Выбросы углерода в атмосферу из ручьев и рек, как ожидается, увеличатся, поскольку более высокая температура воды стимулирует более высокие темпы распада органических веществ.
Но новое исследование, проведенное исследователем из Университета Юты Дженнифер Дж. Фоллстад Шах в сотрудничестве с группой из 15 ученых из США и Европы, предполагает, что эти скорости распада могут не увеличиваться так сильно, как ожидалось. На самом деле, исследование показывает, что средняя скорость распада может увеличиться на 5-21 процент при повышении температуры воды на 1-4 градуса по Цельсию - вдвое меньше, чем увеличение на 10-45 процентов, предсказанное метаболической теорией. Среднегодовая температура воды в некоторых ручьях и реках в настоящее время повышается с годовой скоростью примерно от 0,01 градуса до 0,1 градуса Цельсия из-за изменений климата и землепользования.
Исследование «Глобальный синтез температурной чувствительности разложения опавших листьев в ручьях и реках» было опубликовано 28 февраля в Global Change Biology.
Ручи и реки покрывают около 3 процентов поверхности суши Земли, но вносят важный вклад в глобальный углеродный цикл. Эти водные пути представляют собой основную среду обитания, где органические вещества, такие как опавшие листья, преобразуются в результате физических процессов и потребления микробами и беспозвоночными. Часть потребляемого органического вещества способствует росту этих организмов, но часть «теряется» ниже по течению, когда беспозвоночные разрывают подстилку на более мелкие кусочки, а часть выбрасывается в атмосферу в виде углекислого газа при дыхании..
Углекислый газ является парниковым газом, который способствует глобальному потеплению и закислению океана.
Теплая вода усиливает расщепление органических веществ, но неясно, приведет ли изменение климата к большему выбросу углерода в атмосферу по сравнению с переносом углерода вниз по течению в океан.
«Этот процесс не так очевиден, как таяние ледяных шапок и воздействие на такое харизматичное существо, как белый медведь, но он является важным индикатором глобального изменения климата», - сказал Фоллстад Шах, и тот, который имеет значение для значений, используемых в моделях изменения климата.
«Мы еще многого не понимаем в углеродном цикле», - сказала она. «Понимание температурной чувствительности экосистемных процессов, которые управляют круговоротом углерода, крайне важно, поскольку глобальные температуры растут».
В новом исследовании были проанализированы данные из более чем 1000 отчетов, представляющих 41 страну и 85 различных родов растений, для количественной оценки чувствительности распада подстилки в ручьях и реках к изменениям температуры. Он учитывал плотность беспозвоночных, глобальное положение и качество подстилки как факторы, контролирующие температурную чувствительность разрушения подстилки.
Исследование показало, что повышение температуры, вероятно, увеличит скорость разложения подстилки, но не так быстро, как ожидалось, исходя из метаболической теории, сказал Фоллстад Шах. Метаболическая теория утверждает, что скорость метаболизма организмов, которая частично зависит от температуры, управляет экологическими процессами. В этом случае, согласно метаболической теории, скорость распада подстилки будет зависеть от скорости метаболизма ручьевых организмов, которая стимулируется повышенными температурами.
Фоллстад Шах и его коллеги обнаружили, что температурная чувствительность разрушения подстилки выше в тропических биомах, чем в умеренных. По оценкам исследования, для примерно 10-процентного увеличения скорости разрушения подстилки требуется всего лишь повышение температуры на 1 градус Цельсия в тропиках и повышение температуры на 4 градуса Цельсия в биомах умеренного пояса..
Температурная чувствительность у разных типов растений различалась, что, как показывают данные, может быть связано с различиями в химическом составе листьев. Исследование также показало, что температурная чувствительность разрушения опавших листьев была одинаковой, независимо от того, опосредованы ли они только микробами или микробами и беспозвоночными.
Это говорит о том, что баланс между количеством высвобождаемого углекислого газа и количеством углерода, остающегося в твердой форме - опавшие листья перемещаются вниз по течению в виде более мелких частиц в океан - должен оставаться относительно постоянным, даже если температура повышается, сказал Фоллстад Шах. Это также предполагает, что можно сделать первоначальный широкомасштабный прогноз реакции скорости разрушения на изменение температуры потока.
"Наше исследование применимо к попыткам использовать стандартизированные меры для оценки состояния ручьев и рек", сказала она.
Многие ручьи и реки по всему миру повреждены. Иногда нарушения возникают из-за изменений температуры воды или других форм загрязнения.
«Разложение подстилки - это интегративный процесс. Его можно рассматривать как пищеварительную систему», - сказал Фоллстад Шах.«Мы можем определить, находится ли ручей или река в хорошем состоянии, если мы знаем, как ожидается изменение количества подстилки в различных условиях, подобно тому, как врачи диагностируют здоровье человека».