В тёплый сезон вода в исследованной части Финского залива поглощала углекислый газ из атмосферы. В холодные месяцы акватория выделяла его в воздух. Когда учёные свели наблюдения в годовую оценку, получился итоговый поток около четырёх граммов углерода с квадратного метра в атмосферу. Такие расчёты показывают, насколько важны сезон, место и продолжительность измерений. На российских карбоновых полигонах из подобных наблюдений собирают подробную картину обмена парниковыми газами между природой и воздухом.
Лес накапливает углерод по мере роста растительности. Почвы и растительные сообщества участвуют в обмене газами с атмосферой. Морская поверхность тоже поглощает и выделяет климатически активные газы, причём интенсивность процессов зависит от температуры и состава воды, ветра, волнения и других условий. Для оценки территории учёным нужно измерить эти потоки и проследить их изменение во времени.
Так появляется понятие «углеродный баланс». Оно связано с учётом поступления и удаления углерода за выбранный период. В исследовании важно задать границы: какую экосистему рассматривают, сколько времени продолжаются наблюдения и какие процессы учитывают. Одна из главных целей карбоновых полигонов — оценка интегральных значений такого баланса.
На площадках наблюдают за углекислым газом CO₂, метаном CH₄ и другими парниковыми газами. Исследователей интересуют направление обмена, его интенсивность и пространственная изменчивость. Эти сведения нужны для проверки моделей и изучения способов увеличения поглощения углерода природными территориями.
Как устроен карбоновый полигонРоссийский пилотный проект запустило Минобрнауки в феврале 2021 года. Карбоновый полигон может включать один или несколько участков с характерными для территории рельефом, почвами и растительным покровом. На них устанавливают оборудование, проводят эксперименты и испытывают технологии контроля углеродного баланса.
За каждым полигоном стоит оператор — университет, научная организация или другой участник проекта. Его работа охватывает закупку приборов, установку датчиков, организацию полевых исследований, сбор и обработку информации. Здесь нужны специалисты по почвам, метеорологии, географии, геохимии, моделированию, электронике и информационным технологиям.
К осени 2026 года сеть насчитывала 19 полигонов общей площадью около 313 тысяч гектаров. Минобрнауки сообщало об охвате 19 регионов: в программе представлены арктическая тундра, засушливые территории, моря, болота, леса, луга и агроландшафты. Разнообразие площадок позволяет исследовать газообмен в разных природных условиях.
Что измеряет башня над лесомОдин из основных методов наблюдений — вихревые ковариации, также известные как метод турбулентных пульсаций. Измерительные комплексы регистрируют характеристики переноса газов воздушными вихрями над исследуемой поверхностью. Такие установки входят в оснащение карбоновых полигонов.
На полигоне «Евразийский», например, программа предусматривает измерение потоков CO₂ и метана с помощью оборудования на 28-метровой мачте. Рядом работает автоматическая метеостанция. Дополнительные наблюдения за условиями среды помогают исследовать причины изменений газообмена.
Другой инструмент — почвенная камера. Она позволяет исследовать поток газа с небольшого участка поверхности: прибор отслеживает изменение концентрации в измерительном объёме. Камерные системы используют в программах наблюдений за лесными и болотными экосистемами. На воронежском полигоне «FOR&ST CARBON» в сезоне 2026 года применяли установку, регистрирующую CO₂, CH₄ и водяной пар.
У каждого прибора свой масштаб работы. Камера даёт сведения об обследуемом участке почвы. Измерительный комплекс над растительностью собирает данные о потоках над окружающей поверхностью. Дистанционное зондирование с беспилотников и спутников добавляет информацию о больших территориях. На полигонах разрабатывают алгоритмы, которые объединяют наземные измерения со сведениями дистанционной съёмки.
В результате исследование требует целой цепочки действий: установить приборы, обеспечить их работу, получить наблюдения, связать их с характеристиками территории и обработать материалы. Оператор полигона отвечает в том числе за полевые лаборатории, полёты беспилотников и настройку систем сбора данных.
Четыре грамма, для которых понадобились экспедицииХороший пример значения длительных наблюдений — 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. Они отбирали воду с разных глубин в ноябре, декабре, апреле и мае, изучали гидрологические и гидрохимические параметры и определяли парциальное давление CO₂ в атмосфере. По этим сведениям рассчитывали обмен газом между водой и воздухом.
В холодные месяцы поверхностная вода активно перемешивалась с глубинными слоями, богатыми углекислым газом. Активность водорослей в этот период была низкой. Исследованная акватория выделяла CO₂ в атмосферу. В тёплый сезон развивался фитопланктон, потребляющий углекислый газ при фотосинтезе, и вода поглощала его из воздуха.
Годовой расчёт объединил оба направления обмена. По оценке авторов, итоговое поступление в атмосферу составило около четырёх граммов углерода на квадратный метр исследованной акватории в форме CO₂. Единица здесь существенна: речь идёт о массе углерода, входящего в состав углекислого газа.
Эта оценка привязана к месту и материалам исследования. Для её использования нужно сохранять сведения о границах обследованной акватории и периоде наблюдений. Сезонная смена газообмена объясняет, почему исследователи возвращаются на одну территорию в разное время года: каждая экспедиция добавляет часть годового цикла. Полученные результаты авторы предлагают учитывать в климатических моделях.
Что дали пять лет развития сетиК сентябрю 2026 года операторы российских карбоновых полигонов привлекли более 1,7 миллиарда рублей внебюджетного финансирования. При участии индустриальных партнёров закупили свыше 350 единиц оборудования, включая метеостанции, лидары и камерные системы. Это материальная основа дальнейших измерений и экспериментов.
На площадках апробируют российские модели углеродного баланса и разрабатывают десятки секвестрационных технологий — способов увеличения поглощения и удержания углерода. К моменту сентябрьского заседания экспертного совета были зарегистрированы три климатических проекта. Одновременно полигоны используются для испытаний отечественных приборов, включая гиперспектральные камеры и плавучие измерители.
Отдельное направление — международные «зеркальные» площадки. К осени действовали три таких полигона: в Бразилии, Республике Сербской и Сербии. Проект предусматривает обмен измерениями и обсуждение научных результатов. Работа исследовательских групп в разных условиях помогает расширять базу наблюдений и проверять подходы к оценке углеродного баланса.
Важная часть программы связана с подготовкой специалистов. Университеты запускают магистерские программы, специальные курсы и повышение квалификации. Для полигона нужны и исследователи природных процессов, и люди, способные обслуживать измерительные системы, организовывать обработку данных и разрабатывать модели экосистем.
Зачем лесу цифровой двойник18 сентября 2026 года экспертный совет Минобрнауки утвердил стратегию развития сети на 2026–2030 годы. Следующий этап связан с созданием распределённой электронной платформы. На её основе планируют формировать цифровые двойники экосистем, проводить виртуальные эксперименты, разрабатывать калькуляторы углеродного следа и инструменты управления природными ресурсами.
В этой программе цифровой двойник должен стать моделью экосистемы, пригодной для исследовательских расчётов. Его содержательная основа — измерения, накопленные на площадках, и проверяемые представления о природных процессах. Сеть уже собирает сведения о газообмене и испытывает модели углеродного баланса; электронная платформа должна обеспечить дальнейшее объединение этой работы.
У такого подхода понятная последовательность: наблюдения дают материал для модели, расчёты формируют проверяемые предположения, новые измерения позволяют оценить их точность. Поэтому перспективы виртуальных экспериментов напрямую связаны с качеством полевой инфраструктуры и накопленных данных. Эти направления входят в задачи карбоновых полигонов и утверждённую стратегию их развития.
Почвенная камера, мачта над лесом и экспедиционный отбор воды исследуют разные части одного большого процесса — обмена веществом между экосистемами и атмосферой. Чем подробнее учёные прослеживают этот обмен во времени и пространстве, тем содержательнее становятся оценки баланса. Именно на таких измерениях строится возможность обсуждать углеродный потенциал конкретной территории в числах.
Источник: www.ferra.ru