Экология и климат

Болотоведы превратили торфяник в источник парниковых газов, нагрев его

Проект посвящен потенциальному изменению климата в будущем.

Ученые из Ок-Риджской национальной лаборатории (Теннесси) Министерства энергетики США продемонстрировали прямую связь между потеплением и потерей углерода в экосистеме торфяников. Исследование, опубликованное в AGU Advances, дает представление о потенциальном будущем, когда значительные запасы углерода в торфяниках могут быть выброшены в атмосферу в виде парниковых газов.

Торфяные угодья в настоящее время занимают около 3% суши Земли и содержат по меньшей мере треть мирового углерода в почве.

Торфяники особенно хороши для удержания углерода из-за холодных, влажных, кислотных условий, которые сохраняют слои древней растительной материи на глубине нескольких метров. Ученые проявили живой интерес к этим огромным запасам углерода, задаваясь вопросом, сколько и как быстро более жаркие и засушливые условия в торфянике могут вызвать микробные процессы, которые выделяют в воздух углерод в форме углекислого газа и метана, продвигая цикл потепления. поскольку газы задерживают тепло в атмосфере.

Для поиска ответов на эти вопросы был запущен проект Spruce and Peatland Responses Under Changing Environments (дословно «Реакция хвойных и торфянников в условиях меняющейся среды»), SPRUCE. Это уникальный эксперимент по манипулированию всей экосистемой в лесах северной Миннесоты. SPRUCE использует серию корпусов, чтобы выставить пять различных уровней температур на больших участках торфяников, причем самые горячие камеры нагревались примерно на 16 градусов по Фаренгейту (около 8,9 °C) над и под землей. Половина корпусов также получила повышенный уровень углекислого газа.

Исследователи провели эксперименты в сфагновом болоте площадью 8,1 Га. Они установили 10 конструкций, наподобие теплиц диаметром 12 метров и высотой 7 метров. Воздух и почва под куполами были искусственно нагреты на 2-9 °C. Зоны под двумя куполами были контрольными — не подвергались изменению микроклимата. Для нагрева воздуха использовали пропановые печи, а для почвы — обогреватели, закопанные на глубине 2-3 метров. Эксперимент продолжался с июня 2014 по июнь 2018 года, проходя различные фазы: в 2014 году начали разогревать почвы и воздух, спустя два года к этому добавили искусственную эмиссию CO2.

Этот футуристический эксперимент позволяет ученым измерить влияние условий, в которых эта экосистема никогда прежде не оказывалась, что дает представление о возможном климате в будущем.

«…мы смогли изучить потепление всей экосистемы в диапазоне температур, которые нельзя экстраполировать из исторических данных», — Пол Хэнсон, специалист по экосистеме ORNL и координатор проекта SPRUCE. «При этом у нас есть доказательства того, что в будущем можно ожидать потери углерода для быстро меняющихся систем торфяников».

Хансон и его коллеги изучили данные SPRUCE за три года, отслеживая изменения в росте растений, уровне воды и торфа, микробной активности, тонкого роста корней и других факторах, которые контролируют движение углерода в экосистему и из нее. Вместе эти поступления и выбросы составляют так называемый углеродный бюджет.

Исследование показало, что всего за три года все нагретые болотные участки превратились из углеродных аккумуляторов в углеродные излучатели — это первый раз, когда участки всей экосистемы были использованы для документирования таких изменений. Этот фундаментальный сдвиг в природе болот произошел при крайне скромном уровне потепления (примерно на 2,2 градуса Цельсия) и показал, что потери углерода в 5–20 раз превышают исторические скорости накопления.

Более высокие температуры напрямую приводят к увеличению выбросов углерода, причем самые теплые из экспериментально нагретых участков выделяют больше всего углекислого газа и метана. Ученые были удивлены, обнаружив такую ​​линейную связь между теплом и потерей углерода.

«Это очень тесная связь с биологическими данными. Результаты были в пределах диапазона гипотез, о которых мы позволяли себе думать, но [такая большая] чувствительность потери углерода к температуре была неожиданностью» — Хансон.

Упадок сфагнового мха, ключевого вида в этой экосистеме, внес значительный вклад в чистую потерю углерода. Предыдущее исследование, проведенное коллегой ORNL Ричардом Норби, детализировало роль сфагнума в накоплении углерода в торфе и его потенциально необратимое разложение по мере того, как потепление высушивает болота.

Данные SPRUCE послужат основой для новой модели водно-болотных угодий для потенциального использования в проекте DOE Energy Exascale Earth System Model («Модель эксафлопсной энергетической системы Земли»), в котором используются высокопроизводительные вычисления для моделирования и прогнозирования экологических изменений, важных для энергетического сектора. Модель водно-болотных угодий точно прогнозировала влияние температуры, но переоценила влияние повышенного содержания углекислого газа по сравнению с данными SPRUCE, которые не показали значительных воздействий на уровне экосистем после трех лет обработки.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»
Закрыть
Закрыть