Арктическая вечная мерзлота тает по мере того, как Земля нагревается из-за изменения климата. В некоторых случаях ученые предсказывают, что тающая почва будет выделять все больше метана, мощного парникового газа, который, как известно, удерживает больше тепла в атмосфере нашей планеты.
Теперь команда под руководством Вашингтонского университета обнаружила новую причину увеличения выбросов метана из тающего болота вечной мерзлоты на Аляске: ранние весенние дожди нагревают болото и способствуют росту растений и микробов, производящих метан. Команда показала, что ранние осадки в 2016 году согрели болото примерно на три недели раньше, чем обычно, и увеличили выбросы метана из болота на 30 процентов по сравнению с предыдущими годами. Эти результаты были недавно опубликованы в Geophysical Research Letters.
«Вообще, вероятность образования метана возрастает с увеличением количества осадков, потому что почвы заболачиваются. Но то, что мы видим здесь, отличается», - говорит автор-корреспондент Ребекка Нойманн, доцент кафедры гражданского и экологического строительства Университета Вашингтона. Инжиниринг. «Ранние дожди вызвали поток теплой воды в наше болото. Мы полагаем, что микробы в болоте возбудились, потому что они были нагреты, поэтому они выделили питательные вещества из почвы, что способствовало большему росту растений. Производство и выбросы метана тесно связаны с почвой. температура и рост растений.
"Наши результаты подчеркивают, что эти регионы вечной мерзлоты чувствительны к тепловому воздействию дождя, и, поскольку мы ожидаем, что в будущем эти среды станут более влажными, мы можем наблюдать увеличение выбросов метана, которое мы не ожидал."
В северных широтах болота образуются при таянии вечной мерзлоты, богатой льдом. Оттаявшая область опускается относительно окружающего ландшафта по мере того, как лед тает, а почва заболачивается, образуя заболоченное место с травянистыми растениями, называемыми осоками, растущими по всей поверхности.
Нойманн и ее команда изучали тающее болото вечной мерзлоты, расположенное примерно в 20 милях от Фэрбенкса, Аляска, с 2014 по 2016 год. На протяжении многих лет исследователи отслеживали выбросы метана в болоте и вокруг него, рост осоки и температуру почвы при 16 различных глубин.
В 2016 году команда зафиксировала повышение температуры на краю болота на 20 дней раньше, а совокупные выбросы метана на болоте увеличились на 30 % по сравнению с предыдущими годами.
«Мы видели, как заводы сходили с ума, а выбросы метана сходили с ума», - сказал Нойманн. «В 2016 году выпало больше среднего количества осадков, но и в 2014-м тоже. Чем же отличался этот год?»
Ключевым оказалось время выпадения осадков: весенние осадки в 2016 году начались раньше, чем в 2014 году. Весной земля холоднее воздуха. Таким образом, дождь, имеющий ту же температуру, что и воздух, нагревает землю, попадая в почву. Чем раньше пойдут весенние дожди, тем быстрее пропитается почва в окружающем лесу. Любой избыток дождя затем стекает в болото, быстро нагревая болотную почву.
Теплая почва помогает микробам, живущим в болоте, и ускоряет их метаболизм. Обычно микробы используют кислород для разрушения органических веществ и выделяют в воздух углекислый газ. Но в заболоченных почвах, таких как болота, образовавшиеся в результате таяния вечной мерзлоты, вокруг нет кислорода. Таким образом, микробам приходится использовать все, что доступно, и в конечном итоге они превращают органические вещества в метан.
«Это дно с точки зрения производства энергии для них», - сказал Нойманн. «Микробы в этом болоте на каком-то уровне говорят: «О, чувак, мы застряли в производстве метана, потому что это все, что позволяет нам делать это болото».
В то же время осоки также питаются более теплой почвой. В 2016 году команда обнаружила больше таких растений на более теплых краях болота. Осоки, как и большинство растений, поглощают углекислый газ из воздуха для производства пищи, которую они посылают своим корням, чтобы помочь им расти. Иногда пища просачивается из корней в почву, где может стать пищей для микробов. Таким образом, большее количество осок напрямую подпитывает микробы, чтобы они производили больше метана.
Кроме того, осока содержит полые, наполненные воздухом трубки, которые позволяют кислороду поступать из воздуха к их корням. Эти трубки также позволяют метану микробов выходить из болота и попадать в атмосферу.
«На самом деле растения делают две вещи», - сказал Нойманн. «Они дают вкусный углерод, который позволяет микробам производить больше метана, чем в противном случае. Растения также обеспечивают канал, по которому метан уходит в атмосферу. Они наносят двойной удар по производству и выбросу метана».
По мере того, как Земля нагревается, ожидается, что в этих северных широтах выпадет больше осадков. Если этот дождь выпадет весной или в начале лета, эти районы могут выбросить в атмосферу больше метана, чем прогнозируется в настоящее время. Нойманн и ее команда планируют изучить выбросы метана из других болот, чтобы увидеть, верна ли эта закономерность в северных широтах.
«В целом, способность дождя переносить тепловую энергию в почву недооценивается», - сказал Нойманн. «Наше исследование показывает, что, влияя на температуру почвы и выбросы метана, дождь может повысить способность оттаивающих ландшафтов вечной мерзлоты нагревать климат».