Все слышали о фотосинтезе, но не все знают, что это, зачем он нужен, кто «за него отвечает», что будет без него и почему в XXI веке учёные заметили его общую «ускоренность» (и какие есть оговорки). Разберёмся.
Фотосинтез - это процесс, в котором растения, водоросли и некоторые бактерии берут свет (обычно солнечный), углекислый газ (CO₂) и воду, и с их помощью делают пищу (сахара). При этом как побочный продукт выходит кислород (O₂).
Проще: фотосинтез - способ «собирать» энергию света и превращать её в химическую энергию, нужную живым организмам.
Для чего нужен фотосинтез (главные роли)
- Производство органической пищи. Растения и микроводоросли превращают CO₂ в сахар - это основа питания всех животных и людей (через растения или через животных, которые едят растения).
- Производство кислорода. Большая часть атмосферного O₂ появлялась и продолжает появляться благодаря фотосинтезу - без него дышать было бы нечем.
- Удерживание углерода. Через фотосинтез углерод уходит из воздуха в растения и почву - это частично замедляет рост концентрации парникового CO₂. Это важный «углеродный насос» для климата.
Кто «отвечает» за фотосинтез?
- На суше - главным образом растения (деревья, кусты, травы, сельхозкультуры).
- В океанах и пресных водах - микроскопические водоросли и фитопланктон (они делают очень много фотосинтеза, хотя маленькие).
- Также есть фотосинтезирующие бактерии (цитобактерии и др.), особенно в специфических средах.
Вклад этих групп может меняться по регионам: в некоторых местах основной вклад делает суша, в других - океан.
Что было бы, если бы фотосинтеза не стало (или он резко упал)
- Атмосфера потеряла бы основной источник кислорода → через очень долгое время концентрация O₂ упала бы, что разрушило бы большинство форм жизни, зависимых от кислорода.
- Пищевая сеть рухнула бы - растения (или фитопланктон) - это основа пищевой цепочки; без них животные (включая человека) не смогли бы получать энергию.
- Углерод перестал бы уходить в биомассу и почву - концентрация CO₂ в атмосфере резко выросла бы, что усилило бы парниковый эффект и изменение климата.
Эти выводы основаны на фундаментальной экологии и палеонтологии (на примерах массовых вымиранний и глубоких изменений атмосферы в истории Земли).
Почему в XXI веке учёные говорят, что фотосинтез «ускорился»
Утверждение «фотосинтез ускорился» требует уточнения: учёные измеряют общую скорость фотосинтеза земной биосферой (GPP - gross primary production, валовая первичная продукция) разными методами: спутники (цвет/зелёность растительности), наземные наблюдения, модели и измерения CO₂.
Несколько ключевых моментов из проверенных работ:
Рост фотосинтеза с конца XX века связан в основном с ростом CO₂
Исследование Keenan et al. (Nature Climate Change, 2023) и другие исследования показали, что повышение концентрации атмосферного CO₂ за последние десятилетия усилило скорость фотосинтеза в целом - эффект называют «CO₂-удобрением» (CO₂ fertilization).
Это значит: при большем CO₂ растения чаще «обменивают» CO₂ на сахар, если влаги и питательных веществ хватает.
Есть другие дополняющие факторы
Удлинение вегетационного сезона (в высоких широтах стало теплее, весна приходит раньше, осень позже) - растения в сумме дольше фотосинтезируют.
Азотное загрязнение (удобрения и выбросы) и местная посадка лесов/озеленение (например, в некоторых регионах Азии) дают локальную «зеленую волну».
Но рост не везде и не бесконечен - есть противодействующие факторы
В XXI веке появились сильные ограничения: более частые засухи, рост испарения из-за повышения испарительно-дефицита (VPD - vapour pressure deficit), высокие температуры и деградация почв способны уменьшать эффект CO₂-удобрения и снижать фотосинтез в отдельных регионах.
Исследования (например, Wang et al., Science, 2020 и последующие) показали, что в некоторых местах эффект CO₂ с начала 2000-х уже замедляется из-за усиленной сухости и теплового стресса.
Разные биомы ведут себя по-разному - суша vs океан
Недавние анализы показывают: на суше (деревья и растения) общий вклад в фотосинтез рос в начале - середине XXI века, а океаны в некоторых регионах теряют продуктивность (фитопланктон уходит из-за потепления и стратификации вод, что уменьшает доступ питательных веществ).
То есть «увеличение на суше» частично компенсируется «уменьшением в океане». Новые работы 2023–2025 годов конкретно фиксируют такие региональные сдвиги.
Если говорить о крупном междисциплинарном результате последних лет
Keenan et al., 2023 (Nature Climate Change) - это одна из ключевых работ, дающих количественную оценку изменения фотосинтеза за несколько десятилетий.
Коротко о сути: учёные объединили разные источники данных (спутниковую информацию, наземные измерения и модели) и пришли к выводу, что повышение атмосферного CO₂ привело к заметному увеличению глобальной валовой первичной продукции (GPP) с 1982 года, то есть растения в среднем «фотосинтезировали» больше, чем раньше, и это частично «помогало» задерживать рост CO₂ в атмосфере.
Другие важные результаты и уточнения:
- Исследования 2020–2024 показали, что эффект CO₂-удобрения может быть сильнее, чем раньше думали (например, оценки Haverd et al., 2020), но в 2000-х годах и далее появились признаки замедления роста фотосинтеза в некоторых районах, вызванные выделенными выше факторами (тепло/засуха).
- Ещё более свежие работы (2024–2025) показывают сложную картину: в целом «зелёность» суши продолжает расти в ряде регионов (особенно в засушливых районах, где повышение CO₂ экономит воду у растений), но океаны теряют «зеленость» (меньше фитопланктона) в результате потепления и изменения циркуляции, что снижает вклад океанов в глобальную продукцию. Эти результаты появились в работах и сообщениях 2024–2025 годов.
Короткая, понятная сводка - почему «ускорилось» в XXI веке
- Больше CO₂ в воздухе → растения чаще «производят» сахар (CO₂-удобрение).
- Тёплее в северных широтах → растёт вегетационный сезон (больше часов для фотосинтеза).
- Местные человеческие действия (посадки лесов, удобрения, орошение) добавляют зелени в ряде регионов.
Но: засухи, высокие температуры и дефицит воды уже снижают или могут снизить эффект в других регионах; океаны в некоторых местах теряют фитопланктон. В результате глобальная картина - это баланс между этими силами.
Что это значит для нас и климата
- В кратком плане рост фотосинтеза замедляет накопление CO₂ в атмосфере (это частично «поглощает» наши выбросы). Но это не решение проблемы: поглощение биосферой ограничено и может ослабнуть из-за засух, нагрева и разрушения экосистем.
- Океанические изменения вызывают серьёзную тревогу: снижение продуктивности фитопланктона уменьшает питание морских пищевых сетей и океанический углеродный «поглотитель».