A tudósok 30 éve figyelik a sós mocsarat Maryland központjában. Vagyis tanulmányozták, hogy az egyik Chesapeake-öböl ökoszisztéma miként húzza ki a szén-dioxidot a légkörből, tárolja a szén egy részét a föld alatt, és egy részét metángáz formájában engedi vissza a levegőbe.
A környezettel történő manipulálásuk során a jövő atmoszférikusabb széndioxidjával (CO 2 ) utánozzák az üvegházhatást okozó gázokat, amelyek a legjobban a globális felmelegedésért, a magasabb tengerszintért és a vízben lévő több tápanyagból származnak a szennyezett lefolyásból. Amikor a tavasz kezdődik a növekedési időszakban, még egy rejtvényt fognak felfedezni abban a reményben, hogy világosabb képet kapnak arról, hogy mi lesz a jövő. Tudni akarják, mi történik a mocsarakkal, ha a hőmérséklet megemelkedik.
"30 éve emeljük a mocsári szén-dioxidot ebben a mocsárban, de a [megemelkedett] szén-dioxid felmelegedéssel jár" - mondja Pat Megonigal, a Smithsonian Környezetvédelmi Kutatóközpont (SERC) globális változás-kutatási vizes tagozatának új kutatója. . „A meleg levegő idővel a talajba fordul. Csak arra készülünk, hogy megtámadják annak egy részét. ”
A Környezetkutató Központ igazgatóhelyetteseként Megonigal felügyeli ezt a helyszínt, ahol több tucat tudós végez kísérleteket. Itt a mocsarat tele vannak olyan telekkel, amelyek átlátszó műanyag helyiségeknek tűnnek, és nád- és fűfoltokra épülnek. A műanyag összefűződés egy tájat mutat, amelyet sétányok, kábelek és tömlők kereszteznek. Itt és ott a sétányokat fa dobozok metszik, amelyek a különféle vezérlőállomásokat tartalmazzák.
Az olyan kutatók, mint Megonigal, több mint három évtizeden keresztül vizsgálják az éghajlatváltozást ebben a 125 hektáros mocsarasban, a Rhode folyó fejletlen javításában. Amit megtanultak, jelentős következményekkel jár, nem csupán a vizes élőhelyek jövőjére, hanem a közelgő éghajlatváltozásra is, mivel a vizes élőhelyek, például mocsarak és mocsarak elvesztése millió tonna széndioxidot engedhet a légkörbe.
Annak ellenére, hogy a Föld szárazföldi területének csupán négy-hat százalékát elfoglalja, a vizes élőhelyek, például mocsarak, mocsarak és mangrove-erdők a Föld talajában tárolt összes szén negyedét birtokolják.
Az összes növény felszívja a szén-dioxidot a légkörből, és a szént levélré, szárba és gyökérbe fordítja. De a szén visszakerül a légkörbe, amikor a talajban lévő baktériumok lebontják az lehullott leveleket és más elhalt növényi anyagot.
A vizes élőhelyekben azonban a gyakori vízzel történő elárasztás megfosztja az oxigént szerető baktériumokat az oxigéntől és lelassítja azokat. A halott növényi anyag nem bomlik olyan gyorsan, mint egy szárazabb környezetben, így felhalmozódik, tömörül és szénben gazdag tőzeggé alakul. A szén ilyen tárolása puffereli a légkört a növekvő szén-dioxidból.
De a történetnek van egy sötétebb oldala is. A nedves nedves körülményeket erjesztésre készítik el, amely metánt eredményez, amely egy másik szén-alapú üvegházhatású gáz, amely 25-45-szer erősebb, mint a szén-dioxid. Valójában a vizes élőhelyek képezik a legnagyobb egyetlen metánforrást, az összes globális metánkibocsátás becsült 22% -át termelik.
2015 decemberében 195 ország vezetõi megegyeztek Párizsban arról, hogy a globális felmelegedést legfeljebb 2 Celsius-fokra (3, 6 fok Fahrenheit) korlátozzák az iparosodás elõtti szint fölé. Ezenkívül elkötelezték magukat amellett, hogy olyan módszereket alkalmaznak, amelyek csökkentik ezt a számot 2, 7 Fahrenheit fokra az iparosodás előtti szint fölött.
A földgömb átlagában a hőmérséklet már az elmúlt 120 évben is 1, 4 F fokra emelkedett, tehát az ilyen ambiciózus célok eléréséhez a globális üvegházhatású gázok kibocsátásának gyors csökkentésére lesz szükség, amit nem lehet megfigyelni az egyenleg ésszerű pontos elszámolása nélkül. a szén-dioxid-kibocsátás és a szén-dioxid-tárolás között az egész világon. Ehhez a globális vezetőknek meg kell érteniük, mi folyik a vizes élőhelyekben.
"Semmit nem lehet levenni az asztalról" - mondja Virginia Burkett , az USA geológiai szolgálatának klíma- és földhasználat-változásért felelős tudósa. „Valamennyi rendszert ki kell értékelni a szén tárolására való képességük alapján, nem csupán a kibocsátásokkal szemben. A szén megkötése és az, hogy az emberek hogyan javíthatják a vizes élőhelyek, mint például a vizes élőhelyek képességét a szén tárolására, szintén elengedhetetlen ahhoz, hogy megértsük ezeket a hatalmas csökkentéseket, amelyeket a nemzetközi közösség előrejelzett, várható és elkötelezett.
Olyan kutatók, mint Pat Megonigal (bal oldalon), több mint három évtizeden keresztül tanulmányozták az éghajlatváltozást ebben a 125 hektáros mocsarasban, a Rhode folyó fejletlen javításában. (Smithsonian Környezetkutató Központ) A természetes ökoszisztémák figyelembevétele az egyenletbe azonban nem lesz könnyű.
Az, hogy mekkora szén-vizes élőhelyek vesznek fel, mennyit engednek fel, milyen gyorsan talaj halmozódik fel, és hogy az árapályos vizes élőhelyek lépést tartanak-e az emelkedő tengerekkel, vagy elnyelik-e őket az emelkedő tengerekkel, mind olyan tényezők, amelyek összefonódnak és sokféle hatástól függnek.
Mint az egyik vonal húzása a kusza kötelek hálójában, amikor az egyik hurok meglazul, a másik meghúzódik, megváltoztatva az egész köteg alakját. Egy mocsarakban a hőmérséklet, a sótartalom, a szén-dioxid és a földről kifolyó szennyezés egyszerre változik. Az évek során a tudósok a csomót választották, kibontva a komplexitásokat, de még sokkal többet kell megérteni.
Ahogy Megonigal talajmelegítő kísérlete idén tavasszal megy végbe , egészen a növények tetejétől egészen a gyökérzóna aljáig, négy és fél méternyire a felszín alatt fogja felmenteni a hőt.
Tavasszal csapata 30 új tesztterülettel bővíti a mocsaras sarkot. Egy infravörös hőfényszóró és a talajba süllyedt elektromos kábelek rácsának felhasználásával Megonigal folyamatosan növeli a telkek hőmérsékletét. A növekedés a környező környezet felett 0 foktól 7, 2 Fahrenheit fokig terjedhet, megközelítve a 2100-ra előrejelzett legmelegebb körülményeket, ha nem történik semmi az éghajlatváltozás megfékezésére.
Elsődleges célja, hogy megértse azokat a tényezőket, amelyek befolyásolják a pusztulást és az elhalt növényi anyagok felhalmozódását a sós mocsárban. Ha a tőzeges talaj elég gyorsan felépül, akkor képes lesz lépést tartani a tengerszint emelkedésével. Ha nem, a mocsaras egyszerűen elsüllyed.
A kérdés egy körömmaró a mocsaras közösségektől, amelyek fontos kereskedelmi halak óvodai alapját képezik, és a viharhullámoktól és az ütő hullámoktól pufferolják az alacsonyan fekvő területeket.
A terep helyén, ahol több tucat tudós végez kísérleteket, műanyag kontrapciók vannak ellátva, és sétányok, kábelek és tömlők keresztezik őket. (Kimbra Cutlip) A talajmagok szerint a Környezetkutató Központ sós mocsara 4000 évig fennmaradt. Az idő alatt a Chesapeake-öböl 15 méterre emelkedett, és a mocsaras folyamatosan felépítette magát, hogy lépést tartson.
A világ számos vizes élőhelye megtette ezt. De az éghajlat változik, és a tenger szintje gyorsabban emelkedik, mint valaha. Ezenkívül a szennyezés megváltoztatta a víz kémiai jellemzőit, és az újonnan bevezetett növény- és állatfajok megváltoztathatják az ökoszisztéma működésének fontos szempontjait. Még az üledéknek a vizes élőhelyekké történő mosása is gyorsan megváltozott a szárazföldi emberi fejlődésnek köszönhetően.
Megonigal azt várja, hogy a hozzáadott hő felébreszti a mikrobákat a föld alatt, megnövelve a gyökerek és más szerves anyagok bomlásának sebességét. Ha igen, akkor megelőzheti a mocsár lassú süllyedését és több metán kibocsátását a légkörbe. Akkor ismét talán nem.
Valószínűleg a lassabb mikrobák fognak dominálni ”- mondja Stephen Long, az Illinoisi Egyetem növénytudományi és növénybiológiai professzora, valamint a Global Change folyóirat főszerkesztője. Vagy a felmelegedés és a hozzáadott szén-dioxid kombinációja révén a növények gyorsabban növekedhetnek, mint amennyire képesek bomlani, és ezek mindkettő megemelheti a mocsaraság szintjét. "Nagyon nehéz lesz bizonyosan megjósolni, mi fog történni, ezért egy ilyen kísérlet olyan fontos" - mondja.
Long azon sok kutató közé tartozik, akik kísérleteket végeztek a Smithsonian mocsaras helyszínen. Azt mondja, hogy az a tény, hogy ezt a fajta munkát természetes környezetben végezzék, forradalmian új volt, amikor az első kísérletet 30 évvel ezelőtt hozták létre. Olyan sok tényezőt kell ellenőrizni vagy figyelembe venni a természetben, hogy a tudományos közösségben sokan úgy gondolták, hogy ezt nem lehet megtenni.
Bert Drake, a növényekológus és a Környezetkutató Központ emeritus vezető tudósa, az az ember, aki 1985-ben bebizonyította, hogy tévednek.
Egy növény növekedése korrelál a bevitt szénmennyiséggel, és Drake eleinte kidolgozott egy elegáns kísérletet a mocsaras növekedés figyelemmel kísérésére. "Jól mondtam, hogy ahelyett, hogy odamennénk és megmérnénk az összes növényt, csak megmérjük a szén-dioxid fluxust" - mondja. "Azok az emberek, akik áttekintették a javaslatunkat, azt hitték, hogy jóval túlmutatunk magunkon, amit úgy gondolták, hogy a laboratóriumban működőképes a terepre."
Bert Drake, a Környezetvédelmi Kutatóközpont növényekológusa és emeritus kutatója, elegáns kísérletet dolgozott ki a mocsaras növekedés figyelemmel kísérésére. (Smithsonian Környezetkutató Központ) Drake egy sor nyílt fenekű, hengeres kamrát tervezett, hogy a mocsarak fölött helyezkedjen el. Körülbelül három láb átmérőjűek voltak egy nyolcszögletű alumínium csőkeret átlátszó műanyag falakkal és nyitott tetővel, így nem csapdába ejtik a hőt, mint az üvegház. Ezután szén-dioxidot vezetött a kamrákba, a szintet a jövőben várható 100 évre emelve.
"Megfigyelhetjük a kamrákba jutó CO 2 koncentrációját, a benne lévő CO 2 koncentrációját és a CO 2 kijutását" - mondja. Az azonnali eredmények azt mutatták, hogy a Drake-kamrák üledéke fokozott erővel nőtt, könnyen felszívva a további szén-dioxidot, miközben a fű nem változott. A minta megegyezett azzal, amit a tudósok láttak a laboratóriumban, és bebizonyította, hogy a módszer működött. Sikeresen vezetett egy ellenőrzött tanulmányt egy egyébként ellenőrizetlen környezetben. Drake most már más megfigyelésekben is megbízhatott arról, hogy a növények hogyan használtak vizet és tápanyagokat, és miként léptek kapcsolatba széndioxiddal dúsított környezetükkel. "Ezzel a megközelítéssel meg tudnánk mérni a nettó szén-dioxid-nyereséget vagy -veszteséget, és a hőmérséklet, csapadék, napfény összefüggésében csinálhatnánk."
Annak bizonyításaként, hogy ilyen jellegű kísérlet lehetséges, Drake soha nem számított arra, hogy projektje alapjául szolgál egy olyan helyszín számára, amely három évtizedig tart és inspirál hasonló munkát a világ más területein. Ez jelenleg a leghosszabb időtartamú terepi tanulmány a növekvő szén-dioxid növényközösségre gyakorolt hatásairól, és ez továbbra is folytatódik.
"Mialatt tanulmányoztuk, a légkörben a szén-dioxid 13 vagy 14 százalék körül jött létre" - mondja Drake. „A tengerszint körülbelül 10 vagy 15 cm (4-6 hüvelyk) jött fel.” Ráadásul ő és a tucatnyi kutató, akik most a helyszínen kísérleteket végeztek, a környező körülmények teljes skáláján megfigyelték a mocsarat., a nedves évektől a szárazig, a melegebbtől a hidegebb évekig, a hosszú növekedési időszakokig és a rövid időszakokig.
"Ha ilyen hosszú, folyamatos tanulmányunk van, akkor hatalmas mennyiségű információt kap nekünk, amelyeket egyszerűen más módon nem tudunk megszerezni" - mondja Long. „[Drake] felvette valami teljesen új dolgot, amikor felállította. Nagyon merész dolog volt ezt megtenni, és sikerrel járt. ”
Drake egyik korai megállapítása szerint a mocsaras szén-dioxid növekedése megnövekedett metángáz-kibocsátást eredményezett. Azt is megtudták, hogy a sós növények nem léptek túl a fűben, annak ellenére, hogy képesek gyorsabban növekedni magas szén-dioxid-kibocsátású környezetben.
Minden felfedezés további kérdéseket vetett fel, és a terepi helyszín exponenciálisan nőtt. Az olyan tudósok, mint a Megonigal, akik követik a Drake-t, továbbfejlesztették a kialakításukat, kicserélték a hegesztett alumíniumkereteket a PVC-hez, kibővítették a kamrákat, és további részeket adtak hozzá további vizsgálatokhoz. Az újabb kísérletek az ökoszisztéma komplex interakcióinak mélyebb részét képezték.
A növény növekedése korrelál a bevitt szénmennyiséggel, és Bert Drake (a mérések ellenőrzése) eleinte elegáns kísérletet dolgozott ki a mocsaras növekedés ellenőrzésére. (Smithsonian Környezetkutató Központ) Amikor a tudósok megnövelték a talajban lévő nitrogént, hogy szimulálják a talajból származó növekvő lefolyást, felfedezték, hogy nem minden növény reagált azonos módon, és válaszuk megváltozott a rendelkezésre álló szén-dioxid és víz függvényében. Egy-egy lépésről lépésre bontják a fontos interakciókat, és ablakot keresnek arra nézve, hogy a mocsár hogyan néz ki a következő 100 évben.
2015-ben Megonigal tanulmányt tett közzé, amelyben kollégáival különböző vízszinteknek tette ki a növényeket, hogy megvizsgálja, hogyan reagálnak a növekvő tengerszintre. "Arra számítottuk, hogy amint a mocsaras víz elmerül, képesnek kell lennie arra, hogy több szén-dioxidot tároljon, és valóban képes legyen lépést tartani a tengerszint emelkedésével" - mondja Megonigal. Arra gondoltak, hogy a gyakoribb vízzel történő elárasztás alacsony oxigénszintet fog tartani a talaj felső rétegében. Ez lelassítaná az elhullott növényi gyökereket lebontó mikrobákat, és több talaj halmozódhat fel.
De nem ez történt. Mint a kis mikrobákhoz tartozó légzőcsők, a gyökerek a levegőből oxigént szállítanak a talajba, ami azt jelenti, hogy nem igazán számít, mennyi időt tölt a talaj víz alatt. Nem számít, hogy hány gyökér szállítja oxigént a mikrobákba. Megonigal úgy találta, hogy minél több gyökér van, annál nagyobb a bomlás.
"Az, hogy a bomlás hogyan reprezentálódik a modellekben, nem veszi figyelembe a növények befolyását" - mondja Megonigal. „Tehát modelleink nagyrészt tévesek, legalábbis ezen a tanulmányon alapulnak. Összpontosítanunk kell e dolgok kombinációjára, mert ezek kölcsönhatásai valóban fontosak lesznek az éghajlatváltozás megértésében. ”
A politikai döntéshozók számára a vizes élőhelyek túlélését befolyásoló tényezők kombinációjának megértése nem pusztán annak megismerése, hogy mi fog történni. A föld aktív gazdálkodása kulcsfontosságú része lesz néhány nemzet stratégiájának, amely a globális felmelegedés fedelének megtartására irányul.
Burkett szerint az amerikai geológiai szolgálat szerint ez nem lehetne sürgetőbb. "A [vizes élőhelyek] természetesen metánt bocsátanak ki, de milliárd tonna szént is tárolnak, és hogyan kezelik őket, ez befolyásolja a szén elfogásának és kibocsátásának sebességét."
A vizes élőhelyek természetes hidrológiájának fenntartása vagy helyreállítása növeli a szén tároló képességét, míg a mezőgazdaságba vagy a garnélarák-tavakba történő átalakítása felszabadíthatja a talajban tárolt széndioxidot.
„A politikai döntéshozók számára kulcsfontosságú üzenet az, hogy a vizes élőhelyek komplex rendszerek” - mondja „A szén hosszú távú tárolásának javításához ezekben a vizes élőhelyek rendszerekben meg kell értenie a benne lévő szén biogeokémiai ciklusát. Ez egy tudományos erőfeszítés, amely elősegíti a világ többi országának Párizsban tett elkötelezettségét. ”
Amit a tudósok megtanultak ezen a területen, nemcsak a vizes élőhelyek jövője szempontjából, hanem a közelgő éghajlatváltozás szempontjából is fontos, mert a vizes élőhelyek, például mocsarak és mocsarak elvesztése millió tonna széndioxidot engedhet a légkörbe. (Tom Mozdzer)
