В тёплое время года исследованная часть Финского залива поглощала углекислый газ из атмосферы. В холодные месяцы вода, напротив, отдавала его в воздух. Объединив наблюдения за год, учёные получили итоговый поток в атмосферу — около четырёх граммов углерода с квадратного метра. Этот расчёт показывает, насколько важны для оценки сезон, место и продолжительность измерений. На российских карбоновых полигонах похожие наблюдения помогают составить подробную картину обмена парниковыми газами между природой и атмосферой.
Растительность накапливает углерод, пока растёт. Почвы и растительные сообщества также обмениваются газами с атмосферой. Поглощать и выделять климатически активные газы может и поверхность моря; интенсивность этого процесса зависит от температуры и состава воды, ветра, волнения и других условий. Чтобы оценить территорию, учёным необходимо измерять газовые потоки и наблюдать, как они меняются со временем.
Для такого учёта используют понятие «углеродный баланс» — соотношение поступления и удаления углерода за выбранный период. Важно определить границы исследования: какую экосистему рассматривают, как долго идут наблюдения и какие процессы учитывают. Одна из основных задач карбоновых полигонов — рассчитать суммарные показатели такого баланса.
На полигонах отслеживают углекислый газ CO₂, метан CH₄ и другие парниковые газы. Учёным нужно знать, в каком направлении и с какой интенсивностью происходит обмен, а также как он различается в разных местах. Эти данные используют для проверки моделей и изучения способов усилить поглощение углерода природными территориями.
Как устроен карбоновый полигон
Российский пилотный проект Минобрнауки запустило в феврале 2021 года. Полигон может состоять из одного или нескольких участков, которые отражают характерные для местности особенности рельефа, почв и растительности. Там размещают оборудование, проводят эксперименты и проверяют технологии оценки углеродного баланса.
Ferra.ru За каждый полигон отвечает оператор — университет, научная организация или другой участник проекта. Он закупает приборы и устанавливает датчики, организует полевые исследования, собирает и обрабатывает данные. Для этой работы нужны специалисты по почвам, метеорологии, географии, геохимии, моделированию, электронике и информационным технологиям.
К осени 2026 года сеть включала 19 полигонов общей площадью около 313 тысяч гектаров. По данным Минобрнауки, они охватывали 19 регионов. В программу вошли участки арктической тундры, засушливых территорий, морей, болот, лесов, лугов и агроландшафтов. Такое разнообразие позволяет изучать газообмен в разных природных условиях.
Что измеряет башня над лесом
Один из ключевых методов наблюдений — вихревые ковариации, или метод турбулентных пульсаций. Измерительные комплексы фиксируют перенос газов воздушными вихрями над исследуемой поверхностью. Такое оборудование устанавливают на карбоновых полигонах.
Например, на полигоне «Евразийский» планируют измерять потоки CO₂ и метана с помощью оборудования на 28-метровой мачте. Рядом установлена автоматическая метеостанция. Дополнительные данные об условиях окружающей среды помогают выяснить, почему меняется газообмен.
Ещё один инструмент — почвенная камера. Она измеряет поток газа с небольшого участка: прибор отслеживает, как меняется концентрация в закрытом измерительном объёме. Камерные системы применяют при наблюдениях за лесными и болотными экосистемами. На воронежском полигоне «FOR&ST CARBON» в сезоне 2026 года использовали установку, которая регистрировала CO₂, CH₄ и водяной пар.
Каждый прибор работает в своём масштабе. Камера показывает, что происходит на обследуемом участке почвы, а комплекс над растительностью собирает данные о потоках над окружающей территорией. Беспилотники и спутники дают сведения о больших площадях. На полигонах разрабатывают алгоритмы, которые позволяют объединять наземные измерения с данными дистанционного зондирования.
Такие исследования включают несколько этапов: оборудование устанавливают и обслуживают, получают наблюдения, связывают их с характеристиками территории и обрабатывают. Оператор полигона также организует работу полевых лабораторий, полёты беспилотников и настройку систем сбора данных.
Четыре грамма, для которых понадобились экспедиции
Значение долгосрочных наблюдений показывает исследование восточной части Финского залива. Учёные Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН использовали материалы экспедиций 2022–2023 годов. В ноябре, декабре, апреле и мае они брали пробы воды с разных глубин, изучали гидрологические и гидрохимические параметры и измеряли парциальное давление CO₂ в атмосфере. Эти данные позволили рассчитать газообмен между водой и воздухом.
Ferra.ru В холодное время года поверхностная вода активно перемешивалась с глубинными слоями, где было много углекислого газа. В этот период водоросли были малоактивны, и исследованная акватория выделяла CO₂ в атмосферу. Летом и весной развивался фитопланктон: во время фотосинтеза он поглощал углекислый газ, поэтому вода забирала его из воздуха.
В годовой оценке учёные учли оба направления обмена. По расчётам авторов, за год исследованная акватория выделила в атмосферу около четырёх граммов углерода на квадратный метр в составе CO₂. В этом показателе учитывается именно масса углерода, входящего в состав углекислого газа.
Оценка относится к конкретному месту и материалам исследования. Чтобы использовать её, необходимо учитывать границы обследованной акватории и период наблюдений. Сезонная смена газообмена объясняет, почему учёные возвращаются на одну территорию в разное время года: каждая экспедиция охватывает часть годового цикла. Авторы предлагают учитывать полученные результаты в климатических моделях.
Что дали пять лет развития сети
К сентябрю 2026 года операторы российских карбоновых полигонов привлекли более 1,7 миллиарда рублей внебюджетных средств. При участии индустриальных партнёров закупили свыше 350 единиц оборудования, в том числе метеостанции, лидары и камерные системы. Эта техника нужна для дальнейших измерений и экспериментов.
Ferra.ru На полигонах проверяют российские модели углеродного баланса и разрабатывают десятки секвестрационных технологий — методов увеличения поглощения и удержания углерода. К заседанию экспертного совета в сентябре были зарегистрированы три климатических проекта. Кроме того, на полигонах испытывают отечественные приборы, включая гиперспектральные камеры и плавучие измерители.
Ещё одно направление — международные «зеркальные» площадки. К осени работали три таких полигона: в Бразилии, Республике Сербской и Сербии. Участники обмениваются данными измерений и обсуждают научные результаты. Исследования в разных условиях помогают наращивать базу наблюдений и проверять методы оценки углеродного баланса.
Программа также предусматривает подготовку специалистов. Университеты открывают магистерские программы, проводят специальные курсы и организуют повышение квалификации. Карбоновым полигонам нужны как исследователи природных процессов, так и сотрудники, которые обслуживают измерительные системы, обрабатывают данные и разрабатывают модели экосистем.
Зачем лесу цифровой двойник
18 сентября 2026 года экспертный совет Минобрнауки утвердил стратегию развития сети на 2026–2030 годы. На следующем этапе планируется создать распределённую электронную платформу. С её помощью намерены формировать цифровые двойники экосистем, проводить виртуальные эксперименты, разрабатывать калькуляторы углеродного следа и инструменты управления природными ресурсами.
Цифровой двойник в этой программе — модель экосистемы, которую можно использовать для научных расчётов. В её основе будут измерения с полигонов и проверяемые представления о природных процессах. Сеть уже собирает данные о газообмене и тестирует модели углеродного баланса, а электронная платформа должна объединить эту работу.
Последовательность выглядит так: наблюдения становятся основой модели, расчёты позволяют сформулировать проверяемые предположения, а новые измерения помогают оценить их точность. Поэтому возможности виртуальных экспериментов зависят от качества полевой инфраструктуры и накопленных данных. Эти направления включены в задачи карбоновых полигонов и утверждённую стратегию их развития.
Почвенная камера, мачта над лесом и экспедиционные пробы воды позволяют изучать разные стороны одного процесса — обмена веществом между экосистемами и атмосферой. Чем подробнее учёные наблюдают за ним в пространстве и времени, тем точнее можно оценить баланс. На основе таких измерений углеродный потенциал конкретной территории можно выражать в числах.
Комментариев: 0