Почти половина органического углерода, хранящегося в почве по всему миру, содержится в арктической вечной мерзлоте, которая быстро тает, и этот органический материал может быть преобразован в парниковые газы, которые усугубят глобальное потепление.
Когда вечная мерзлота оттаивает, микробы потребляют эти запасы углерода и производят углекислый газ, большая часть которого в конечном итоге попадает в атмосферу, но ученые не уверены в том, как работает эта система.
Новое исследование, опубликованное на этой неделе в Nature Communications, описывает механизмы и указывает на важность как солнечного света, так и правильного микробного сообщества как ключей к преобразованию углерода вечной мерзлоты в CO2Исследование было поддержано Национальным научным фондом США и Министерством энергетики.
«Нам давно известно, что микробы превращают углерод в CO2, но предыдущие попытки воспроизвести арктическую систему в лабораторных условиях потерпели неудачу», - отметил Байрон Крамп, Биогеохимик из Орегонского государственного университета и соавтор исследования. «Как оказалось, это потому, что в лабораторных экспериментах не учитывался очень важный элемент - солнечный свет.
Когда вечная мерзлота тает и накопленный углерод высвобождается в реки и озера в Арктике, он подвергается воздействию солнечного света, который усиливает разложение одних микробных сообществ и разрушает активность других сообществ. Разные микробы реагируют по-разному, но существуют сотни, даже тысячи различных микробов, и оказалось, что микробы в почве хорошо приспособлены для того, чтобы питаться выставленным солнечным светом углеродом вечной мерзлоты».
Исследовательская группа из штата Орегон и Мичиганского университета смогла идентифицировать соединения, которые микробы предпочитают, используя химию высокого разрешения и генетические подходы. Они обнаружили, что солнечный свет делает почву вечной мерзлоты более вкусной для микробов, потому что он превращает ее в тот же вид углерода, который они уже любят есть - углерод, который они приспособлены метаболизировать..
«Углерод, о котором мы говорим, перемещается из почвы в реки и озера, где он полностью подвергается воздействию солнечного света», - сказал Крамп. «Здесь нет ни деревьев, ни тени, а летом солнечный свет светит 24 часа в сутки. Это делает солнечный свет потенциально более важным для преобразования углерода в CO2 в Арктике, чем в тропический лес, например.
Поскольку климат продолжает нагреваться, есть интересные последствия для Арктики, сказал Крамп, который является преподавателем Колледжа наук о Земле, океане и атмосфере ОГУ.
«Долгосрочный прогноз для экосистемы арктической тундры заключается в том, что потепление приведет к тому, что кустарники и более крупные растения заменят тундру, которая обеспечит тень от солнечного света», - сказал Крамп.«Это считается отрицательной обратной связью. Но есть и положительная обратная связь, поскольку прогнозируется расширение сезонов. Весна наступит раньше, а осень - позже, и больше воды и углерода попадет в озера и ручьи с более быстрой деградацией углерод.
"Какая обратная связь будет сильнее? Никто не может сказать наверняка."
Ставки высоки, сказал Крамп. В вечной мерзлоте содержится больше углерода, чем в атмосфере. Он накапливался в течение миллионов лет, когда растения росли и умирали, при очень медленном процессе разложения из-за морозной погоды.
«Некоторые органические вещества менее вкусны для микробов, чем другие, - сказал Крамп, - но бактериальные сообщества разнообразны, поэтому всегда найдется что-то, кому нужна эта энергия и кто будет ее использовать».