В продължение на 30 години учените наблюдават солен блат в централната част на Мериленд диша. Тоест, те са изучавали как една екосистема в залива Чесапийк черпи въглероден диоксид от атмосферата, съхранява част от въглерода под земята и част от него се връща във въздуха под формата на метан.
По пътя те са манипулирали околната среда, за да имитират бъдещ свят с повече атмосферен въглероден диоксид (CO 2 ), парниковият газ, който е най-отговорен за глобалното затопляне, по-високото ниво на морето и повече хранителни вещества във водата от замърсен отток. Когато сезонът на вегетация започне тази пролет, те ще проучат още едно парче от пъзела с надеждата да получат по-ясна картина на това, което има бъдещето. Те искат да знаят какво се случва с блатото, когато температурата се повиши.
"Ние вдигаме CO 2 в този блат от 30 години, но [повишеният] CO 2 идва със затопляне", казва Пат Мегонигал, водещ изследовател на новото проучване в Wetland Global Change Research в Smithsonian Research Research Center (SERC), „Затоплящият се въздух се превежда с течение на времето в почвата. Ние просто заобикаляме да атакуваме тази част от него. "
Като заместник-директор в Центъра за изследвания на околната среда, Мегонигал ръководи този терен, където десетки учени провеждат експерименти. Тук блатът е осеян с тестови парцели, които приличат на прозрачни пластмасови помещения, изградени върху петна от тръстика и треви. Пластмасовите измишльотини изпъкват пейзаж, пресечен от дъски, кабели и маркучи. Тук-там дъските на борда се пресичат от дървени кутии, в които се помещават различните контролни станции.
Изследователи като Мегонигал изучават изменението на климата в това 125-декарско блато в неразвит кръг на река Род повече от три десетилетия. Това, което са научили, има важни последици не само за бъдещето на влажните зони, но и за предстоящите промени в климата, защото загубата на влажни зони като блата и блата може да отдели милиони тонове въглероден диоксид в атмосферата.
Въпреки че заемат само четири до шест процента от земната площ, влажните зони като блата, мочурища и мангрови гори държат една четвърт от целия въглерод, съхраняван в земната почва.
Всички растения поемат въглеродния диоксид от атмосферата и превръщат въглерода в листа, стъбла и корени. Но въглеродът се отделя обратно в атмосферата, когато бактериите в почвата разграждат падналите листа и други мъртви растителни материали.
В влажните зони обаче честото вдишване с вода лишава кислородолюбивите бактерии и ги забавя. Мъртвият растителен материал не се разлага толкова бързо, колкото би бил в по-суха среда, така че се натрупва, уплътнява и се превръща в торф, богат на въглерод. По този начин съхраняването на въглерод буферира атмосферата от повишаващ се въглероден диоксид.
Но има по-тъмна страна на историята. Влажните мокри условия са подготвени за ферментация, която произвежда метан, друг парников газ на въглерод, който е 25 до 45 пъти по-мощен от въглеродния диоксид. Всъщност влажните зони представляват най-големият единичен източник на метан, произвеждайки приблизително 22 процента от всички глобални емисии на метан.
През декември 2015 г. лидери от 195 държави отхвърлиха споразумение в Париж, ограничаващо глобалното затопляне до не повече от 2 градуса по Целзий (3, 6 градуса по Фаренхайт) над прединдустриалните нива. В допълнение, те се ангажираха да следват методи, които ще намалят този брой до 2, 7 градуса по Фаренхайт над прединдустриалните нива.
Средно по цялото земно кълбо температурите вече са се повишили с 1, 4 градуса F през последните 120 години, така че постигането на такива амбициозни цели ще изисква бързо намаляване на глобалните емисии на парникови газове, нещо, което не може да бъде наблюдавано без разумно точно отчитане на баланса между въглеродните емисии и съхраняването на въглерод в целия свят. За това глобалните лидери трябва да разберат какво се случва във влажните зони.
„Нищо не може да бъде свалено от масата“, казва Вирджиния Бъркет , главен учен по изменение на климата и използването на земята в Геологическата служба на САЩ. „Всички системи ще трябва да бъдат оценени по отношение на способността им да съхраняват въглерод, а не само емисиите. Отделянето на въглерод и как хората могат да повишат способността на системи като влажни зони да съхраняват въглерод също е от съществено значение за разбирането, за да се направят тези огромни намаления, които се предвиждат и очакват и поемат ангажимент от международната общност. "
Изследователи като Пат Мегонигал (вляво) изучават изменението на климата в това блато от 125 акра в неразвит кръг на река Род повече от три десетилетия. (Смитсонов център за изследвания на околната среда) Факторирането на естествените екосистеми в уравнението обаче няма да е лесно.
Колко въглеродни влажни зони заемат, колко се отделят, колко бързо се натрупва почва и дали приливните влажни зони ще са в крак с или ще бъдат погълнати от издигащите се морета - всички фактори са взаимосвързани помежду си и зависят от различни влияния.
Подобно на опъването на една линия в заплетена мрежа от въжета, докато една бримка се разхлаби, друга се затяга, променяйки формата на целия сноп. В блатото, температурата, солеността, въглеродният диоксид и замърсяванията, които текат от сушата, се променят наведнъж. С течение на годините учените карат възела, разплитат сложността, но има какво още да се разбере.
Докато експериментът за затопляне на почвата в Мегонигал стартира тази пролет , той ще вдига топлината от върха на растенията чак до дъното на кореновата зона, на четири и половина фута под повърхността.
До пролетта екипът му ще добави 30 нови тестови парцела в ъгъла си на блатото. Използвайки банка от инфрачервени топлинни лампи и мрежа от електрически кабели, потънали в почвата, Megonigal ще повишава температурата в своите парцели с постоянни стъпки. Увеличението ще варира от 0 градуса до 7, 2 градуса по Фаренхайт над заобикалящата среда, сближавайки най-топлите условия, предвидени за 2100 година, ако не се направи нищо за ограничаване на климатичните промени.
Основната му цел е да разбере факторите, влияещи върху гниенето и натрупването на мъртва растителна материя в соленото блато. Ако торфената почва се изгради достатъчно бързо, тя може да бъде в крак с покачването на морското равнище. Ако не, блатът може просто да се удави.
Въпросът е ухапване на ноктите за общности, които зависят от блатата, които осигуряват разсадници за важни търговски риби и буферират ниско разположена земя от бурни вълни и вълни.
Теренната площадка, където десетки учени провеждат експерименти, е осеяна с пластмасови измишльотини и кръстосана с дъски, кабели и маркучи. (Кимбра Cutlip) Според почвените ядра соленият блат в Центъра за изследвания на околната среда е оцелял в продължение на 4000 години. През това време заливът Чесапик се е издигнал 15 фута и блатото се е изградило стабилно, за да поддържа темпото.
Много влажни зони по света са направили същото. Но климатът се променя и морското равнище се повишава по-бързо от всякога. Освен това замърсяването промени химията на водата и нововъведените видове растения и животни могат да променят важни аспекти от функционирането на екосистемата. Дори количеството измиване на утайки във влажни зони се промени бързо с човешкото развитие на сушата.
Мегонигал предполага, че добавената топлина ще ободри микробите под земята, увеличавайки скоростта, с която се разлагат корените и други органични вещества. Ако е така, това би могло да предположи бавното потъване на блатото и отделянето на повече метан в атмосферата. Тогава отново, може би не.
Може би по-бавните микроби ще започнат да доминират “, казва Стивън Лонг, професор по наука за културите и растителната биология в Университета на Илинойс и главен редактор на списанието Global Change . Или комбинацията от затопляне и добавен въглероден диоксид ще накара растенията да растат по-бързо, отколкото могат да се разпадат, и двете могат да повишат нивото на блатата. „Става много трудно да се предвиди с някаква сигурност какво ще се случи, поради което експеримент като този е толкова важен“, казва той.
Дългия е сред многото изследователи, които са провеждали експерименти на блатното място Смитсонов. Той казва, че самата мисъл за извършване на този вид работа в естествената среда е била революционна, когато първият експеримент е бил установен преди 30 години. Има толкова много фактори, които трябва да бъдат контролирани или отчетени в природата, че мнозина от научната общност смятат, че това не може да се направи.
Берт Дрейк, растителен еколог и старши учен емерит в Центъра за изследвания на околната среда, е човекът, който ги доказа грешни още през 1985 година.
Растежът на растението корелира с количеството въглерод, което поема, и Дрейк първоначално създаде елегантен експеримент за наблюдение на растежа в блатото. „Добре казах, вместо да отидем там и да измерим всички растения, просто ще измерим потока на CO 2 “, казва той. „Хората, които преглеждаха нашето предложение, смятаха, че ние се разширяваме много повече от това, което те смятаха, че е приложимо в лабораторията на място.“
Берт Дрейк, растителен еколог и старши учен емерит в Центъра за изследвания на околната среда, създаде елегантен експеримент за наблюдение на растежа в блатото. (Смитсонов център за изследвания на околната среда) Дрейк проектира поредица от цилиндрични камери с отворено дъно, които да се поставят върху петна от блато. В диаметър около три фута имаха осмоъгълна алуминиева тръбна рамка с прозрачни пластмасови стени и отворен плот, за да не улавят топлина като оранжерия. След това той тръби въглероден диоксид в камерите, повишавайки нивото до очакваното 100 години в бъдеще.
„Бихме могли да наблюдаваме концентрацията на CO 2, която влиза в камерите, и CO 2 вътре, и CO 2 излиза“, казва той. Непосредствените резултати показват, че утайките в камерите на Дрейк растат с добавена енергичност, лесно усвоявайки допълнителния въглероден диоксид, докато тревите не се променят. Моделът съвпада с това, което учените са видели в лабораторията и доказа, че методът му работи. Той успешно е управлявал контролирано проучване в иначе неконтролируема среда. Дрейк вече можеше да се довери на други наблюдения за това как растенията използват вода и хранителни вещества и взаимодействаха с обогатената с въглероден диоксид среда. „С подобен подход бихме могли да измерим нетната печалба от въглерод или загуба и да го направим в зависимост от температурата, валежите, слънчевата светлина, вие я наречете.“
Като демонстрация, че подобен експеримент е възможен, Дрейк никога не е очаквал проектът му да стане основа за полеви сайт, който ще продължи три десетилетия и ще вдъхнови подобна работа в други среди по света. Това е най-дългогодишното полево проучване за ефектите от повишаването на въглеродния двуокис върху растителната общност и продължава.
„Докато ние го изучаваме, въглеродният диоксид в атмосферата се е появил нещо като 13 или 14 процента“, казва Дрейк. „Нивото на морето излезе нещо като 10 или 15 см (4 до 6 инча).“ Нещо повече, той и десетките изследователи, които сега проведоха експерименти на мястото, успяха да наблюдават блатото чрез пълен набор от условия на околната среда, от влажни години до сухи, от по-топли до по-хладни години, дълги вегетационни сезони и къси.
„Наличието на толкова дълго непрекъснато проучване наистина ни дава огромно количество информация, която просто не можем да получим по друг начин“, казва Лонг. „[Дрейк] пое нещо съвсем ново, когато го създаде. Беше много смело да се направи и успя. “
Едно от ранните открития на Дрейк беше, че увеличаването на въглеродния диоксид към блатото води до увеличени емисии на метан. Те също научиха, че растенията от осота не са изпреварили тревите, въпреки способността си да растат по-бързо в среда с високо съдържание на въглероден диоксид.
Всяко откритие водеше до повече въпроси и теренният сайт растеше експоненциално. Учени като Мегонигал, които следват Дрейк, подобриха дизайна си, изключиха заварени алуминиеви рамки за PVC, разшириха камерите и добавиха още от тях за допълнителни изследвания. По пътя нови експерименти са се задълбочили в сложни взаимодействия в екосистемата.
Растежът на растението корелира с количеството въглерод, което поема, а Берт Дрейк (проверявайки измервания) първоначално е създал елегантен експеримент за наблюдение на растежа в блатото. (Смитсонов център за изследвания на околната среда) Когато учените увеличили азота в почвата, за да симулират увеличаващия се отток от сушата, те открили, че не всички растения реагират едно и също и техните отговори се променят в зависимост от наличния въглероден диоксид и вода. Една стъпка в един момент те разкъсват важни взаимодействия, търсейки прозорец за това как може да изглежда блатото през следващите 100 години.
През 2015 г. Мегонигал публикува проучване, в което той и колегите му подлагат растенията на различни водни нива, за да видят как ще реагират на повишаващото се морско равнище. „Очаквахме, че когато блатото започне да се потопява, би трябвало да може да запази повече въглерод и всъщност да бъде в крак с покачването на морското равнище“, казва Мегонигал. Тяхното мислене беше, че по-честото нагряване с вода ще поддържа ниските нива на кислород в горния слой на почвата. Това би забавило микробите, които разлагат мъртвите корени на растението и ще позволи на почвата да се натрупва.
Но това не се случи. Подобно на малки шнорхели за микроби, корените транспортират кислород от въздуха надолу в почвата, което означава, че всъщност няма значение колко дълго прекарва почвата под вода. Важното е колко корени има, доставят кислород до микробите. Megonigal установи, че колкото повече корени имате, толкова повече се разпада.
„Начинът, по който разлагането е представено в моделите, не се отнася до влиянието на растенията“, казва Мегонигал. „Значи нашите модели в по-голямата си част грешат, поне на базата на това едно проучване. Трябва да се съсредоточим върху комбинацията от тези неща, защото техните взаимодействия ще бъдат наистина важни за разбирането на изменението на климата. "
За създателите на политики разбирането на комбинацията от фактори, влияещи върху оцеляването на влажните зони, е повече от просто да знаят какво ще се случи. Активното управление на земята ще бъде решаваща част от стратегиите на някои държави за поддържане на капак за глобалното затопляне.
Според Бъркет от Геологическата служба на САЩ, тя не може да бъде по-спешна. „[Влажните зони] естествено отделят метан, но също така съхраняват милиарди тонове въглерод и как те се управляват влияят върху скоростта на отделяне и отделяне на въглерод.“
Поддържането или възстановяването на естествената хидрология във влажните зони може да увеличи способността им да съхраняват въглерод, докато преобразуването им в земеделие или водоеми за скариди може да освободи това, което се съхранява в почвата като въглероден диоксид.
„Ключово послание за създателите на политики е, че влажните зони са сложни системи, “ казва тя „За да подобрите дългосрочното съхранение на въглерод в тези влажни зони, трябва да разберете биогеохимичното циклиране на въглерода в тях. Това е научно начинание, което ще помогне да се подкрепи ангажиментът, поет от Париж, в Париж. "
Това, което учените научиха в този полеви проект, е важно не само за бъдещето на влажните зони, но и за предстоящите промени в климата, защото загубата на влажни зони като блата и мочурища може да отдели милиони тонове въглероден диоксид в атмосферата. (Том Моздзер)
