Как оценить «дыхание» леса: что происходит на карбоновых полигонах

Научные исследования показывают, что российская сеть карбоновых полигонов расширилась до девятнадцати площадок, которые готовятся к созданию цифровых двойников экосистем. В теплый период года акватория исследуемой части Финского залива поглощает углекислый газ из атмосферы, в то время как зимой она выделяет его обратно. По итогам годовых наблюдений был определен поток около четырех граммов углерода с квадратного метра в атмосферу, что подчеркивает важность сезонных изменений, местоположения и продолжительности измерений. На карбоновых полигонах собираются данные о газообмене между природой и воздухом. Об этом пишет портал Ferra.

Лес аккумулирует углерод благодаря росту растительности, а почвы и растительные сообщества участвуют в обмене газами с атмосферой. Также морская поверхность поглощает и выделяет климатически активные газы, и интенсивность этих процессов зависит от температуры, состава воды и других факторов. Для оценки экосистемы ученым необходимо измерить эти потоки и отслеживать их изменения во времени.

Понятие «углеродный баланс» связано с учетом поступления и удаления углерода за определенный период. Важным аспектом исследования является определение границ экосистемы, времени наблюдений и учитываемых процессов. Одной из ключевых задач карбоновых полигонов является оценка интегральных значений углеродного баланса.

На площадках ведутся наблюдения за углекислым газом CO₂, метаном CH₄ и другими парниковыми газами. Исследователей интересует направление обмена, его интенсивность и пространственная изменчивость, что необходимо для проверки моделей и изучения способов увеличения поглощения углерода природными территориями.

Российский пилотный проект был запущен Минобрнауки в феврале 2021 года. Карбоновый полигон может состоять из одного или нескольких участков с характерными для данной местности рельефом, почвами и растительным покровом. На таких площадках устанавливается оборудование, проводятся эксперименты и тестируются технологии контроля углеродного баланса.

Каждый полигон управляется оператором — университетом, научной организацией или другим участником проекта, который отвечает за закупку приборов, установку датчиков и организацию полевых исследований. К осени 2026 года сеть насчитывала 19 полигонов общей площадью около 313 тысяч гектаров, охватывающих 19 регионов, включая арктическую тундру, засушливые территории, моря, болота, леса, луга и агроландшафты.

Основным методом наблюдений является метод вихревых ковариаций, также известный как метод турбулентных пульсаций. Измерительные комплексы фиксируют характеристики переноса газов воздушными вихрями над исследуемой поверхностью. На полигоне «Евразийский» предусмотрено измерение потоков CO₂ и метана с помощью оборудования на 28-метровой мачте, а также автоматической метеостанции для дополнительных наблюдений.

Другим инструментом является почвенная камера, которая исследует поток газа с небольшого участка поверхности, отслеживая изменение концентрации в измерительном объеме. Камерные системы используются для наблюдений за лесными и болотными экосистемами. На воронежском полигоне «FOR&ST CARBON» в 2026 году применялась установка для регистрации CO₂, CH₄ и водяного пара.

Каждый прибор имеет свой масштаб работы: камера предоставляет данные об обследуемом участке почвы, а измерительный комплекс над растительностью собирает информацию о потоках над окружающей поверхностью. Дистанционное зондирование с помощью беспилотников и спутников дополняет данные о больших территориях. На полигонах разрабатываются алгоритмы, которые объединяют наземные измерения с данными дистанционной съемки.

Исследование требует целой цепочки действий: установка приборов, обеспечение их работы, получение наблюдений, связывание их с характеристиками территории и обработка материалов. Оператор полигона отвечает за полевые лаборатории, полеты беспилотников и настройку систем сбора данных.

Примером значимости длительных наблюдений является исследование восточной части Финского залива, проведенное учеными Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН. Они использовали данные экспедиций 2022–2023 годов, отбирая воду с разных глубин и изучая гидрологические и гидрохимические параметры, чтобы определить парциальное давление CO₂ в атмосфере.

В холодные месяцы поверхностная вода активно перемешивалась с глубинными слоями, богатыми углекислым газом. В тёплый сезон фитопланктон поглощал углекислый газ при фотосинтезе, что способствовало его накоплению в воде. Годовой расчет объединил оба направления обмена, и итоговое поступление в атмосферу составило около четырех граммов углерода на квадратный метр исследуемой акватории в форме CO₂.

Эта оценка зависит от места и материалов исследования, и для ее использования необходимо сохранять сведения о границах обследованной акватории и периоде наблюдений. Сезонные изменения газообмена объясняют необходимость повторных экспедиций на одну и ту же территорию в разное время года, так как каждая из них добавляет часть годового цикла. Полученные результаты авторы предлагают учитывать в климатических моделях.

К сентябрю 2026 года операторы карбоновых полигонов привлекли более 1,7 миллиарда рублей внебюджетного финансирования и закупили более 350 единиц оборудования, включая метеостанции, лидары и камерные системы. Эти ресурсы служат основой для дальнейших измерений и экспериментов.

На площадках тестируются российские модели углеродного баланса и разрабатываются технологии секвестрации — методы увеличения поглощения и удержания углерода. К моменту сентябрьского заседания экспертного совета было зарегистрировано три климатических проекта. Полигоны также используются для испытаний отечественных приборов, включая гиперспектральные камеры и плавучие измерители.

Отдельное направление связано с международными «зеркальными» площадками, действующими в Бразилии, Республике Сербской и Сербии, где осуществляется обмен измерениями и обсуждение научных результатов. Работа исследовательских групп в различных условиях помогает расширять базу наблюдений и проверять подходы к оценке углеродного баланса.

Важной частью программы является подготовка специалистов. Университеты запускают магистерские программы, специальные курсы и повышения квалификации. Для полигона необходимы как исследователи природных процессов, так и специалисты, способные обслуживать измерительные системы и организовывать обработку данных.

18 сентября 2026 года экспертный совет Минобрнауки утвердил стратегию развития сети на 2026–2030 годы, которая включает создание распределенной электронной платформы. На ее основе планируется формирование цифровых двойников экосистем, проведение виртуальных экспериментов и разработка инструментов управления природными ресурсами.

Цифровой двойник должен стать моделью экосистемы для исследовательских расчетов, основанной на измерениях, накопленных на площадках, и проверяемых представлениях о природных процессах. Сеть уже собирает данные о газообмене и испытывает модели углеродного баланса; электронная платформа обеспечит дальнейшее объединение этой работы.

Наблюдения предоставляют материал для модели, расчеты формируют проверяемые гипотезы, а новые измерения позволяют оценить их точность. Перспективы виртуальных экспериментов напрямую зависят от качества полевой инфраструктуры и накопленных данных. Эти направления входят в задачи карбоновых полигонов и утвержденную стратегию их развития.

Почвенная камера, мачта над лесом и экспедиционный отбор воды исследуют разные аспекты одного большого процесса — обмена веществом между экосистемами и атмосферой. Чем подробнее ученые отслеживают этот обмен во времени и пространстве, тем более точными становятся оценки углеродного баланса.

Больше новостей и эксклюзивных видео смотрите в канале Самара Онлайн 24 в MAX

Читайте также: