подобный период продуктивен по части угля.Однако к концу каменноугольного периода высасывание СО2 из атмосферы довело климат до оледенений (очень редких в истории Земли, если не брать последние два миллиона лет). Более прохладный мир имеет меньше осадков. Деревья перестали расти на сплошных болотах, к тому же грибы научились разлагать древесину, высвобождая ее углерод обратно в атмосферу. Лесные пожары и насекомые-вредители активно работают в этом же направлении. Итоги могут быть немного неожиданными: те канадские леса, что подлежат регулярному контролю и измерению, выбрасывают сейчас больше СО2, чем поглощают.

Да, деревья в итоге могут связывать больше СО2, чем поглощают. Но объем долговременного связывания такого рода не настолько велик. На сегодня не ясно, компенсируют ли это влияние деревьев на климат другие факторы. Например, то, что леса поглощают больше солнечной энергии, чем другие растительные ландшафты, или то, что они усиливают облачность.

Карта земных ландшафтов 16 000 лет назад, в ледниковый период / Желтым показаны тропические и арктические пустыни. Хорошо видно, что лесов всех типов на планете было очень мало.

Подведем итоги. Деревьев в мире очень много, и раскрученные поп-инициативы по посадке миллиона или миллиарда деревьев не особенно что-то поменяют в климате нашей планеты.
Но все изменится, если люди типа Маска и прочих древолюбов узнают, что в мире триллионы деревьев, и начнут их сажать в больших объемах. Исходя из того, что известно науке сегодня, вероятно, деревья могут заметно способствовать росту теплового бюджета планеты — так же, как они способствуют облачности и осадкам. Стоит напомнить: с точки зрения деревьев в глобальном потеплении нет минусов. Значит, по мере его усиления рост лесов (при прочих равных) будет идти более активно.

Земля сегодня: леса заняли значительно большую часть планеты: и в Африке с Амазонией, и в особенности на севере Евразии и Северной Америки.

Окаменелости прошлых жарких эпох (хоть каменноугольного периода, хоть мезозоя с миоценом) показывают, что чем теплее Земля, тем больше на ней деревьев. Их обмен веществ работает достаточно быстро, только когда температуры превышают 20 градусов. Само собой, они не будут возражать против глобального потепления не то что до 17 градусов (такое ожидают к концу века), но и до плюс 21 (такое совпадало с максимальным распространением лесов в прошлом).Деревья — весьма эффективные, хоть и бессознательные регуляторы среды, в которой они живут. Если их достаточно много, они умеют добиваться от нее нужных им морских ветров, повышенной облачности. Пытаться остановить с их помощью глобальное потепление — все равно что стремиться пресечь коррупцию при помощи коррумпированного политика. Конечно, коррумпированный политик поглощает взятки, то есть другим коррупционерам их, на первый взгляд, достанется меньше (карманы у бизнеса ведь не бездонные). Но в реальности среда, создаваемая берущим взятки борцом со взятками, такова, что больше начнут брать и все остальные.

Тот факт, что деревья на время своей жизни связывают СО2 (правда, после смерти отдают его основную часть в воздух), не значит, что они останавливают потепление. То, как они влияют на среду вокруг себя облаками и высоким поглощением солнечной энергии, наращивает тепловой бюджет Земли, а не уменьшает его.

Само по себе потепление в современных масштабах не катастрофа. Более того, за деревьями есть целый ряд явных плюсов. Хотя они и увеличивают тепловой бюджет Земли, но при этом испаряют влагу летом, локально смягчая жару. Они эффективно снижают шумовое загрязнение, и именно леса содержат самые богатые видами экосистемы планеты. Поэтому если вас беспокоит экология, то да, сажать деревья можно и даже нужно — вокруг городов и в них самих. Это там, где нет человека, леса легко разрастаются, а вот вокруг городов, спасибо строительству новых дорог и жилья (а также рукотворным палам), их растет не так много.

Но вот распространенная в СМИ идея о борьбе с глобальным потеплением посадкой лесов — мысль с научной точки зрения сомнительная. Исходя из известного на сегодня, это будет скорее борьба за потепление, чем против него. Быть может, именно поэтому Маск быстро убрал со своей страницы первые буквы имени Трилон?