Представьте, 500 миллионов автомобилей стоят рядами. Именно столько углерода - около 1000 петаграммов, или один миллиард метрических тонн - заперто в вечной мерзлоте Арктики.
В настоящее время ученые подсчитали, что 5-15% углерода, хранящегося в поверхностных слоях вечной мерзлоты, к 2100 году могут быть выброшены в виде углекислого газа, вызывающего парниковый эффект, учитывая нынешнюю траекторию глобального потепления. Это излучение, вызванное действием микробов, может привести к дополнительному глобальному потеплению на 0,3-0,4 градуса Цельсия.
Но в этой оценке отсутствует важнейший путь проникновения углекислого газа в атмосферу: солнечный свет.
Согласно исследованию Мичиганского университета, органический углерод в тающих вечномерзлых почвах, смытых в озера и реки, может превращаться в углекислый газ под действием солнечного света. Этот процесс известен как фотоминерализация.
Исследование, проведенное водным геохимиком Роуз Кори, показало, что органический углерод от таяния вечной мерзлоты очень чувствителен к фотоминерализации под действием ультрафиолетового и видимого света и может внести дополнительные 14% углекислого газа в атмосферу. Исследование ее команды опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.
«Только недавно глобальные климатические модели включали парниковые газы от таяния вечной мерзлоты. Но ни одна из них не содержит такой обратной связи», - сказал Кори, доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде.
"Чтобы получить числовое значение того, сколько углерода может быть высвобождено из вечной мерзлоты в результате окисления, мы должны понять, каковы процессы и каковы временные рамки: может быть, этот углерод настолько устойчив к окислению, что, даже если оттаяв, он просто стечет в Северный Ледовитый океан и будет погребен в другом морозильнике."
Этот путь обсуждался, потому что трудно измерить, как солнечный свет разлагает почвенный углерод. Каждая длина волны света по-разному влияет на органический углерод почвы, как и уровень железа в почве. Чтобы точно измерить, как выделяется углекислый газ, когда органический углерод подвергается воздействию солнечного света, соавтор Кори Коллин Уорд, ученый из Океанографического института Вудс-Хоул и выпускник Университета Массачусетса, разработал метод измерения воздействия каждой длины волны на органический углерод почвы. Для этого он построил новый инструмент, который использует светодиоды для имитации различных длин волн солнца.
«Этот новый метод на основе светодиодов значительно упрощает и удешевляет выяснение того, как реакции, вызванные светом, меняются для разных длин волн солнца», - сказал Уорд. «После того, как я построил прибор, я сразу же позвонил Роуз и сказал ей, что хочу сначала использовать его на образцах вечной мерзлоты».
Исследователи поместили органический углерод, выщелоченный из образцов почвы из шести арктических регионов, в прибор, а затем подвергли образцы воздействию светодиодного освещения. После воздействия света они извлекли углекислый газ криогенным способом и использовали масс-спектрометр для измерения возраста и количества углекислого газа, выделяемого почвенным углеродом.
Они обнаружили, что на количество выделяемого углекислого газа влияет не только длина волны солнечного света, но и количество железа в образце. Железо выступало в роли катализатора, увеличивая реакционную способность почвы.
«Мы давно подозревали, что железо катализирует этот процесс, управляемый солнечным светом, и это именно то, что показывают наши результаты», - сказал Кори. «По мере увеличения общего количества железа увеличивается количество углекислого газа».
Команда Кори также использовала углеродный анализ для определения возраста органического углерода почвы и выделяемого из него углекислого газа, чтобы продемонстрировать, что это окисление происходило с древней вечной мерзлотой, а не только с почвой, которая ежегодно оттаивает. Это важно, потому что почва, которая ежегодно оттаивает, выделяет гораздо меньше углекислого газа, чем то, что доступно в вечной мерзлоте.
Исследователи обнаружили, что ей было от 4 000 до 6 300 лет, и, продемонстрировав возраст почвы, они показали, что углерод вечной мерзлоты восприимчив или лабилен к окислению до двуокиси углерода.
«У нас есть не только первое измерение этой реакции, вызванной солнечным светом, но и подтверждение того, что старый углерод окисляется до углекислого газа», - сказал Кори. «Мы можем развеять любые сомнения в том, что солнечный свет окисляет старый углерод, и мы показываем, что контролирует этот процесс - это железо, которое катализирует окисление солнечным светом древнего (или старого) углерода».
Включение результатов работы команды UM в модели изменения климата означает, что, по скромным оценкам, может произойти высвобождение 6% из 100 миллиардов метрических тонн углерода, которые в настоящее время хранятся в арктической вечной мерзлоте. Если 6% звучит не так уж много, считайте, что это углеродный эквивалент примерно 29 миллионов автомобилей, испаряющихся в атмосферу.