С каждым его шагом ботинки Джона Николса сжимались на земле под ним. Он записывал свое окружение на зернистое видео с мобильного телефона, и, несмотря на влажный, серый день, горы Чугач на Аляске по-прежнему создавали потрясающий фон для высоких елей и низко растущих заусенцев у его ног. Он и двое его коллег прокладывали себе дорогу по краям Корсера Болота, влажного клочка земли в 10 милях к востоку от Кордовы, Аляска, одинокой точки на карте недалеко от того места, где нефтяной танкер Эксон-Валдез сел на мель в 1989 году.
«Мы тащимся, - сказал Николс, - через меандр из мускегов».
Маскег - это еще одно название торфяных болот, которые он изучает, и Николс пробирался сквозь грязь в тот день в 2010 году в поисках образцов керна, чтобы узнать, как образовалось 12 000-летнее болото. Как палеоэколог и исследователь торфа в обсерватории Земли Ламонт-Догерти при Колумбийском университете, Николс до сих пор работает над тем, чтобы понять, как возник торф и как он может образовываться или разлагаться в будущем.
Торфяные болота являются неотъемлемой частью углеродного цикла Земли, уступая только океанам по количеству накопленного ими атмосферного углерода. Большая часть торфа начала формироваться после последнего ледникового периода, примерно 12 000 лет назад, и на протяжении тысячелетий они были важными резервуарами углерода. Однако теперь, с потеплением планеты и новыми погодными условиями, будущее торфяников подвергается сомнению, включая то, как быстро они могут начать выделять весь свой накопленный углерод в форме углекислого газа.
Согласно современным оценкам, около трех процентов земной поверхности планеты отдано торфяникам. Тем не менее, несмотря на важность торфа в углеродном цикле Земли, ученые все еще заполняют основные сведения об этих средах обитания, в том числе, где они находятся, как глубоко они уходят и сколько углерода они держат.
Самые большие участки торфа существуют в холодных, постоянно влажных местах, таких как Аляска, Северная Европа и Сибирь. Но значительные запасы были также обнаружены в южной части Африки, Аргентине, Бразилии и Юго-Восточной Азии. До начала 20-го века ученые считали, что тропики слишком теплые - и упавший растительный материал слишком быстро потребляется насекомыми и микробами - чтобы укрывать торфяники.
Ученые продолжают находить их, хотя. Исследователи обнаружили торфяное болото размером с Англию в бассейне реки Конго в 2014 году. И еще одно исследование 2014 года описало торфяник площадью 13 500 квадратных миль на одном из притоков реки Амазонки в Перу, который содержит приблизительно 3, 4 миллиарда тонн углерода.
Торфяники, еще один термин для торфяников, влажные, сильно кислые и почти лишенные кислорода. Эти условия означают, что разложение замедляется до ползания. Останки растений, животных и человека, попадающие в торфяники, могут прекрасно сохраняться сотни, если не тысячи лет. Углерод, содержащийся в этих когда-то живущих организмах, в течение тысячелетий медленно улавливается и удаляется из атмосферы.
Но что произойдет, если эти запасы углерода будут стерты? Это острая загадка, с которой сейчас должны столкнуться ученые, хотя они только начинают отвечать на вопросы о численности и распространении торфа.
«Они являются ключевыми областями для хранения углерода», - говорит Марсель Сильвиус, специалист по землепользованию в Wetlands International. «Если мы плохо к ним относимся, осушаем их и выкапываем, они превращаются в крупные углеродные трубы».
Тикают бомбы замедленного действия?
На Аляске, а также в большинстве северных широт таяние вечной мерзлоты и переменчивые дожди угрожают торфяникам. Но в тропиках уже ведется другой, быстро развивающийся и непреднамеренный эксперимент.
Если бы весь углерод на торфяниках в мире внезапно испарился, примерно 550–650 миллиардов тонн углекислого газа вернулось бы в атмосферу - примерно в два раза больше, чем было добавлено с начала промышленной революции. Принимая во внимание, что торфяники содержат от 15 до 30 процентов мировых запасов углерода, их потенциал для внезапного потепления земного шара вряд ли можно преуменьшить.
«Из-за постоянного сокращения выбросов углекислого газа [торфяники] фактически охлаждают климат», - говорит Рене Доммен, эксперт по тропическому торфу в Смитсоновском национальном музее естественной истории. Если бы торфяники перестали накапливать углекислый газ, невозможно сказать, каким будет долгосрочное воздействие на окружающую среду.
Общее одновременное уничтожение торфяников в мире маловероятно. Но 14 процентов мирового запаса торфа в мире - около 71 миллиарда тонн углерода, хранящегося в тропических торфяниках Юго-Восточной Азии, действительно стоят на краю пропасти.
В Малайзии и Индонезии залежи торфа существуют под густыми лесистыми низменными лесами, которые в последние несколько десятилетий неуклонно очищались и осушались для сельского хозяйства. По мере удаления деревьев и высыхания торфяников отложения начинают выделять углерод несколькими различными способами.
Когда торф подвергается воздействию воздуха, он начинает разлагаться, что приводит к выбросу углекислого газа в атмосферу. Торф также может смыться вдоль искусственных каналов, которые сливают воду, унося запасы углерода далеко вниз по течению. Сухой торф также легко воспламеняется, часто неконтролируемо сгорая или тлея глубоко в слоях месторождения, как огонь в угольном пласте. Эти повторяющиеся пожары выкачивают пепел и другие твердые частицы в воздух, создавая проблемы общественного здравоохранения, такие как проблемы с дыханием и ускорение эвакуации через районы, где они происходят.
По состоянию на 2010 год 20 процентов торфяно-болотных лесов на Малайзийском полуострове и островах Суматра и Борнео были очищены для африканских плантаций масличных пальм или для выращивания акации (которая используется для производства целлюлозы для бумаги и других изделий из древесины). За пределами из Папуа-Новой Гвинеи, которая имеет от 12 до 14 миллионов акров нетронутых торфяных лесов, на индонезийском архипелаге остается только 12 миллионов акров торфяно-болотных лесов.
По словам Доммена, при нынешних темпах уничтожения оставшиеся леса за пределами Брунея, где леса хорошо сохранились, будут полностью уничтожены к 2030 году.
По его словам, в идеальных условиях нетронутые тропические торфяники могут хранить до тонны углекислого газа на акр в год. Но из-за разрушительных методов ведения сельского хозяйства и новых колебаний в погодных условиях торфяники Юго-Восточной Азии ежегодно теряют от 22 до 31 тонны углекислого газа на акр. Это более чем в 20 раз больше, чем ежегодно.
Доммен говорит, что за последние два десятилетия выбросы углекислого газа из осушенных и деградировавших торфяных болот в Малайзии и Индонезии выросли более чем вдвое: с 240 миллионов тонн в 1990 году до 570 миллионов тонн в 2010 году. Он планирует опубликовать этот анализ в книге в конце этого года.
Выявление скрытых тайников
Большая часть неопределенности в исследованиях торфа связана с тем фактом, что ученые не знают в полной мере запасы торфа на планете. Торфяники относительно небольшие, широко разбросаны и их трудно найти. Таким образом, на протяжении большей части начала 20-го века многое из того, что было известно о торфяных запасах по всему миру, было получено из письменных наблюдений исследователей-натуралистов, которые путешествовали по отдаленным районам, описывая новые ландшафты и обнаруживая неизвестные виды.
С тех пор новые спутниковые снимки и анализы, данные о стоячих поверхностных водах, повторное изучение старых карт и другие научные экспедиции заполнили многие пробелы в наших знаниях о том, где существуют торфяники. Но еще есть чему поучиться.
По словам Николса из Колумбии, ученые считают, что, основываясь на лоскутке данных, собранных из разных источников, у них есть хорошие оценки того, сколько там торфа. Но многие наши знания о местонахождении торфяников основаны на экстраполяции, объясняет он, и только ограниченное количество этих оценок было подтверждено наземными оценками.
«Сколько там торфа, это большой вопрос, с которым мы все еще пытаемся справиться», - говорит Николс.
Часть проблемы - география. Магазины торфа имеют тенденцию быть невероятно отдаленными, враждебными местами. Например, Corser Bog Аляски доступен только на самолете или на лодке. В северных широтах люди просто не рискуют в каких-либо количествах проникать в области, где образуется торф. И в тропиках, хотя есть много людей, они исторически избегали торфяные болота. Эти районы бедны питательными веществами и непригодны для сельского хозяйства.
Другая проблема заключается в том, что, хотя поверхностные границы торфяника имеют тенденцию быть четко очерченными, часто его глубина отсутствует. Спутники и георадар, проникающий сквозь землю, могут видеть только так далеко внизу - известно, что некоторые болота в Ирландии и Германии имеют глубину 50 футов, что намного превышает возможности мобильных спутников для измерения. Таким образом, взятие керна остается единственным наилучшим способом определения глубины торфяника.
Для ученых, которые изучают торфяники, это не так просто, как кажется. Они должны каждый день перевозить все свое оборудование для взятия проб и измерений с сухого, далекого бивуака. Но как только исследователи попадают на место, они не могут стоять на месте слишком долго, иначе они начинают тонуть.
«Если вы возьмете ядро из торфа и высушите его, 90 процентов образца состоит из воды», - говорит Доммэн. «Прогулка по торфянику так же близка к Иисусу, потому что ты ходишь по воде».
Торфяно-болотный лес Ментангай, центральный Калимантан (Фото Марселя Сильвия, Wetlands International) 
Участок деградировавшего и обожженного торфяного болота в центральном Калимантане служит пилотным районом для сельского хозяйства в апреле 2009 года. (Фото Марселя Сильвия, Wetlands International) 
Торфяно-болотный лес горит в Палангке Рая, Борнео, в сентябре 2015 года. (Фото Бьёрна Вона) 
Обадия Копчак (слева) и доктор наук Крис Мой проводят измерения глубины на Корсере-Боже на Аляске. При поиске возможных участков добычи торфа исследователи проводят предварительные измерения глубины, погружая металлический стержень в болото. (Фото любезно предоставлено Джоном Николсом) 
Исследователи тщательно выдавливают образец свежего торфяного керна на торфяниках Белайта в Брунее, глубина которого составляет почти 15 футов, а возраст 2800 лет. 
Сканирование сердцевины торфа показывает, как мертвый растительный материал становится плотно уплотненным в течение многих тысяч лет, в течение которых он накапливается. (Фото любезно предоставлено Джоном Николсом) Зарисовка новых видов
В полевых условиях процесс определения физических масштабов запасов углерода в торфяных болотах является медленным и часто разочаровывающим процессом. В тропических торфяных лесах, где слои включают целые деревья, корни и другие древесные материалы, даже специализированные зубчатые устройства, используемые для отбора образцов керна для исследования, иногда не могут проникнуть очень далеко. В хороший день исследователи могут извлечь один пригодный для использования образец.
Измерение скорости газообмена или потока между торфяными болотами и атмосферой является еще одним методом, который ученые используют для изучения поведения этих областей.
Алекс Кобб, научный сотрудник Сингапурского альянса исследований и технологий Массачусетского технологического института (SMART), использует различные методы для измерения потока углерода как из нарушенных, так и из чистых торфяных болот на острове Борнео. Приборы измеряют скорость ветра, температуру и скорость обмена углекислого газа, метана и закиси азота между атмосферой и экосистемой ниже по нескольким вышкам, одна из которых возвышается на 213 фута над дном леса, чтобы расчистить растущий полог дерева Shorea albida., Кобб и его коллеги надеются, что их мониторинг даст им лучшее понимание того, как изменения в водной системе влияют на торфяники и как соответственно меняется круговорот углерода.
«Одна сложность заключается в том, что в подземных водах транспортируется много углерода [из торфяников], - объясняет Кобб. По его словам, органическое вещество в воде превращает жидкость в цвет крепкого чая. «Эта [вода] может составлять от 10 до 20 процентов общего потока углерода, выходящего из деградировавших торфяников».
Полное понимание масштабов накопления углерода в торфе и поведения болот остается недосягаемым. Таким образом, способность прогнозировать их поведение, а также то, как их вклад в глобальный углеродный цикл может вписаться в более обширную климатическую модель, остается труднодостижимой целью.
Прогнозирование будущего торфа
Поскольку климат нагревается, торфяники могут пойти одним из двух способов, если оставить их наедине. Расширение ассортимента растений означает, что накопление торфа может увеличиться, сохранив эти районы в качестве поглотителей углерода. Или потепление вызывает колебания осадков, которые приводят к разложению торфяников в источники углерода. Не все торфяники будут реагировать на потепление одинаково, поэтому исследователи нуждаются в компьютерных моделях, чтобы помочь рассмотреть все возможности.
Моделирование позволяет ученым аппроксимировать функции торфяника в областях, где никогда не проводились полевые измерения. Точное моделирование поведения торфяников позволило бы исследователям оценить потоки углерода и парниковых газов, не прибегая к огромным усилиям по посещению каждого торфяного месторождения на месторождении.
Но исследователям нужны данные для построения точных моделей, а собранные до сих пор данные недостаточно полны для использования в крупномасштабных симуляциях. «Данные без моделей - это хаос, а модели без данных - фантазия», - говорит Стив Фролкинг, биогеохимик из Университета Нью-Гемпшира, который разрабатывает компьютерные модели для того, как запасы торфа реагируют на естественные и человеческие разрушения.
Климатические модели смотрят на небольшие куски области одновременно; ячейки сетки модели с высоким разрешением имеют размер около 62 квадратных миль. Но это все еще слишком большая область для точного изучения поведения торфяников.
Другая проблема заключается в том, что каждый торфяник имеет отличительные характеристики потока воды, которые сильно зависят от локальных факторов, таких как топография и растительность. Подобно скучным маленьким бабочкам, каждое торфяное болото является особенным, и создание компьютерной модели, отражающей их поведение на основе поверхностных наблюдений, приводит к огромным расхождениям при применении в глобальном масштабе.
«Где они находятся или как они взаимодействуют друг с другом, не является частью деталей в этих моделях», - говорит Фролкинг. «А что касается торфа, это сильно влияет на его гидрологию. Когда вы работаете в масштабе 100 километров и пытаетесь смоделировать уровень грунтовых вод с точностью до нескольких сантиметров, это становится действительно очень трудно ».
Третья проблема - время. Торфяники развиваются на протяжении тысячелетий, в то время как большинство моделей климата работают на протяжении столетий, говорит Томас Кляйнен, специалист по моделированию глобального углеродного цикла в Институте метеорологии Макса Планка. Это делает вывод о том, как будут развиваться торфяники в будущем, очень сложно.
Чтобы действительно иметь возможность интегрировать торфяники в глобальные модели углерода и климата, необходимы более полные карты, а также больше данных о видах растений в каждом торфянике, где и как накапливается вода, а также о глубине залежей.
Спутниковые данные полезны, как и карты, сделанные на основе данных, собранных беспилотными летательными аппаратами, но у каждого есть свои ограничения. Спутники не могут проникать очень далеко за густую растительность джунглей или в землю. И хотя небольшие страны, такие как Бруней, нанесли на карту все свои торфяно-болотные леса с помощью LiDAR - установленной на самолете лазерной системы, которая, среди прочего, может составлять подробные топографические или растительные карты - растянутые страны, лишенные денег, такие как Индонезия, вряд ли последуют этому примеру.
Возвращение назад
По мере того, как ученые пытаются собрать больше данных и собрать воедино глобальные климатические модели, которые включают точное представление о торфяниках, предпринимаются усилия по сокращению темпов уничтожения торфа в Юго-Восточной Азии.
Индонезийское агентство по восстановлению торфяников, созданное в начале 2016 года, планирует восстановить 4, 9 млн. Акров деградировавших торфяников в течение следующих пяти лет путем регулирования их использования. Агентство будет каталогизировать каналы, которые уже были вырыты через торфяники, опосредовать права пользования лесами и повысить осведомленность местных жителей о преимуществах сохранения торфяных болот. Норвежское правительство и Агентство США по международному развитию (USAID) выделили в общей сложности 114 миллионов долларов на усилия Индонезии.
Президент Индонезии Джоко Видодо также издал указ в конце прошлого года, запрещающий расчистку любых новых торфяников, хотя местные ограничения уже были в силе. Сильвий из Wetlands International скептически относится к запрету, особенно если учесть, что Индонезия поставила цель удвоить производство пальмового масла к 2020 году. Несмотря на то, что они являются сельскохозяйственным районом последней инстанции, торфяные болота являются одними из оставшихся земель. доступны для сельского хозяйства.
А в связи с широко распространенной бедностью в этом регионе Доммен Смитсоновского института добавляет, что ожидание того, что регион откажется от прибыльной прибыли от пальмового масла, сродни просьбе Саудовской Аравии прекратить прокачку нефти.
«Человеческие действия регулируются краткосрочной прибылью, а не тем, что происходит через 10, 50 или даже 100 лет», - отмечает Доммен. «Трудно представить, что в этом экономическом фокусе произойдут массовые изменения».
Однако, поскольку низинные торфяники, которые охватывают береговые линии Малайзии и Индонезии, осушаются, чтобы освободить место для плантаций, они в конечном итоге опустятся ниже уровня моря. Это может навсегда затопить их, делая землю непригодной для любого сельского хозяйства.
Однако существуют способы сохранить эти места обитания, а также использовать их для выращивания сельскохозяйственных культур. Апельсины, ротанг, чайное дерево и пальма саго являются примерами около 200 культур, которые можно выращивать на торфяном болоте. Некоторые компании пытаются разработать разнообразные ореховые орешки, от болотолюбивых Shorea stenoptera, с улучшенной урожайностью. Используемый вместо какао-масла в шоколаде или в кремах для кожи и волос, illipe может однажды помочь в схемах «повторного увлажнения» осушенных и деградированных торфяных болот.
«Правительство Индонезии теперь видит, что осушенная система землепользования на торфяниках создает проблемы», - говорит Сильвий. «Им придется добровольно отказаться от него, или он будет постепенно прекращен по природе, когда все потеряно».
