he Бассейн Конго является вторым по величине непрерывным тропическим лесом на земле. Несмотря на то, что он так огромен и играет такую важную роль в глобальной климатической системе, нет эмпирических данных о газообмене леса с атмосферой. Особенно в отношении парниковых газов закиси азота и метана исследования все еще остаются в неведении.
Другие тропические леса, как известно, являются основным источником закиси азота и поглотителем метана. Но поскольку сопоставимых данных по Конго нет, изучение того, как ведут себя эти парниковые газы, до сих пор ограничивалось моделированием. Данные, используемые для моделей, поступают из Амазонки, Индонезии и тропической части Австралии; таким образом, ученые до сегодняшнего дня предполагали, что бассейн Конго ведет себя так же, как и эти другие тропические леса.
Теперь международная исследовательская группа во главе с профессором ETH Йоханом Сиксом частично заполнила это белое пятно. В ходе тщательно продуманной и сложной кампании по измерению, длившейся несколько лет, ученые определили, сколько метана и закиси азота поглощает или выделяет тропический лес бассейна реки Конго. Их исследование - одно из первых доступных по этому вопросу для этой части мира - только что было опубликовано в журнале Nature Communications.
В период с 2016 по 2020 год исследователи измерили потоки газа на нескольких участках в трех разных типах леса в бассейне реки Конго. Изученные типы леса включают горные леса, низинные тропические леса и периодически затопляемые болотные леса.
Расходящиеся потоки газа
Это впервые показывает, что газовые потоки тропических лесов бассейна Конго отличаются от потоков других тропических регионов мира. Например, выбросы закиси азота из леса сравнительно невелики. «Это было неожиданно», - говорит Матти Бартель, научный сотрудник Six и ведущий автор исследования. «Наши измерения как в первых коротких кампаниях измерений, так и в последующих долгосрочных исследованиях не подтвердили предположения модели», - говорит он.
С метаном ситуация иная. Согласно моделям, бассейн Конго должен быть поглотителем метана. Исследователи ETH смогли подтвердить это для горных и равнинных тропических лесов. Однако из-за того, что гораздо меньшие заболоченные леса бассейна реки Конго периодически выделяют огромное количество этого парникового газа, конголезские тропические леса в целом кажутся источником метана. В сезон дождей болотные леса выделяют в 1 500 раз больше метана, чем в сухой сезон, что сводит на нет поглощающую способность двух других типов леса.
Чтобы понять, почему леса в бассейне реки Конго ведут себя по-разному по отношению к этим климатическим газам, исследователи «заглянули в почву», как говорит Сикс. В одном исследовании они изучали микроорганизмы и их функции, а в другом - изотопный состав азота в закиси азота. Оба исследования предполагают, что почвенные микробы превращают большую часть закиси азота в газообразный азот (N2), чтобы генерировать энергию для своего метаболизма. Это удаляет этот мощный парниковый газ из атмосферы. N2 сам по себе безвреден - он составляет 80 процентов атмосферы.
Исследования в разных условиях
Для этого исследования исследователи ETH провели первые измерения концентрации газа в бассейне Конго. «Африка недостаточно представлена в таких измерениях климатических газов, а бассейн Конго особенно плохо изучен», - говорит Бартел. Насколько ему известно, в этой области есть только одно исследование, проведенное бельгийскими учеными в 1963 году. Мало того, что исследования в Заире, ныне Демократической Республике Конго, почти полностью прекратились после прихода к власти Мобуту, так еще и огромная экваториальная страна все еще довольно плохо доступна, а ее инфраструктура находится в плачевном состоянии.
Профессор Сикс начал подготовительную работу к этому исследованию в 2008/09 году, приняв участие в двух экспедициях на реку Конго. Учитывая результаты этих двух экспедиций, он попросил Бартеля изучить поток газа из этого тропического леса - недостающую часть головоломки глобального углеродного цикла. Бартель провел первые измерения в 2016 году в рамках двухмесячной разведывательной экспедиции. Эта экспедиция привела его в регион Киву на востоке Демократической Республики Конго. Анализ данных показал ему, что на удивление мало закиси азота выбрасывается в атмосферу из горного леса.
Постоянные наблюдения проведены впервые
В последующие годы Бартель и местные ученые установили две постоянные станции мониторинга, одну в районе вокруг Кисангани, а другую в национальном парке Кахузи-Биега на востоке Конго. Затем газообмен между атмосферой и землей был измерен в течение нескольких 7-14-дневных измерительных кампаний в течение года.
С 2019 по 2020 год исследователи эксплуатировали дополнительную измерительную станцию в западной части страны, в заболоченных лесах, известных как Cuvette Centrale. «Время от времени выбросы метана были запредельными, - говорит Бартел. Эти заболоченные леса занимают лишь около 7 процентов от общей площади тропических лесов в бассейне реки Конго, но выделяют такое большое количество метана, что оно более чем компенсирует отрицательные выбросы остальной части леса, говорит исследователь.
«Во время первой разведывательной экспедиции мы быстро поняли, что не сможем использовать высокотехнологичное измерительное оборудование», - говорит Бартель, добавляя, что общая ситуация с поставками слишком плохая, и нет возможности получить запасные части. детали, если что-то сломалось. Источник питания также нестабилен, говорит он, «поэтому мы работали с устройствами, которые максимально просты в использовании, надежны и прочны и могут работать от батареек».
Ни один зонд не был потерян
Исследователи из местных университетов контролировали работу измерительных станций. Местные сотрудники также взяли пробы газа, наполнили их во флаконы и отправили в Цюрих для лабораторного анализа. Из более чем 6 500 образцов ни один не был сломан или утерян при транспортировке. «Это почти чудо, потому что зачастую картонные коробки, в которых тюбики отправлялись в путь, определенно выглядели изношенными», - с улыбкой говорит исследователь ETH.