Paul J. Hanson et al. / AGU Advances, 2020.
При повышении температуры воздуха болота вместо накопления углерода становятся источником его эмиссии в атмосферу. Ученые подтвердили эту давнюю гипотезу, подвергая изолированные участки сфагнового болота в Миннесоте искусственному нагреву в течение четырех лет. В среднем такие участки начали терять по 31,3 грамм углерода с одного квадратного метра поверхности в год. Результаты их исследования опубликованы в журнале AGU Advances.
В болотных экосистемах Земли хранится порядка тысячи гигатонн углерода. Там он преобразуется в залежи торфа и надолго выводится из биологического круговорота. Однако подобная консервация сопровождается специфичными условиями: высокой влажностью, низкими температурами и кислой реакцей среды. Глобальное изменение климата делает районы распространения болот в высоких широтах все более сухими и теплыми, что потенциально может привести к нарушению устойчивости болотных экосистем и высвобождению большого количества парниковых газов в атмосферу.
Болотоведы под руководством Пола Хэнсона из Института наук о Земле и изменения климата в Окридже исследовали отклик болот на потепление климата. Для этого они провели полевые эксперименты в сфагновом болоте площадью 8,1 гектара на севере Миннесоты. Авторы исследования установили 10 конструкций, напоминающих теплицы диаметром 12 метров и высотой 7 метров с открытым верхом. Внутри этих сооружений искусственно нагревали воздух и почву болотных экосистем на +2,25; +4,5; +6,75 и +9 градусов Цельсия соответственно. Две теплицы были контрольными, участки экосистемы внутри них не подвергались изменению микроклимата.
Для нагрева воздуха использовали пропановые печи с системой рециркуляции, а для нагрева почвы — обогреватели, заключенные в трубы и закопанные на глубину 2-3 метра. Температура воздуха контролировалась с помощью термометров на высоте два метра, почвы — на глубине два метра. Также для моделирования будущих климатических изменений авторы исследования искусственно повышали концентрацию углекислого газа в воздухе над некоторыми участками. 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.
Измеренный углеродный обмен на болоте с 2016 по 2018 году. Горизонтальная линия в верхней части графика означает переход от аккумуляции углерода к его эмиссии. Серые точки внутри фигур означают эксперименты с повышением концентрации углекислого газа на фоне уже увеличившейся температуры. Пустой черный кружок — результат по контрольному участку, который не подвергался искусственному изменению микроклимата.
Paul J. Hanson et al. / AGU Advances, 2020.
Paul J. Hanson et al. / AGU Advances, 2020.
По итогам эксперимента все участки, которые подвергались направленному нагреванию, из накопителей углерода превратились в стабильные источники его эмиссии в виде метана и углекислого газа, даже несмотря на возросшую фотосинтетическую активность ели (Picea mariana) и лиственницы (Larix laricina). В среднем за год они теряли по 31,3 грамма углерода с одного квадратного метра поверхности (p<0,0001), потери наблюдались уже при повышении температуры на 2,25 и с ее дальнейшим увеличением возрастали сильнее (r2=0,72). Спустя три года участки с искусственно повышенными концентрациями углекислого газа не изменили свой углеродный баланс по сравнению с просто нагретыми участками. Авторы исследования отметили, что вероятно повышение температуры играет гораздо более значительную роль в изменении углеродного обмена. Также они подчеркнули, что полученные результаты станут лишь звеном в длительном и всестороннем изучении влияния климата на болотные экосистемы — за четыре года по участкам с уже сформированными болотными растительными сообществами сложно понять изменения в видовом составе и активности фотосинтеза, которые могут произойти в долгосрочной перспективе.
Недавно ученые спрогнозировали увеличение эмиссии метана болотами на 80 процентов к концу XXI века: такая ситуация станет возможной при отсутствии ограничения на антропогенные выбросы парниковых газов.
Марина Попова
