Многие считают круговорот углерода вертикальным - CO2 движется вверх и вниз между почвой, растениями и атмосферой.
Тем не менее, новое исследование Мичиганского государственного университета, опубликованное в текущем выпуске Geophysical Research Letters, добавляет измерение в вертикальную перспективу, показывая, как вода перемещает огромные количества углерода через экосистемы, особенно во время наводнений. Эти результаты, в ходе которых было проанализировано более 1000 водоразделов, охватывающих около 75 процентов прилегающих территорий США, имеют значение для изменения климата и качества воды.
Углерод в окружающей среде, особенно растворенный органический углерод или DOC, является основной переменной, которая влияет на многие фундаментальные процессы на нашей планете, такие как химический состав воды, выбросы парниковых газов и перенос загрязняющих веществ по земле и воде, сказал Джей Зарнецке, Ученый-землянин и эколог МГУ и ведущий автор исследования.
«Когда вода течет через экосистемы, она поглощает органический углерод из растений и почвы, и во многих случаях вода определяет, является ли экосистема чистым источником углерода или поглотителем», - сказал он. «Огромное количество углерода, утекающего из экосистем в виде DOC, примерно равно чистому количеству углерода, поглощаемому из атмосферы каждый год. Поэтому точный учет имеет решающее значение при управлении «счетом углеродного банка».
DOC в реках - это как заваривать чай, добавила Зарнецке.
«Вы начинаете с относительно чистой воды, выпадающей в виде осадков, а затем органический углерод в ландшафте выщелачивается в воду», - сказал он. «Затем этот чай смывается в ручьи во время наводнений, часто окрашивая воду в коричневый цвет».
Новая работа Зарнецке предлагает лучший способ учета углерода, покидающего экосистемы, в качестве DOC, включая данные о наводнениях. Ссылаясь на соображения логистики и безопасности, ученые обычно обходят реки стороной во время паводков. В результате исследователи меньше знают о поведении DOC во время наводнений. Однако, когда вода течет быстро и коричневая, это когда большая часть углерода выносится из большинства водоразделов. Другими словами, это время, когда требуется больше выборки.
Команду ученых удивило то, что наводнения легко вымывают углерод из ландшафтов в различных экосистемах по всей Северной Америке, от лесов Мичигана до пустыни Сонора. Первоначально они думали, что DOC будет разбавлен наводнениями во многих частях США. Однако наводнения привели к выбросу большого количества DOC - или, образно говоря, более крепкого чая - почти во всех средах за относительно короткое время.
«Мы знали, что DOC повышался во время паводков в некоторых районах, но мы были удивлены, увидев ту же картину в подавляющем большинстве водоразделов по всей стране», - сказал Зарнецке. «В пустынях не так много DOC, как в лиственных лесах, но когда происходит такое событие, как внезапное наводнение, процесс такой же, и потоки воды полны углерода."
Другим важным подтверждением массивного набора данных исследования была значительная роль водно-болотных угодий в наших водоразделах. Поведение промывки DOC в США в первую очередь было связано с площадью водно-болотных угодий в водоразделе. Водно-болотные угодья действуют как буферы или зоны хранения DOC в водоразделах. Если паводковые воды поднимутся, вода и DOC в водно-болотных угодьях, ближайших к реке, могут быстро перелиться через край.
Следовательно, важно, где в водоразделе расположены естественные водно-болотные угодья. Осушение естественных водно-болотных угодий и «обмен их» на другое близлежащее болото или строительство искусственного водно-болотного угодья может выглядеть хорошо на бумаге, но это повлияет на способность района накапливать и выделять углерод, добавил Зарнецке..
«Водно-болотные угодья являются основным средством контроля углеродного баланса и качества воды, а также являются одними из самых уязвимых ландшафтов», - сказал он. «Если вы их перемещаете, вы меняете водопровод и химию в регионе».
Для этого исследования ученые использовали данные со всех концов США, но они не бродили по одному ручью или болоту. Их результаты были получены из множества данных, собранных за десятилетия государственными и федеральными государственными учреждениями, в первую очередь Геологической службой США. Огромный размер набора данных может пугать, а овладение навыками, необходимыми для раскрытия его секретов, представляет собой сложную задачу. Однако это настоящий кладезь информации. Хотя сбор этих долгосрочных данных может показаться не таким захватывающим, как проведение новых экспериментов, исторические данные ценны, и их ценность со временем только растет, сказал Зарнецке..
«Это не кричащие, но мощные данные», - сказал он. «Эти данные собирались задолго до того, как мы узнали о компьютерах и методах, достаточно мощных для их анализа. Это еще один пример того, как долгосрочный сбор данных является ключом к открытиям и заслуживает постоянного финансирования».
И такие массивные наборы данных играют на руку МГУ, добавил он.
"К сильным сторонам МГУ относится то, что наша команда использовала этот общедоступный набор данных новым способом для уточнения многих давних теорий, позволяющих лучше управлять углеродным балансом, водно-болотными угодьями и другими проблемами качества воды."