Прибрежные экосистемы мира, такие как приливные болота и мангровые леса, могут накапливать и улавливать большое количество углерода, известного под общим названием «синий углерод».
Бывший президент Барак Обама в 2014 году сделал исследование динамики углерода в этих прибрежных экосистемах приоритетным из-за их важности для глобального углеродного цикла.
Несмотря на то, что они являются потенциальными поглотителями или хранилищами углерода, до сих пор неясно, как различные биофизические процессы влияют на динамику углерода в этих экосистемах.
Используя средства из недавно присужденной ему премии Национального научного фонда за раннее развитие карьеры преподавателей, Родриго Варгас из Университета Делавэра создаст лабораторию под открытым небом в заповеднике Сент-Джонс, который является составной частью Национального эстуарного исследовательского заповедника Делавэра (ДНЭРР) и входит в состав Национального эстуарного исследовательского заповедника (НЭРР). Его исследовательские усилия будут способствовать лучшему пониманию вертикальных и латеральных потоков углерода - количества углерода, которым обмениваются земля и атмосфера, и количества углерода, которым обмениваются земля и океан - в приливных прибрежных водно-болотных угодьях.
Благодаря премии NSF Career Award Варгас, доцент кафедры растениеводства и почвоведения в Колледже сельского хозяйства и природных ресурсов Университета штата Калифорния (CANR), также будет работать над расширением возможностей студентов из числа меньшинств, интегрируя их в исследовательскую, образовательную и информационно-просветительской деятельности и укрепит социальный капитал за счет укрепления сети студентов, научных работников и исследователей на солончаках в штате Делавэр и за его пределами.
Вертикальные и боковые потоки
Вертикальные потоки углерода включают количество углерода, поступающего из земли в атмосферу или из атмосферы в экосистему, и будут оцениваться путем измерения потоков двуокиси углерода (CO2) и метан (CH4), два важных парниковых газа.
«Чистый обмен CO2 между атмосферой и поверхностью земли называется чистым экосистемным обменом», - сказал Варгас. «Если чистый экосистемный обмен отрицателен, это означает, что CO2 поглощается экосистемой. Если он положительный, это означает, что CO2 выбрасывается в атмосферу, и мы количественно определяем это с помощью метода вихревой ковариации, который измеряет обмен массой и энергией между атмосферой и земной поверхностью».
На этом конкретном участке исследователи измеряют обмен CO2 и CH4 между экосистемой и атмосферой, используя первая башня вихревой ковариации, установленная в штате Делавэр с 2015 года. Строительство этой башни было частично поддержано за счет грантов, полученных Варгасом от Учрежденной программы Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства Делавэра для стимулирования конкурентных исследований (NASA-EPSCOR), Прибрежных программ Делавэра (DCP) и начального гранта CANR.
Башня является частью сети AmeriFlux, консорциума ученых, использующих сеть для работы с методом вихревой ковариации, измеряя потоки CO2 и CH 4 на нескольких сайтах по всей Америке.
В дополнение к вертикальным потокам, Варгас объяснил, что также важно учитывать боковые потоки в солончаках.
Поскольку они расположены на переходе между сушей и океаном - границе между сушей и водой - проблема для солончаков заключается в том, что на их биогеохимию также влияют приливы, которые приносят материю и энергию по мере своего подъема. Когда приливы отступают, они вытягивают материю и энергию, что затрудняет понимание углеродного цикла в этих экосистемах.
«Недавние исследования показали, что существует значительный боковой экспорт углерода из этих экосистем в прибрежные районы океана, и это то, что мы также хотели бы понять», - сказал Варгас. «Это очень сложная задача, и мы начинаем исследования с главной целью понять, как различные биофизические факторы регулируют вертикальные и латеральные потоки углерода в приливно-отливных солончаках».
Удаленные камеры
Участок также оснащен цифровыми камерами, способными делать автоматические снимки экосистемы для изучения фенологии растений. Фенология растений сообщает о периодических жизненных циклах растений, таких как цветение или время распускания листьев. Изображения сделаны в цвете, а также в инфракрасном диапазоне, что позволяет исследователям увидеть озеленение экосистемы. Эта информация используется для понимания динамики углерода в экосистемах на основе повторяющихся фотографий, называемых приповерхностным дистанционным зондированием.
Вы можете увидеть индекс озеленения, чтобы количественно оценить, насколько зелена экосистема, и он достиг пика к середине августа этого года, а затем вы начинаете терять это озеленение как часть годового цикла вегетации. Это также фантастическая возможность. для гражданской науки и информационно-пропагандистской деятельности», - сказал Варгас.
Цифровая камера сообщает исследователям не только об озеленении территории, но и о событиях, которые они иначе не смогли бы исследовать, например о крупных наводнениях в 2015 и 2016 годах.
"Одно наводнение было вызвано ураганом Хоакин", сказал Варгас. «С помощью камер мы смогли следить за тем, насколько высоким и обширным был уровень воды. В 2016 году у нас было еще одно наводнение, но это наводнение было не из-за океанских штормов, а из-за внутреннего шторма, который принес воду через реку Св.. Река Джонс и затопила наш сайт."
Все изображения доступны онлайн в режиме реального времени как часть сети PhenoCam, чтобы помочь повысить прозрачность и обмен данными среди более широкого научного сообщества.
Образовательная составляющая
Варгас также воспользуется наградой, чтобы предоставить учащимся восьмого класса, которые обычно изучают круговорот углерода в школьной программе, шанс получить практический опыт, связанный с углеродом.
Варгас планирует работать с профессионалами в DNREC и заповеднике Сент-Джонс, а также с Эми Траут-Нэр, старшим заместителем директора отдела профессиональных и непрерывных исследований UD, над разработкой модуля, использующего обучение, основанное на явлениях, или разместить обучение на основе обучения, такое как обучение в заповеднике Сент-Джонс, специально посвященное темам углеродного и энергетического обмена в экосистемах.
Кроме того, Варгас стремится создать возможности для студентов бакалавриата из числа меньшинств, участвующих в программе UD Associate in Arts Program (AAP), чтобы способствовать академическим успехам в области естественных наук, технологий, инженерии и математики (STEM).
«Одна из вещей, над которой я работал с тех пор, как начал работать в UD, - это расширение прав и возможностей недостаточно представленных студентов», - сказал Варгас.«Предоставляя учебные возможности и увеличивая социальный капитал, мы укрепляем сеть студентов, научных работников и исследователей в Делавэре и за его пределами. Я латиноамериканец, а латиноамериканские профессора составляют меньшинство в UD, и латиноамериканские студенты также составляют меньшинство в UD. Таким образом, У меня есть твердое намерение поддерживать недопредставленных студентов и аспирантов в областях STEM. Это большой толчок для моего предложения».
Варгас будет работать с Дэвидом Сатраном, директором программы Associate in Arts Program, над созданием возможностей для студентов AAP, а его нынешние аспиранты станут наставниками для студентов AAP.