Амазонка — это крупнейший в мире тропический лес, который является домом для уникального биоразнообразия и одной из самых длинных рек планеты. Помимо реки Амазонки, в тропических лесах Амазонки есть «летающие реки» — невидимые потоки пара, которые перемещаются по атмосфере, вызывая осадки как внутри леса, так и далеко за его пределами.
Леса играют центральную роль в этой системе. Большая часть влаги, которая поднимается в атмосферу, поступает из-за транспирации. Деревья вытягивают воду из почвы через свои корни, транспортируют её к листьям и выпускают в виде пара. Этот пар становится дождём — иногда локально, иногда за сотни километров.
В сухой сезон, когда дождей мало, до 70% осадков в Амазонке поступает из этой влаги, переработанной самим лесом. Возникает ключевой вопрос: где деревья находят воду, чтобы поддерживать этот цикл в самые засушливые месяцы?
В нашем недавнем исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, мы попытались ответить на этот вопрос. В 2021 году, в разгар сухого сезона, мы провели полевые работы в Национальном лесу Тапажос в штате Пара, Бразилия, на традиционной территории народа мундуруку.
Мы работали на двух контрастных участках: на вершине холма с глубоким уровнем грунтовых вод (около 40 метров) и в долине у ручья, где грунтовые воды залегают гораздо ближе к поверхности.
Результаты были неожиданными. Большая часть воды, используемой для транспирации в сухой сезон, поступала не из глубоких запасов, а из верхних слоёв почвы. В год без экстремальных засух или наводнений 69% транспирации на холме и 46% в долине приходилось на верхние 50 сантиметров почвы.
Наше исследование также показало, что вода, хранящаяся в верхних слоях почвы, выпала на землю недавно, особенно во время сухого сезона. Другими словами, лес быстро перерабатывает дождь: он падает, проникает в верхний слой почвы, поглощается корнями и возвращается в атмосферу, вызывая новые осадки — именно тогда, когда лесу больше всего нужна вода.
Не все деревья вносят одинаковый вклад в этот цикл. Разнообразие Амазонки означает, что виды используют разные стратегии для доступа к воде, хранящейся в почве. Наше исследование показало, что ключевым фактором является устойчивость к эмболии — мера того, насколько хорошо дерево может поддерживать движение воды по своим тканям во время засухи.
Деревья, которые более устойчивы к предотвращению закупорки воздуха в своей системе транспортировки воды, могут продолжать вытягивать воду из почвы и выпускать влагу в атмосферу даже в самые засушливые месяцы.
Вытягивание воды из сухой почвы похоже на перетягивание каната, где вода — это канат: почва удерживает воду, а корни пытаются её вытащить. Чем суше почва, тем сильнее требуется тяга.
Виды с высокой устойчивостью к эмболии могут продолжать транспирацию по мере высыхания почвы, поэтому они могут полагаться на недавно выпавшие дожди в верхних слоях почвы. Менее устойчивые виды более чувствительны к засухе и будут больше полагаться на более глубокие корни, чтобы достичь стабильных запасов, или использовать другие стратегии.
Наше исследование показывает, что чем выше устойчивость к эмболии, тем выше доля воды из верхних слоёв почвы, которую использует дерево, и, следовательно, тем больше недавних осадков с сухого сезона возвращается в атмосферу. Это первое доказательство того, что быстрая переработка осадков сухого сезона за счёт транспирации в значительной степени поддерживается устойчивостью к эмболии.
Тропические леса сталкиваются со значительными угрозами из-за вторжения человека и вырубки лесов. Недавние изменения политики в Бразилии рискуют ускорить вырубку лесов в таких чувствительных районах, как Амазонка, саванна Серрадо и Атлантический лес — все они жизненно важны для водного цикла.
Нарушение водного цикла с меньшим количеством осадков угрожает биоразнообразию и природным средам обитания, а также запасам воды и продовольствию. Местные и коренные общины страдают от этого в первую очередь, но последствия распространяются далеко за пределы. «Летающие реки» также переносят влагу из Амазонки в южные и центральные части Бразилии, поддерживая сельское хозяйство в крупных зернопроизводящих регионах. Меньше лесов означает меньше осадков, что угрожает урожаю, продовольственной безопасности и экономике.
Этот хрупкий баланс находится под угрозой из-за вырубки лесов. Когда леса вырубаются, меньше деревьев выпускают влагу в воздух через транспирацию, что снижает образование местных и близлежащих осадков во время сухого сезона.
Потеря лесов ослабляет саму систему, которая поддерживает осадки — переработку воды за счёт транспирации. Наше исследование показывает, что деревья, устойчивые к эмболии, играют центральную роль, быстро возвращая осадки сухого сезона в атмосферу, где они вызывают новые осадки.
Без леса нет дождя, а без дождя нет леса. Быстрая переработка осадков сухого сезона поддерживает жизнь в Амазонке в течение самых засушливых месяцев. Она также играет решающую роль в запуске возвращения сезона дождей. Если лес потеряет способность перерабатывать эту воду, весь гидрологический цикл рискует рухнуть.