Znanstveniki že 30 let opazujejo dihanje solnega barja v osrednjem Marylandu. To pomeni, da so preučevali, kako en ekosistem Chesapeake Bay črpa ogljikov dioksid iz ozračja, nekaj ogljika shranjuje pod zemljo in nekaj sprošča nazaj v zrak v obliki plina metana.
Medtem ko so manipulirali z okoljem, da bi oponašali bodoči svet z več atmosferskega ogljikovega dioksida (CO 2 ), toplogrednih plinov, ki so najbolj odgovorni za globalno segrevanje, višjo morsko gladino in več hranilnih snovi v vodi iz onesnaženega odtoka. Ko se bo letošnja pomlad začela rastna sezona, bodo raziskovali še en del sestavljanke v upanju, da bodo dobili jasnejšo sliko o prihodnosti. Želijo vedeti, kaj se zgodi z močvirjem, ko se temperatura dvigne.
"CO 2 v tem močvirju dvigujemo že 30 let, vendar [povišan] CO 2 prihaja do segrevanja, " pravi Pat Megonigal, vodilni raziskovalec nove študije v Globalni raziskavi mokrišča v Smithsonian Environment Research Center (SERC) . "Segrevanje zraka se sčasoma prevede v tla. Pravkar se lotevamo napada tega dela. "
Kot namestnik direktorja okoljskega raziskovalnega centra Megonigal nadzira to področje, kjer na desetine znanstvenikov izvaja eksperimente. Tu je močvirje zasuto s testnimi ploskvami, ki so videti kot prozorne plastične sobe, zgrajene nad zaplati trstike in trave. Plastične kontrakture pikajo pokrajina, ki jo prekrivajo pločniki, kabli in cevi. Tu in tam so pločniki omejeni z lesenimi škatlami, v katerih so nameščene različne kontrolne postaje.
Raziskovalci, kot je Megonigal, že več kot tri desetletja preučujejo podnebne spremembe v tem 125-akrskem barju v nerazvitem obrežju reke Rhode. Kar so se naučili, ima pomembne posledice ne samo za prihodnost mokrišč, ampak tudi za bližajoče se podnebne spremembe, saj bi izguba mokrišč, kot so močvirja in močvirja, lahko v ozračje izpustila milijone ton ogljikovega dioksida.
Kljub temu, da zavzemajo le štiri do šest odstotkov zemeljskega kopenskega območja, mokrišča, kot so močvirja, močvirja in mangrovski gozdovi, vsebujejo četrtino vsega ogljika, shranjenega v zemljini zemlji.
Vse rastline prevzamejo ogljikov dioksid iz ozračja in ogljik pretvorijo v liste, stebla in korenine. Toda ogljik se sprosti nazaj v ozračje, ko bakterije v tleh razpadejo odpadle liste in drug odmrli rastlinski material.
V mokrišču pa pogosto zaužitje z vodo odvzame kisikom ljubeče bakterije in jih upočasni. Odmrli rastlinski material ne razpade tako hitro kot v sušnem okolju, zato se nabira, stisne in spremeni v ogljik, bogat z ogljikom. Shranjevanje ogljika na ta način zaščiti atmosfero pred naraščajočim ogljikovim dioksidom.
Toda v zgodbi je temnejša stran. Vlažne razmere so pripravljene za fermentacijo, ki proizvaja metan, še en toplogredni plin na osnovi ogljika, ki je 25 do 45-krat močnejši od ogljikovega dioksida. V resnici so mokrišča največji posamezni vir metana, saj ustvarijo približno 22 odstotkov vseh svetovnih emisij metana.
Decembra 2015 so voditelji iz 195 držav v Parizu razveljavili sporazum o omejitvi globalnega segrevanja na največ 2 stopinji Celzija (3, 6 stopinje Fahrenheita) nad predindustrijsko raven. Poleg tega so se zavezali k iskanju metod, ki bi to število zmanjšale na 2, 7 stopinje Fahrenheita nad predindustrijsko raven.
V povprečju po vsem svetu so se temperature v zadnjih 120 letih dvignile za 1, 4 stopinje F, zato bo za doseganje tako ambicioznih ciljev potrebno hitro zmanjšanje svetovnih emisij toplogrednih plinov, kar ni mogoče nadzorovati brez razumno natančnega računovodstva bilance med emisijami ogljika in shranjevanjem ogljika po vsem svetu. Za to morajo svetovni voditelji razumeti, kaj se dogaja v mokriščih.
"Nič se ne more spraviti z mize, " pravi Virginia Burkett , glavna znanstvenica za spremembe podnebja in rabe zemljišč pri ameriškem geološkem zavodu. "Vse sisteme je treba oceniti glede na sposobnost skladiščenja ogljika, ne samo emisij. Zaščita ogljika in kako lahko ljudje izboljšajo sposobnost sistemov, kot so mokrišča, da skladiščijo ogljik, je prav tako bistvenega pomena za razumevanje, da bi dosegli ta ogromna zmanjšanja, ki jih predvideva in pričakuje in jih bo zavezala mednarodna skupnost. "
Raziskovalci, kot je Pat Megonigal (levo), že več kot tri desetletja preučujejo podnebne spremembe tega močvira na 125 hektarjih v nerazvitem obrežju reke Rhode. (Smithsonian Research Center) Vključitev naravnih ekosistemov v enačbo pa ne bo enostavno.
Koliko ogljikovih mokrišč zavzame, koliko se sprosti, koliko hitro se nabira tla in ali bodo plimovanja plimovanja potekala v koraku z ali bi jih požirala vzhajajoča morja, so vsi dejavniki, ki se med seboj prepletajo in so odvisni od različnih vplivov.
Tako kot zategovanje ene vrstice v zapleteni mreži vrvi, ko ena zanka popusti, se druga zategne, spremeni obliko celotnega snopa. V močvirju se vse naenkrat spremenijo temperatura, slanost, ogljikov dioksid in onesnaženje. Skozi leta so znanstveniki trkali v vozel, odkrivali zapletenosti, a je treba razumeti še veliko več.
Ko se bo Megonigalov poskus segrevanja tal začel spomladi , bo toploto od vrha rastlin vse do dna koreninskega pasu, štiri metre in pol pod površjem, odganjal od vrha rastlin.
Do pomladi bo njegova ekipa dodala 30 novih testnih ploskev v svoj kotiček močvirja. S pomočjo banke infrardečih toplotnih žarnic in mreže električnih kablov, potopljenih v zemljo, bo Megonigal stalno dvigoval temperaturo na svojih parcelah. Povišanje se bo gibalo od 0 stopinj do 7, 2 stopinje Fahrenheita nad okoliškim okoljem, kar bo približalo najtoplejše razmere, napovedane za leto 2100, če nič ne bi bilo storjeno za omejitev podnebnih sprememb.
Njegov primarni cilj je razumeti dejavnike, ki vplivajo na propadanje in kopičenje odmrle rastlinske snovi v solnem barju. Če se šotna tla naredijo dovolj hitro, bo morda lahko sledila naraščanju morske gladine. V nasprotnem primeru se močvirje preprosto utopi.
Vprašanje je gniloba nohtov za skupnosti, ki so odvisne od močvirja, ki nudijo drevesnice za pomembne komercialne ribe, in puščajo nizko ležeče zemljišče pred nevihtnimi naleti in udarnimi valovi.
Terensko mesto, kjer na desetine znanstvenikov izvaja poskuse, je prepleteno s plastičnimi kontrakcijami in prečkano s ploščami, kabli in cevmi. (Kimbra Cutlip) Po jedrih tal je solno barje na okoljskem raziskovalnem središču preživelo 4000 let. V tem času se je zaliv Chesapeake dvignil za 15 čevljev in močvirje se je vztrajno gradilo, da je držalo korak.
Veliko mokrišč po vsem svetu je storilo enako. Toda podnebje se spreminja in gladina morja narašča hitreje kot kdajkoli prej. Poleg tega je onesnaževanje spremenilo kemijo vode in na novo uvedene vrste rastlin in živali lahko spremenijo pomembne vidike delovanja ekosistema. Tudi količina izpiranja usedlin v mokrišča se je s človeškim razvojem na kopnem hitro spremenila.
Megonigal predvideva, da bo dodana toplota poživila mikrobe pod zemljo in povečala hitrost razgradnje korenin in drugih organskih snovi. Če je tako, bi to lahko preprečilo počasno potapljanje barja in sproščanje več metana v ozračje. Potem pa spet, morda ne.
Morda bodo počasi začeli prevladovati mikrobi, «pravi Stephen Long, profesor poljščine in biologije rastlin na univerzi v Illinoisu in glavni urednik revije Global Change . Ali kombinacija segrevanja in dodanega ogljikovega dioksida povzroči rast rastlin hitreje, kot se lahko razpadejo, kar lahko dvigne nivo močvirja. "Zelo težko je z gotovostjo napovedati, kaj se bo zgodilo, zato je eksperiment, kot je ta, tako pomemben, " pravi.
Long je med številnimi raziskovalci, ki so izvajali poskuse na območju močvirja Smithsonian. Pravi, da je bila sama misel o izvajanju tovrstnih del v naravnem okolju revolucionarna, ko je bil prvi poskus postavljen pred 30 leti. Toliko dejavnikov je treba nadzorovati ali upoštevati v naravi, da so mnogi v znanstveni skupnosti menili, da tega ni mogoče storiti.
Bert Drake, rastlinski ekolog in starejši znanstvenik emeritus iz Centra za raziskave okolja, je človek, ki jih je dokazal narobe že leta 1985.
Rast rastline je odvisna od količine ogljika, ki jo zaužije, Drake pa je sprva zasnoval eleganten eksperiment za spremljanje rasti v barju. "Dobro sem rekel, da namesto da bi šli tja in izmerili vse rastline, bomo samo izmerili pretok CO 2, " pravi. "Ljudje, ki so pregledali naš predlog, so mislili, da se širimo nad tisto, za kar so verjeli, da je uporabno v laboratoriju na terenu."
Bert Drake, rastlinski ekolog in starejši znanstvenik emeritus iz okoljskega raziskovalnega centra, je zasnoval eleganten eksperiment za spremljanje rasti na močvirju. (Smithsonian Research Center) Drake je zasnoval serijo cilindričnih komor z odprtim dnom, ki so postavljene čez močvirja. Premer približno tri noge je imel osmerokoten aluminijast okvir cevi s prozornimi plastičnimi stenami in odprtim vrhom, da ne bi lovili toplote kot rastlinjak. Nato je ogljikov dioksid preusmeril v komore in tako dvignil raven na pričakovano 100 let v prihodnosti.
"Lahko bi spremljali koncentracijo CO 2, ki vstopa v komore, in CO 2 znotraj, in CO 2 ven, " pravi. Takojšnji rezultati so pokazali, da so sedla v Drakeevih komorah rasla z dodano močjo in tako zlahka vpijala dodatni ogljikov dioksid, medtem ko se trave niso spremenile. Vzorec se je ujemal s tistimi, ki so jih znanstveniki videli v laboratoriju, in dokazal, da njegova metoda deluje. Uspešno je vodil nadzorovano študijo v sicer neobvladljivem okolju. Drake bi zdaj lahko zaupal drugim opazovanjem, kako so rastline uporabljale vodo in hranila ter vplivale na okolje, obogateno z ogljikovim dioksidom. "S takšnim pristopom bi lahko izmerili čisti dobiček ogljika ali izgubo in to naredili v povezavi s temperaturo, padavinami, sončno svetlobo."
Kot dokaz, da je bil tak poskus mogoč, Drake nikoli ni pričakoval, da bo njegov projekt postal temelj za terensko mesto, ki bi trajalo tri desetletja in navdihnilo za podobno delo v drugih okoljih po svetu. Zdaj je to najdaljša terenska študija o vplivih naraščanja ogljikovega dioksida na rastlinsko skupnost in še vedno traja.
"Medtem ko smo ga preučevali, je ogljikov dioksid v atmosferi prišel do približno 13 ali 14 odstotkov, " pravi Drake. "Morska gladina je dosegla približno 10 ali 15 cm (4 do 6 palcev)." Še več, on in desetine raziskovalcev, ki so zdaj izvajali poskuse na kraju, so lahko opazovali močvirje skozi celoten obseg okoljskih razmer, od vlažnih let do suhih, od toplejših do hladnejših let, dolgih rastnih sezon in kratkih.
"Če imamo tako dolgo neprekinjeno študijo, nam resnično ponuja ogromno informacij, ki jih preprosto ne moremo dobiti drugače, " pravi Long. "[Drake] je prevzel nekaj povsem novega, ko ga je postavil. To je bilo zelo smelo in uspelo je. "
Ena od zgodnjih ugotovitev Drakea je bila, da je povečanje ogljikovega dioksida v močvirju povzročilo povečane emisije plina metana. Prav tako so izvedeli, da rastline sedre niso prehitele trave, kljub njihovi zmožnosti hitrejšega rasti v okolju z visoko vsebnostjo ogljikovega dioksida.
Vsako odkritje je vodilo do več vprašanj in terensko mesto je eksponentno raslo. Znanstveniki, kot je Megonigal, ki so sledili Drakeu, so izboljšali svojo zasnovo, izklopili varjene aluminijaste okvirje za PVC, povečali komore in jih dodali za dodatne študije. Na poti so se novi poskusi poglabljali globlje v zapletene interakcije ekosistema.
Rast rastline je odvisna od količine ogljika, ki jo zaužije, Bert Drake (preverjanje meritev) pa je sprva zasnoval eleganten eksperiment za spremljanje rasti v močvirju. (Smithsonian Research Center) Ko so znanstveniki povečali dušik v tleh, da so simulirali naraščajoči odtok s kopnega, so odkrili, da niso vse rastline reagirale enako, njihovi odzivi pa so se spreminjali glede na razpoložljivi ogljikov dioksid in vodo. Naenkrat so se lotili pomembnih medsebojnih odnosov in iskali okno, kako bo močvirje izgledalo v naslednjih 100 letih.
Leta 2015 je Megonigal objavil študijo, v kateri je skupaj s sodelavci rastline podvrgel različnim vodostajem, da bi videl, kako se bodo odzvali na naraščajočo morsko gladino. "Pričakovali smo, da bo moč, ko se bo močvirje začelo potapljati, ohraniti več ogljika in dejansko biti v koraku z dvigom morske gladine, " pravi Megonigal. Njihovo razmišljanje je bilo, da bi pogostejše zalivanje z vodo ohranjalo raven kisika v zgornji plasti zemlje. To bi upočasnilo mikrobe, ki razkrajajo odmrle korenine rastlin in pustili, da se nabere več zemlje.
Vendar se to ni zgodilo. Kot majhne dihalke za mikrobe, tudi korenine prenašajo kisik iz zraka navzdol v tla, kar pomeni, da v resnici ni pomembno, koliko časa zemlja preživi pod vodo. Pomembno je, koliko korenin dovaja kisik do mikrobov. Megonigal je ugotovil, da več korenin ima, več razpada.
"Način razgradnje v modelih ne obravnava vpliva rastlin, " pravi Megonigal. "Torej so naši modeli večinoma napačni, vsaj na podlagi te ene študije. Osredotočiti se moramo na kombinacijo teh stvari, saj bodo njihove interakcije resnično pomembne za razumevanje podnebnih sprememb. "
Za oblikovalce politik je razumevanje kombinacije dejavnikov, ki vplivajo na preživetje mokrišč, več kot zgolj vedeti, kaj se bo zgodilo. Aktivno gospodarjenje z zemljo bo ključni del strategij nekaterih držav za ohranitev pokrova na področju globalnega segrevanja.
Po Burkettovem mnenju iz ameriškega geološkega zavoda ne bi bilo več nujno. "[Mokrišča] naravno oddajajo metan, vendar skladiščijo tudi milijarde ton ogljika in kako z njimi ravnamo, vplivajo na stopnje zasega in sproščanja ogljika."
Vzdrževanje ali obnavljanje naravne hidrologije v mokriščih lahko poveča njihovo sposobnost za skladiščenje ogljika, medtem ko jih pretvorba v ribnike v kozicah in kozicah lahko sprosti tisto, kar je shranjeno v zemlji kot ogljikov dioksid.
"Ključno sporočilo oblikovalcem politike je, da so mokrišča zapleteni sistemi, " pravi: "Če želite izboljšati dolgoročno skladiščenje ogljika v teh mokriščih, morate razumeti biogeokemično kroženje ogljika v njih. To je znanstveno prizadevanje, ki bo pomagalo podpreti zaveze držav po vsem svetu v Parizu. "
Kar so se znanstveniki naučili v tem terenskem projektu, je pomembno ne le za prihodnost mokrišč, temveč tudi za bližajoče se podnebne spremembe, saj bi izguba mokrišč, kot so močvirja in močvirja, lahko v ozračje izpustila milijone ton ogljikovega dioksida. (Tom Mozdzer)
