30 let vědci sledují slané bažiny v centrálním Marylandu dýchat. To znamená, že studovali, jak jeden ekosystém Chesapeake Bay odvádí oxid uhličitý z atmosféry, ukládá část uhlíku v podzemí a část uvolňuje zpět do vzduchu ve formě plynného metanu.
Po cestě, jak manipulovali s prostředím, aby napodobili budoucí svět s více atmosférickým oxidem uhličitým (CO 2 ), skleníkový plyn nejvíce zodpovědný za globální oteplování, vyšší hladiny moře a více živin ve vodě ze znečištěného odtoku. Až vegetační období začne letos na jaře, prozkoumají další kousek skládačky v naději, že získají jasnější představu o budoucnosti. Chtějí vědět, co se stane s bažinou, když teplota stoupne.
„Zvyšujeme CO 2 v této bažině po dobu 30 let, ale [zvýšený] CO 2 přichází s oteplováním, “ říká Pat Megonigal, hlavní výzkumný pracovník nové studie v globálním výzkumu změny mokřadů v Smithsonian Environmental Research Center (SERC) . "Teplý vzduch se časem převádí do půdy." Právě se dostáváme k útoku na tu část. “
Jako zástupce ředitele Střediska pro výzkum životního prostředí dohlíží Megonigal na toto pole, kde experimentují desítky vědců. Zde je bažina posetá zkušebními plochami, které vypadají jako čisté plastové místnosti postavené přes skvrny rákosí a trávy. Plastové mašle dotýkají krajinu protkanou promenádami, kabely a hadicemi. Tu a tam jsou promenády proměněny dřevěnými bednami, ve kterých jsou umístěny různé kontrolní stanice.
Vědci jako Megonigal studují změnu klimatu v tomto 125-akrovém bažině v nerozvinuté zátoce na řece Rhode více než tři desetiletí. To, co se naučili, má důležité důsledky nejen pro budoucnost mokřadů, ale také pro hrozící změnu klimatu, protože ztráta mokřadů, jako jsou močály a rašeliniště, by mohla do atmosféry uvolnit miliony tun oxidu uhličitého.
Navzdory tomu, že zabírají jen čtyři až šest procent zemského povrchu, mokřiny, jako jsou močály, rašeliniště a mangrovové lesy, drží čtvrtinu veškerého uhlíku uloženého v zemské půdě.
Všechny rostliny absorbují oxid uhličitý z atmosféry a mění uhlík na listy, stonky a kořeny. Uhlík se však uvolňuje zpět do atmosféry, když bakterie v půdě rozkládají spadané listí a další mrtvý rostlinný materiál.
V mokřadech však časté zaplavování vodou zbavuje kyslík milující bakterie kyslíku a zpomaluje je. Mrtvý rostlinný materiál se nerozkládá tak rychle, jako by byl v suchším prostředí, takže se hromadí, zhutňuje a přeměňuje na rašelinu bohatou na uhlík. Ukládání uhlíku tímto způsobem tlumí atmosféru z rostoucího oxidu uhličitého.
Ale příběh má temnější stránku. Mokré vlhké podmínky jsou připravovány kvašením, což produkuje metan, další skleníkový plyn na bázi uhlíku, který je 25 až 45krát účinnější než oxid uhličitý. Ve skutečnosti mokřiny představují největší jediný zdroj metanu a produkují odhadem 22 procent všech celosvětových emisí metanu.
V prosinci 2015 vůdcové z 195 zemí uzavřeli dohodu v Paříži omezující globální oteplování na ne více než 2 stupně Celsia (3, 6 stupně Fahrenheita) nad úroveň před industrializací. Kromě toho se zavázali k provádění metod, které by tento počet snížily na 2, 7 stupně Fahrenheita nad úroveň před industrializací.
V průměru za celý svět se teploty již za posledních 120 let zvýšily o 1, 4 ° F, takže dosažení těchto ambiciózních cílů bude vyžadovat rychlé snížení globálních emisí skleníkových plynů, což nelze sledovat bez přiměřeně přesného vyúčtování bilance mezi emisemi uhlíku a ukládáním uhlíku po celém světě. Globální vůdci proto musí pochopit, co se děje v mokřadech.
"Nic nemůže být odstraněno ze stolu, " říká Virginia Burkett , hlavní vědec pro změnu klimatu a využití půdy na americkém geologickém průzkumu. „Všechny systémy budou muset být posouzeny z hlediska jejich schopnosti ukládat uhlík, nejen emisí. Je také nezbytné pochopit sekvestraci uhlíku a to, jak lidé mohou zlepšit schopnost systémů, jako jsou mokřady, ukládat uhlík, aby bylo možné dosáhnout těchto obrovských redukcí, která jsou plánována a očekávána a zavázána mezinárodním společenstvím. “
Vědci, jako je Pat Megonigal (vlevo), studují změnu klimatu v tomto 125-akrovém bažině v nerozvinuté zátoce řeky Rhode po více než tři desetiletí. (Smithsonian Environmental Research Center) Faktorování přírodních ekosystémů do rovnice však nebude snadné.
Kolik uhlíkových mokřadů zabírají, kolik se uvolňují, jak rychle se hromadí půda a zda přílivové mokřady budou držet krok s nebo být spolknuty vzestupným mořem, to jsou faktory, které jsou vzájemně propojeny a závisí na různých vlivech.
Stejně jako tahání jedné linie v zamotané síti lan, jak se jedna smyčka uvolňuje, druhá se napíná a mění tvar celého svazku. V bažině se teplota, slanost, kysličník uhličitý a znečištění stékající ze země mění najednou. V průběhu let vědci vybírali uzel a rozplývali složitosti, ale je tu mnohem víc, čemu je třeba porozumět.
Jakmile se na jaře proběhne experiment zahřívání půdy Megonigalem, zahřívá teplo z horní části rostlin až dolů ke kořenové zóně, čtyři a půl stopy pod povrchem.
Na jaře jeho tým přidá 30 nových testovacích pozemků do svého kouta bažiny. Pomocí řady infračervených tepelných lamp a mřížky elektrických kabelů zapuštěných do půdy Megonigal zvýší teplotu na svých pozemcích v ustálených přírůstcích. Zvýšení se bude pohybovat od 0 do 7, 2 stupňů Fahrenheita nad okolním prostředím a bude se blížit nejteplejším podmínkám předpovídaným pro rok 2100, pokud nebude nic omezeno pro omezení změny klimatu.
Jeho primárním cílem je porozumět faktorům ovlivňujícím rozpad a akumulaci mrtvé rostlinné hmoty v solné bažině. Pokud rašelinová půda buduje dostatečně rychle, může být schopna držet krok s nárůstem hladiny moře. Pokud ne, bažina se může jednoduše utopit.
Otázkou je hřebíček pro komunity, které jsou závislé na močálech, které poskytují školku pro důležité komerční ryby, a tlumí nízko položenou zemi před bouřkovými vlnami a vlnivými vlnami.
Terénní místo, kde desítky vědců provádějí experimenty, je poseté plastovými mašinkami a je protkáno promenádami, kabely a hadicemi. (Kimbra Cutlip) Podle půdních jader přežila solná bažina v Environmentálním výzkumném středisku 4 000 let. Za tu dobu se Chesapeake Bay zvedl o 15 stop a močál se neustále vyvíjel, aby udržel tempo.
Mnoho mokřadů po celém světě udělalo totéž. Klima se však mění a hladina moře roste rychleji než kdy předtím. Kromě toho znečištění změnilo chemii vody a nově zavedené druhy rostlin a zvířat mohou měnit důležité aspekty fungování ekosystému. I množství usazenin mytých do mokřadů se s vývojem člověka na zemi rychle změnilo.
Megonigal předpokládá, že přidané teplo oživí mikroby v podzemí, čímž se zvýší rychlost rozkladu kořenů a dalších organických látek. Pokud ano, mohlo by to předvídat pomalé propadání bažiny a uvolňování dalšího metanu do atmosféry. Pak znovu, možná ne.
Možná začnou dominovat pomalejší mikroby, “říká Stephen Long, profesor biologie rostlin a biologie rostlin na University of Illinois a šéfredaktor časopisu Global Change . Nebo kombinace oteplování a přidaného oxidu uhličitého způsobí, že rostliny rostou rychleji, než se mohou rozkládat, což by mohlo zvýšit úroveň bažiny. "Je velmi obtížné předvídat s jistotou, co se stane, a proto je takový experiment tak důležitý, " říká.
Long je mezi mnoha vědci, kteří provedli experimenty na místě Smithsonian Marsh. Říká, že samotná myšlenka dělat tento druh práce v přírodním prostředí byla revoluční, když byl první experiment zaveden před 30 lety. V přírodě existuje tolik faktorů, které musí být kontrolovány nebo započítány, takže si mnozí ve vědecké komunitě mysleli, že to nelze udělat.
Bert Drake, rostlinný ekolog a emeritus vyšších vědců ve Středisku environmentálního výzkumu, je muž, který se jim v roce 1985 ukázal jako špatný.
Růst rostliny koreluje s množstvím uhlíku, které spotřebuje, a Drake původně vymyslel elegantní experiment pro sledování růstu v bažině. "Řekl jsem dobře, místo toho, abychom šli tam a měřili všechny rostliny, změříme jen tok CO 2, " říká. "Lidé, kteří přezkoumali náš návrh, si mysleli, že se rozšiřujeme daleko za hranice toho, co považovali za možné v laboratoři na poli."
Bert Drake, ekolog ekologů a emeritus vyšších vědců v Centru pro výzkum životního prostředí, vymyslel elegantní experiment pro sledování růstu bažiny. (Smithsonian Environmental Research Center) Drake navrhl sérii válcových komor s otevřeným dnem, které umístili přes skvrny bažiny. Asi tři metry v průměru měli osmihranný hliníkový trubkový rám s průhlednými plastovými stěnami a otevřenou střechou, takže nemohli zachytit teplo jako skleník. Poté zavedl oxid uhličitý do komor a zvýšil úroveň na to, co se v budoucnu očekávalo o 100 let.
"Mohli bychom sledovat koncentraci CO 2 vstupujícího do komor a CO 2 uvnitř a CO 2 vystupujících, " říká. Okamžité výsledky ukázaly, že ostřice v Drakeových komorách rostla s přidanou intenzitou, snadno nasákla další oxid uhličitý, zatímco trávy se nezměnily. Vzorek odpovídal tomu, co vědci v laboratoři viděli, a prokázal, že jeho metoda funguje. Úspěšně řídil kontrolovanou studii v jinak nekontrolovatelném prostředí. Drake nyní mohl důvěřovat dalším poznatkům o tom, jak rostliny používají vodu a živiny a jak reagují na prostředí obohacené oxidem uhličitým. "S takovým přístupem bychom mohli změřit čistý zisk uhlíku nebo ztráty a udělat to ve vztahu k teplotě, dešti, slunečnímu záření, jak to říkáte."
Jako důkaz, že takový experiment byl možný, nikdy Drake neočekával, že se jeho projekt stane základem terénního pracoviště, které bude trvat tři desetiletí a bude inspirovat podobnou práci v jiných prostředích po celém světě. Nyní je to nejdelší běžná terénní studie, která se dosud zabývala účinky rostoucího oxidu uhličitého na rostlinnou komunitu, a stále jde.
"Když jsme to studovali, kysličník uhličitý v atmosféře přišel něco jako 13 nebo 14 procent, " říká Drake. "Hladina moře stoupla něco jako 10 nebo 15 cm (4 až 6 palců)." A co víc, on a desítky vědců, kteří nyní prováděli experimenty na místě, byli schopni pozorovat bažinu v celé řadě podmínek prostředí., od mokrých do suchých, od teplejších do chladnějších let, dlouhých vegetačních období a krátkých.
"Mít tak dlouhou nepřetržitou studii nám opravdu poskytuje obrovské množství informací, které prostě nemůžeme získat jiným způsobem, " říká Long. "[Drake] vzal něco úplně nového, když to připravil. Byla to velmi odvážná věc a podařilo se jí to. “
Jedním z prvních zjištění Drake bylo, že zvyšování oxidu uhličitého do bažiny vedlo ke zvýšeným emisím methanového plynu. Také se dozvěděli, že ostřice rostliny předjely trávu, a to navzdory jejich schopnosti rychlejšího růstu v prostředí s vysokým obsahem oxidu uhličitého.
Každý objev vedl k dalším otázkám a terénní stránka rostla exponenciálně. Vědci jako Megonigal, kteří následovali Drakea, vylepšili svůj design, vypnuli svařované hliníkové rámy pro PVC, rozšířili komory a přidali další z nich pro další studie. Cestou se nové experimenty ponořily hlouběji do složitých interakcí v ekosystému.
Růst rostliny koreluje s množstvím uhlíku, které spotřebuje, a Bert Drake (kontrolní měření) původně vymyslel elegantní experiment pro sledování růstu v bažině. (Smithsonian Environmental Research Center) Když vědci zvýšili dusík v půdě, aby simulovali rostoucí odtok ze země, zjistili, že ne všechny rostliny reagovaly stejně, a jejich reakce se změnily v závislosti na dostupném oxidu uhličitém a vodě. Jeden krok za krokem škádlili důležité interakce a hledali okno, jak může bažina vypadat v příštích 100 letech.
V roce 2015 Megonigal zveřejnil studii, ve které on a jeho kolegové podrobili rostliny různým hladinám vody, aby zjistili, jak budou reagovat na stoupající hladinu moře. "Očekávali jsme, že jak se bažina začne ponořovat, měla by být schopna zachovat více uhlíku a vlastně být schopna držet krok s nárůstem hladiny moře, " říká Megonigal. Mysleli si, že častější zaplavování vodou by udržovalo nízkou hladinu kyslíku v horní vrstvě půdy. To by zpomalilo mikroby, které rozkládají mrtvé kořeny rostlin, a umožnilo by se hromadit více půdy.
Ale to se nestalo. Stejně jako malé šnorchly pro mikroby, kořeny transportují kyslík ze vzduchu dolů do půdy, což znamená, že nezáleží na tom, jak dlouho půda tráví pod vodou. Záleží na tom, kolik kořenů dodává mikrobům kyslík. Megonigal zjistil, že čím více kořenů máte, tím více dochází k rozkladu.
"Způsob, jakým je v modelech zastoupen rozklad, se nezabývá vlivem rostlin, " říká Megonigal. "Naše modely jsou z větší části nesprávné, alespoň na základě této jedné studie." Musíme se soustředit na kombinaci těchto věcí, protože jejich vzájemné působení bude skutečně důležité pro pochopení změny klimatu. “
Pro tvůrce politik je pochopení kombinace faktorů ovlivňujících přežití mokřadů více než jen vědět, co se stane. Aktivní správa půdy bude klíčovou součástí strategií některých národů pro udržení víka globálního oteplování.
Podle Burketta z amerického geologického průzkumu to nemohlo být naléhavější. "[Mokřady] přirozeně emitují metan, ale také ukládají miliardy tun uhlíku a způsob, jakým jsou řízeny, ovlivňuje rychlost sekvestrace a uvolňování uhlíku."
Udržování nebo obnova přirozené hydrologie na mokřadech může zvýšit jejich schopnost ukládat uhlík, zatímco jejich přeměna na zemědělství nebo rybníky skrček může uvolnit to, co je uloženo v půdě jako oxid uhličitý.
„Klíčovým poselstvím pro tvůrce politik je to, že mokřady jsou složité systémy, “ říká „K posílení dlouhodobého ukládání uhlíku v těchto mokřadních systémech musíte pochopit biogeochemické cyklování uhlíku v nich. To je vědecké úsilí, které pomůže podpořit závazek učiněný v Paříži zeměmi po celém světě. “
To, co se vědci naučili v tomto terénním projektu, je důležité nejen pro budoucnost mokřadů, ale také pro hrozící změnu klimatu, protože ztráta mokřadů, jako jsou bažiny a rašeliniště, by mohla uvolnit miliony tun oxidu uhličitého do atmosféry. (Tom Mozdzer)
