Исследование EPFL побудило ученых переосмыслить стандартный подход, используемый для расчета скорости газообмена между горными потоками и атмосферой. Исследования, проведенные на водотоках в Во и Вале, показывают, что уравнения, используемые для прогнозирования газообмена на основе данных по низинным водотокам, в среднем в 100 раз ниже фактической скорости газообмена в горных водотоках.
Это открытие, опубликованное в журнале Nature Geoscience, позволит ученым разработать более точные модели роли, которую горные потоки играют в глобальных биогеохимических потоках. Учитывая, что более 30% земной поверхности покрыто горами, последствия этого открытия значительны.
Исследование проводилось в Лаборатории исследований биопленки и экосистем Stream (SBER) EPFL в рамках Школы архитектуры, гражданского строительства и инженерии окружающей среды (ENAC).
Больше турбулентности
В водных экосистемах, таких как мировые океаны, ручьи и озера, многочисленные водные организмы, от бактерий до рыб, вдыхают кислород и выдыхают CO2 Следовательно, эти газы должны быть постоянно «обмениваются» из атмосферы в воду и наоборот. Поскольку горные ручьи часто текут по крутым обрывам и пересеченной местности, это создает сильную турбулентность и приводит к тому, что пузырьки воздуха задерживаются в воде, делая ее белой (она же «белая вода»).
Эти пузырьки ускоряют газообмен. Поразительно, тот же механизм работает, когда на поверхности бурных морей появляются волны с белыми шапками. До сих пор ученые игнорировали вклад пузырьков воздуха и использовали для расчета скоростей газообмена в горных ручьях тот же подход, что и в спокойных низинных ручьях.
Более точные расчеты
Интуитивно понятно, что пересеченная местность будет влиять на газообмен в горных ручьях, но до 2016 года не было собрано никаких доказательств для проверки этой гипотезы. Именно тогда исследователи EPFL установили более 130 датчиков окружающей среды в горных ручьях в Во и Вале. для изучения этого физического явления и связанных с ним биогеохимических потоков. Чтобы максимально точно измерить скорость газообмена, один из ученых SBER и первый автор исследования Эмбер Улсет вместе с другими добавили в потоки небольшое количество аргона в качестве индикаторного газа. Аргон - природный газ, безвредный для водных экосистем.
Используя передовые аналитические методы в лаборатории, Эмбер Ульсет и ее коллеги смогли количественно определить потери аргона из речной воды. Затем они смоделировали скорость газообмена по потерям индикаторного газа ниже по течению в речной воде. Их результаты показывают, что скорость газообмена в горных ручьях в среднем в 100 раз выше, чем предсказывается на основе уравнений, полученных на основе аналогичных экспериментов с индикаторным газом в низинных ручьях.
Основные последствия
«Наши результаты имеют серьезные последствия. Они предполагают, что мы недооценили влияние всех небольших, но обильных горных ручьев в наших биогеохимических моделях. Это открывает новые возможности для исследований», - говорит Том Баттин, директор SBER. и соавтор исследования. Его лаборатория уже занимается расширением этого исследования, например, разработкой новой модели для прогнозирования выбросов CO2 из горных ручьев по всему миру.