Биостанция «Чашниково» и глобальное потепление: что их связывает и при чём тут карбоновые полигоны

Как учёные МГУ вместе с Yandex Cloud исследуют климат в районе биостанции «Чашниково» и зачем они это делают — рассказывает Алексей Соловченко, профессор кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ.

По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), за последние 200 лет средняя температура на Земле увеличилась почти на 1 °C. При этом скачок на 0,25 °С произошёл с 2010 по 2020 год — рекордный прирост за всю историю измерений.

Быстрее всего температура повышается над участками суши в умеренных и полярных широтах — а это практически вся территория России.

Глобальное потепление — это не только про рост средней температуры, но и про частоту и амплитуду температурных колебаний. Так что аномальные холода этой зимой в России тоже говорят о климатических изменениях.

При отклонении температуры от нормы часто происходят экстремальные природные явления: ураганы, засухи, аномальные осадки и наводнения. Всё это отражается на жизни местного населения: страдают сельское хозяйство и промышленность, начинается дефицит товаров, растут цены.

Учёные ищут способы стабилизировать климатическую обстановку. Большинство исследователей связывают глобальные изменения с тем, что в атмосферу выделяется всё больше климатически активных — парниковых — газов. К ним относятся, например, диоксид углерода, метан, фреоны, закись азота. Если учёные смогут отслеживать, как меняется концентрация этих газов в атмосфере, как они появляются и поглощаются, то можно будет контролировать их уровень.

Сейчас в мире действует более 800 точек мониторинга потоков парниковых газов, десять из которых находятся в России. Однако большая часть — это метеоплощадки: измерительные станции с набором датчиков для фиксации параметров атмосферы: температуры, влажности, атмосферного давления, силы и направления ветра.

Чаще всего такие станции сильно удалены от экосистем, которые интересуют учёных, и не отражают их реального состояния. Карбоновые полигоны (англ. carbon — углерод) — ещё один инструмент для мониторинга парниковых газов. Они позволяют получить гораздо более точные данные, поскольку находятся близко исследуемым экосистемам и позволяют изучать баланс парниковых газов, характерный для разных климатических зон России.

Карбоновый полигон — это территория, которую учёные используют для изучения баланса климатически активных газов в различных экосистемах (на лугах, пастбищах, полях, в лесах и болотистых местностях), чтобы предотвратить опасные изменения в окружающей среде.

Экосистемы могут не только выделять, но и поглощать активные газы. Например, летом деревья поглощают углекислый газ, а осенью опавшая листва выделяет его. Поэтому, чтобы создать точную модель для прогноза климатических процессов, важно замерять и исходящие потоки газов (при дыхании микроорганизмов, грибов и животных), и входящие (при фотосинтезе).

Биостанция «Чашниково» в Московской области — удачное место для карбонового полигона, потому что сочетает несколько экосистем, а значит, поможет учёным получить большой и разнообразный набор данных о климате. На территории полигона есть:

• пастбища и пашни, типичные для сельскохозяйственных площадей;
• городская застройка и автомобильные дороги, как в населённых пунктах;
• леса, луга и поля.

Данные, собранные на полигоне, можно будет использовать для разработки карбоновых ферм, которые помогут сокращать выбросы климатически активных газов за счёт извлечения из атмосферы лишнего углерода. Например, создать плантацию растений, которые будут поглощать выбросы газов. Позже эту биомассу можно собрать и переработать во что-то полезное (древесину — в мебель, зелень — в биоудобрения) и таким образом на время спрятать часть излишнего углерода, поглощённого из атмосферы. Мы говорим «на время спрятать», потому что навсегда убрать углерод практически невозможно. Допустим, растения поглотили углерод, затем их использовали в качестве удобрений, а в почве эти удобрения съели споровые бактерии, которые снова выделили углерод в атмосферу.

Карбоновый полигон включает в себя множество измерительных приборов, которые отслеживают состояние растительности, содержание парниковых газов и климатические параметры: влажность, атмосферное давление, солнечную радиацию, силу и направление ветра. Чем чаще приборы регистрируют значения измеряемых параметров, тем подробнее учёные смогут описать динамику климатически активных газов. Приборы работают автоматически или полуавтоматически, постоянно генерируя десятки терабайт данных.

С помощью сервисов Yandex Cloud мы смогли быстро развернуть систему, где можно хранить и обрабатывать эти данные:

Сейчас на виртуальном сервере Yandex Cloud хранятся цифровые карты и модели рельефа полигона. Плюс мы построили вышку — на ней разместим оборудование, которое будет передавать телеметрические данные.

Приборы и датчики на полигоне будут оснащены проводными и беспроводными каналами передачи данных (GSM или Wi-Fi), по которым результат каждого измерения будет автоматически отправляться на сервер. А там данные будут помещаться в хранилище или базу данных.

Финальный этап — обработка и анализ данных по принятым в климатологии алгоритмам: например, скрипты, которые выведут по запросу учёного не сырые данные, а готовые прогнозы или цифровые карты распределения параметров по заданной площади.

До 2030 года в России планируется создать национальную систему мониторинга потоков парниковых газов. К концу 2024-го должно работать 259 полигонов, а к концу 2030-го — 1329. Модели, основанные на данных из множества источников, будут обладать большей предсказательной силой.

Что касается карбонового полигона «Чашниково», мы планируем расширить приборный парк и систематизировать сбор разнородных данных, чтобы обмениваться информацией с другими полигонами и разрабатывать как можно более точные модели климатических процессов.

Подписывайтесь на Telegram-канал Yandex Cloud, чтобы узнавать ещё больше новостей и историй о команде.

Другие истории наших партнёров и клиентов, которые активно читают наши подписчики:

• Как аптеки адаптируются к турбулентности рынка и чем им помогают облачные сервисы
  
• Дрели, климатические аномалии и нейросети: 2023 год в блоге Yandex Cloud
• Анализ отзывов, помощь в чате и креативы: что умеет YandexGPT API