Водно-болотные угодья являются крупнейшим природным источником метана на Земле, мощного парникового газа, который примерно в 30 раз сильнее нагревает атмосферу, чем углекислый газ. Исследовательская группа из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли (Лаборатория Беркли) Министерства энергетики проанализировала данные о выбросах метана водно-болотных угодьях по всему бореально-арктическому региону и обнаружила, что эти выбросы увеличились примерно на девять процентов с 2002 года.
Животноводство и производство ископаемого топлива хорошо изучены на предмет их роли в выбросе тонн метана в атмосферу в год. Хотя это и более неопределенно, количественная оценка выбросов естественных водно-болотных угодий важна для прогнозирования изменения климата. Ученые ожидают, что выбросы метана из водно-болотных угодий растут, поскольку температура в бореальных и арктических экосистемах увеличивается примерно в четыре раза по сравнению со средними темпами в мире, но трудно сказать, насколько сильно, поскольку мониторинг выбросов в этих обширных и часто заболоченных средах был очень трудным. - до настоящего времени.
«Бореальная и арктическая среда богата углеродом и уязвима к потеплению», — объясняет автор исследования Цин Чжу из лаборатории Беркли, который вместе с Куньсяоцзя Юань проанализировал данные, собранные с помощью нескольких передовых методов мониторинга, чтобы найти девятипроцентное увеличение выбросов за последние два десятилетия. Их подход описан в статье, опубликованной в журнале Nature Climate Change.
«Повышение температуры увеличивает микробную активность и рост растительности, — продолжает Чжу, — что связано с выбросами таких газов, как метан. Понимая, как меняются естественные источники метана, мы можем более точно отслеживать выбросы парниковых газов, что информирует ученых о текущем и будущем состоянии изменения климата».
Несмотря на то, что метан остается в атмосфере гораздо меньше времени, чем углекислый газ – 10 против 300 лет – молекулярная структура метана делает его в 30 раз более способным согревать атмосферу, чем CO 2.
Более высокие температуры не только усиливают микробную активность выделяющих метан микробов, обнаруженных в насыщенных почвах, но также увеличивают площадь заболоченных почв, где эти микроорганизмы процветают по мере оттаивания мерзлых почв и выпадения большего количества осадков в виде дождя вместо снега. Вот почему ученые ожидают, что выбросы метана в этих регионах более высоких широт увеличатся, и поэтому срочно необходимо более точное количественное определение метана.
Самый распространенный способ измерения выбросов парниковых газов — улавливать газы, выделяющиеся из почвы, в фиксированном месте внутри камеры, позволяя им накапливаться в течение определенного периода времени. Другой метод — более автономные вихревые ковариационные башни высотой в несколько метров — непрерывно измеряют обмен парниковых газов между почвами, растениями и атмосферой на больших пространствах экосистемы — и часто в труднодоступных местах, таких как водно-болотные угодья. Исследовательская группа лаборатории Беркли объединила данные, полученные с использованием обоих методов, для анализа данных о выбросах метана за 307 лет на водно-болотных угодьях арктически-бореального региона, создав более полную картину факторов, влияющих на выбросы на сотнях акров земли за период от нескольких минут до десятилетий.
Исследовательская группа обнаружила, что с 2002 по 2021 год водно-болотные угодья в этих регионах выделяли в среднем 20 тераграммов метана в год, что соответствует весу примерно 55 зданий Эмпайр-стейт. Они также обнаружили, что выбросы увеличились примерно на девять процентов с 2002 года.
Кроме того, исследователи рассмотрели две «горячие точки» в арктическом и бореальном регионах, выбросы метана на каждую территорию которых значительно выше, чем в окружающей среде. Они обнаружили, что около половины среднегодовых выбросов приходится на эти горячие точки, что помогает информировать и направлять усилия по смягчению последствий и будущие измерения.
Исследователи также изучили, какие факторы окружающей среды объясняют более высокие выбросы метана, обнаружив два основных фактора: температура и продуктивность растений.
Более высокие температуры увеличивают микробную активность; когда температура повышается – будь то в среднем из-за изменения климата или в отдельные годы из-за изменчивости климата, в процессе выделяется больше метана. Команда обнаружила, что температура является основным фактором контроля выбросов водно-болотных угодий и их изменчивости в бореально-арктических экосистемах. Это может привести к климатическим обратным реакциям, когда выбросы метана в результате повышенной микробной активности повышают температуру воздуха, что приводит к увеличению выбросов метана и так далее.
Более высокая продуктивность растений увеличивает количество углерода в почве, который питает микробы, производящие метан. Исследователи обнаружили, что, когда растения были более продуктивными и активными, выделяя субстраты, которые помогают микробам процветать, выбросы метана из водно-болотных угодий увеличивались.
Команда также определила, что 2016 год с самыми высокими выбросами метана на водно-болотных угодьях был также самым теплым годом в высоких широтах с 1950 года.
«Поскольку метан имеет довольно короткое время жизни в атмосфере, его можно уменьшить и удалить относительно быстро», — объясняет Чжу. «Предлагая более точное понимание роли водно-болотных угодий в глобальной климатической системе, а также того, как и какими темпами увеличиваются выбросы метана, это исследование может предложить научную основу, которая поможет понять и решить проблему изменения климата».
