Juba 30 aastat on teadlased jälginud, et Marylandi keskosas asuv soolalaine hingaks. See tähendab, et nad on uurinud, kuidas üks Chesapeake'i lahe ökosüsteem ammutab atmosfäärist süsinikdioksiidi, ladustab osa süsinikust maa alla ja laseb osa sellest tagasi õhku metaangaasi kujul.
Nii nagu nad on keskkonnaga manipuleerinud, jäljendamaks atmosfääri suurema süsinikdioksiidiga (CO 2 ) tulevat maailma, globaalset soojenemist kõige enam põhjustavat kasvuhoonegaasi, kõrgemat merevee taset ja saastatud äravoolu tõttu vees rohkem toitaineid. Kui kasvuperiood sel kevadel algab, uurivad nad veel ühte pusletükki, lootes saada selgem pilt tuleviku kohta. Nad tahavad teada, mis juhtub sooga, kui temperatuur tõuseb.
„Oleme selles soos süsinikdioksiidi heitkoguseid suurendanud juba 30 aastat, kuid [kõrgenenud] CO 2 kaasneb soojenemisega, “ ütleb Smith Megiani keskkonnauuringute keskuse (SERC) globaalsete muutuste uurimise märgala uue uuringu juhtivteadur Pat Megonigal. . „Soojenev õhk kandub aja jooksul mulda. Me ründame just seda osa sellest. "
Keskkonnauuringute keskuse asedirektorina valvab Megonigal seda põllusaiti, kus kümneid teadlasi katseid korraldab. Siin on soo täis proovitükke, mis näevad välja nagu pilliroo- ja heintaimede kohale rajatud läbipaistvad plasttoad. Plastikkontraktsioonid tähistavad maastikku, mille ristuvad laudteede, kaablite ja voolikutega. Siin-seal on laudteid punutud puust kastidega, kus asuvad erinevad juhtimisjaamad.
Teadlased, nagu Megonigal, on rohkem kui kolm aastakümmet uurinud Rhode jõe arendamata laiguga selles 125-aakrises soos kliimamuutusi. See, mida nad on õppinud, avaldab olulist mõju mitte ainult märgalade tulevikule, vaid ka eelseisvatele kliimamuutustele, sest märgalade, näiteks soode ja rabade kaotamine võib atmosfääri vabastada miljoneid tonne süsinikdioksiidi.
Vaatamata sellele, et see võtab enda alla kõigest neli kuni kuus protsenti Maa maismaa pindalast, hõlmavad märgalad, nagu sood, rabad ja mangroovimetsad, veerandi kogu Maa pinnases säilitatavast süsinikust.
Kõik taimed võtavad atmosfäärist süsihappegaasi ja muudavad süsiniku lehtedeks, varteks ja juurteks. Kuid süsinik eraldub atmosfääri tagasi, kui pinnases olevad bakterid lagunevad langenud lehed ja muu surnud taimne materjal.
Märgalal jätab aga sagedane vee sissevool hapnikku armastavatele bakteritele hapniku ära ja aeglustab neid. Surnud taimne materjal ei lagune nii kiiresti kui kuivemas keskkonnas, nii et see koguneb, tihendades ja muutudes süsinikurikkaks turbaks. Sel viisil süsiniku säilitamine puhverdab atmosfääri tõusvast süsihappegaasist.
Kuid lool on ka tumedam külg. Niisked märjad tingimused kääritatakse, mis eraldab metaani, mis on veel üks süsinikupõhine kasvuhoonegaas, mis on 25–45 korda tugevam kui süsinikdioksiid. Tegelikult moodustavad märgalad suurima ühe metaaniallika, moodustades hinnanguliselt 22 protsenti kogu metaani heitkogusest maailmas.
Detsembris 2015 tõmbasid 195 riigi juhid Pariisis kokkuleppe alla, mis piiras globaalset soojenemist mitte rohkem kui 2 kraadini Celsiuse kraadini (3, 6 kraadi Fahrenheiti järgi) üle tööstusele eelnenud aja. Lisaks kohustusid nad järgima meetodeid, mis vähendaksid seda arvu 2, 7 kraadini Fahrenheiti järgi üle tööstusele eelnenud aja.
Kogu maakera keskmiselt on temperatuur viimase 120 aasta jooksul juba tõusnud 1, 4 kraadi F, nii et selliste ambitsioonikate eesmärkide saavutamiseks on vaja kiiresti vähendada kasvuhoonegaaside heitkoguseid maailmas, mida ei saa jälgida ilma tasakaalu mõistlikult täpse arvestamiseta. süsinikuheite ja süsiniku ladustamise vahel kogu maailmas. Selleks peavad globaalsed juhid aru saama, mis märgaladel toimub.
"Midagi ei saa laua tagant ära võtta, " ütleb USA geoloogiakeskuse kliima- ja maakasutuse muutuse vanemteadur Virginia Burkett. „Kõiki süsteeme tuleb hinnata mitte ainult heitkoguste, vaid ka süsiniku talletamise võime osas. Süsiniku sidumine ja see, kuidas inimesed saavad parandada niisuguste süsteemide võimet, nagu märgalad, süsiniku talletamiseks on samuti oluline mõista, et teha need tohutud vähendamised, mida rahvusvaheline üldsus kavandab, eeldab ja millele on pühendunud. "
Teadlased, nagu Pat Megonigal (vasakul), on juba rohkem kui kolm aastakümmet Rhode jõe arendamata laiguga selles 125-aakrises sood uurinud kliimamuutusi. (Smithsoniani keskkonnauuringute keskus) Looduslike ökosüsteemide arvessevõtmine võrrandisse ei lähe aga lihtsaks.
See, kui palju süsiniku märgalasid kulub, kui palju neid eraldub, kui kiiresti pinnas koguneb ja kas loodete märgalad sammuvad tõusva merega või neelavad neid tõusva mere ääres, on kõik tegurid, mis on omavahel seotud ja sõltuvad mitmesugustest mõjudest.
Nagu ühe joone vedamine takerdunud köitevõrgus, kui üks silmus lõtvub, pinguldub teine, muutes kogu kimbu kuju. Soos muutuvad korraga temperatuur, soolasus, süsinikdioksiid ja maalt voolav reostus. Aastate jooksul on teadlased sõlme valinud, keerukuse lahti mõtestades, kuid mõista on veel palju.
Kuna Megonigali mulla soojendamise katse saab alguse sel kevadel , väntab ta soojust taimede ülaosast kuni juurtetsooni põhja, neli ja pool jalga maapinnast madalamal.
Kevadeks on tema meeskond soomurka lisanud 30 uut proovitükki. Kasutades panka infrapuna-soojuslampe ja pinnasesse uppunud elektrikaablite võrku, tõstab Megonigal oma proovitükkide temperatuuri ühtlaste sammudega. Tõus ulatub 0 kraadist kuni 7, 2 kraadini Fahrenheiti järgi ümbritsevast keskkonnast kõrgemal, lähenedes aastaks 2100 prognoositud kõige soojematele tingimustele, kui kliimamuutuste ohjeldamiseks ei tehta midagi.
Tema peamine eesmärk on mõista tegureid, mis mõjutavad surnud taimsete ainete lagunemist ja kuhjumist soola sood. Kui turvasemuld moodustub piisavalt kiiresti, võib see olla võimeline sammu pidama merepinna tõusuga. Kui ei, võib sood lihtsalt uppuda.
Küsimus on soodest sõltuvate kogukondade küünevallutajates, mis pakuvad oluliste kaubanduslike kalade kasvulavasid, ning puhverdab tormide ja lööklainete madalal asuvat maad.
Põlluplats, kus kümned teadlased katseid viivad, on täppis plastmassist kontraktuuridega ja ristteel laudteede, kaablite ja voolikutega. (Kimbra Cutlip) Pinnasetuumade järgi on keskkonnauuringute keskuses asuv soolamu püsinud 4000 aastat. Selle aja jooksul on Chesapeake'i laht tõusnud 15 jalga ja sood on sammu pidamiseks end püsivalt üles ehitanud.
Sama on teinud ka paljud märgalad kogu maailmas. Kuid kliima on muutlik ja meretase tõuseb kiiremini kui kunagi varem. Lisaks on reostus muutnud vee keemiat ja värskelt asustatud taime- ja loomaliigid võivad muuta ökosüsteemi toimimise olulisi aspekte. Isegi setete pesemine märgaladesse on maa inimarenguga kiiresti muutunud.
Megonigal ennustab, et lisanduv kuumus taastub mikroobid maa all, suurendades juurte ja muude orgaaniliste ainete lagunemise kiirust. Kui jah, võib see eeldada soo aeglast vajumist ja atmosfääri rohkem metaani eraldumist. Siis jälle, võib-olla mitte.
Võib-olla hakkavad domineerima aeglasemad mikroobid, ”ütleb Stephen Long, Illinoisi ülikooli taimeteaduse ja taimebioloogia professor ning ajakirja Global Change peatoimetaja. Või soojenemise ja lisatud süsinikdioksiidi kombinatsioon põhjustab taimede kiiremat kasvu kui nad võivad laguneda - mõlemad võivad sood sood tõsta. "Mis saab toimuma, on väga raske ennustada, mistõttu on selline katse nii oluline, " ütleb ta.
Long kuulub paljude teadlaste hulka, kes on Smithsoniani sooalal katseid teinud. Ta ütles, et mõte seda tüüpi tööd looduskeskkonnas teha oli revolutsiooniline, kui esimene katse loodi 30 aastat tagasi. Looduses on nii palju tegureid, mida tuleb kontrollida või arvestada, et paljud teadusringkonnad arvasid, et seda ei saa teha.
Keskkonnauuringute keskuse taimeökoloog ja vanemteadur Bert Drake on mees, kes tõestas neid 1985. aastal valesti.
Taime kasv korreleerub sissevõetava süsiniku kogusega ja Drake kavandas algselt sood, et jälgida soo kasvu. "Ütlesin hästi, selle asemel, et sinna välja minna ja kõiki taimi mõõta, mõõdame lihtsalt CO 2 voogu, " ütleb ta. "Inimesed, kes meie ettepaneku üle vaatasid, arvasid, et laiendame end kaugemale sellest, mis nende arvates oli laboris toimiv põllule."
Keskkonnauuringute keskuse taimeökoloog ja vanemteadur Bert Drake kavandas elegantse eksperimendi soo kasvu jälgimiseks. (Smithsoniani keskkonnauuringute keskus) Drake kavandas rea avapõhjaga silindrilisi kambreid, et paigutada sood soode kohale. Ligikaudu kolme jalga läbimõõduga neil oli kaheksanurkne alumiiniumist toruraam, millel olid läbipaistvad plastist seinad ja lahtine ülaosa, et nad ei lööks soojust kinni nagu kasvuhoone. Seejärel vedas ta kambritesse süsinikdioksiidi, tõstes taseme selle, mida võiks oodata 100 aastat tulevikus.
"Me saaksime jälgida kambritesse suunduva süsinikdioksiidi kontsentratsiooni ja süsihappegaasi sisemuses ning süsinikdioksiidi väljaminekut, " ütleb ta. Vahetud tulemused näitasid, et Drake'i kambrites olevad setted kasvasid lisajõuga, imbudes kergesti täiendavat süsinikdioksiidi, samas kui rohud ei muutunud. Muster vastas teadlaste poolt laboris nähtule ja tõestas, et tema meetod töötas. Ta oli edukalt juhtinud kontrollitud uuringut muidu kontrollimatus keskkonnas. Drake võis nüüd usaldada teisi tähelepanekuid selle kohta, kuidas taimed vett ja toitaineid kasutasid ning oma süsinikdioksiidiga rikastatud keskkonnaga suhtlesid. "Sellise lähenemisviisi abil saaksime mõõta süsiniku netokasvu või kadu ja teha seda korrelatsioonis temperatuuri, sademete ja päikesevalgusega, te nimetate seda."
Näitamaks, et selline katse on võimalik, ei osanud Drake kunagi oodata, et tema projekt saab aluse põllusalale, mis kestab kolm aastakümmet ja inspireerib sarnast tööd ka muudes keskkondades kogu maailmas. See on nüüd kõigi aegade pikim välitingimustes tõusnud süsinikdioksiidi mõju taimekooslusele ja see jätkub.
"Sel ajal, kui oleme seda uurinud, on atmosfääri süsinikdioksiid kerkinud umbes 13 või 14 protsenti, " ütleb Drake. “Merepinnast tõusis umbes 10 või 15 cm (4–6 tolli).” Veelgi enam, tema ja kümned teadlased, kes on nüüd selles kohas katseid teinud, on suutnud sood vaadelda läbi kõigi keskkonnatingimuste., märgadest aastatest kuivadeni, soojematest aastatest jahedamateni, pikkade kasvuperioodide ja lühikeste aastatega.
"Nii pika pideva uuringu tegemine annab meile tõepoolest tohutul hulgal teavet, mida me lihtsalt ei saa muul viisil hankida, " ütleb Long. “[Drake] võttis selle seadmisel kasutusele midagi täiesti uut. See oli väga julge asi ja see ka õnnestus. ”
Üks Drake'i varasemaid leide oli, et süsinikdioksiidi suurenemine sood soodustas metaangaasi emissiooni suurenemist. Samuti said nad teada, et settetaimed ei ületanud rohtu, hoolimata nende võimest kiiremini kasvada kõrge süsinikdioksiidiga keskkonnas.
Iga avastus tekitas rohkem küsimusi ja väliplats kasvas hüppeliselt. Teadlased, nagu Megonigal, kes jälgisid Drake'i, on oma disaini täiustanud, keeranud PVC-st keevitatud alumiiniumraamid, suurendanud kambreid ja lisanud neid täiendavateks uuringuteks. Uute katsetega on süvendatud ökosüsteemi keerulisi interaktsioone.
Taime kasv korreleerub sissevõetava süsiniku kogusega ja Bert Drake (mõõtmisi kontrollides) kavandas algselt sood, et jälgida soo kasvu. (Smithsoniani keskkonnauuringute keskus) Kui teadlased suurendasid pinnases leiduvat lämmastikku, et simuleerida suurenevat maapinna äravoolu, avastasid nad, et mitte kõik taimed ei reageerinud ühtemoodi ja nende reageeringud muutusid sõltuvalt saadaolevast süsihappegaasist ja veest. Üks samm korraga on nad lahti rebinud olulisi suhteid, otsides akent selle kohta, milline võiks sood järgmise 100 aasta jooksul välja näha.
Megonigal avaldas 2015. aastal uuringu, kus ta ja ta kolleegid allutasid taimed erinevatele veetasemetele, et näha, kuidas need reageerivad merepinna tõusule. "Ootasime, et kui sood hakkab vajuma, peaks see suutma säilitada rohkem süsinikku ja tegelikult suutma sammu pidada ka merepinna tõusuga, " räägib Megonigal. Nende arvates oli sagedasem vee sissevool hoides hapniku taseme pinnase ülemises kihis madalal. See aeglustaks mikroobe, mis lagundavad surnud taime juuri ja võimaldavad rohkem pinnast koguneda.
Kuid seda ei juhtunud. Nagu väikesed mikroobidele mõeldud snorkelid, transpordivad juured õhust hapnikku pinnasesse, mis tähendab, et pole vahet, kui kaua muld vee all veedab. Oluline on see, kui palju juuri juurutab mikroobid hapnikku. Megonigal leidis, et mida rohkem juuri on, seda rohkem laguneb.
“See, kuidas mudelitel lagunemine on esindatud, ei käsitle taimede mõju, ” ütleb Megonigal. Nii et meie mudelid on enamasti ekslikud, vähemalt selle ühe uuringu põhjal. Peame keskenduma nende asjade kombinatsioonile, sest just kliimamuutuste mõistmisel on nende koosmõju oluline. ”
Poliitikakujundajate jaoks on märgalade püsimist mõjutavate tegurite kombinatsiooni mõistmine enamat kui lihtsalt teadmine, mis juhtub. Maa aktiivne majandamine saab oluliseks osaks mõnede riikide strateegiatest globaalse soojenemise katte all hoidmisel.
USA geoloogiakeskuse Burketti sõnul ei saanud see olla kiireloomulisem. "[Märgalad] eraldavad looduslikult metaani, kuid need salvestavad ka miljardeid tonne süsinikku ja see, kuidas neid hallatakse, mõjutab süsiniku sidumise ja eraldumise määra."
Märgalade loodusliku hüdroloogia säilitamine või taastamine võib suurendada nende süsiniku talletamise võimet, samas kui nende muutmine põllumajanduseks või krevettide tiikideks võib vabastada pinnases süsinikdioksiidina säilitatu.
"Poliitikakujundajate jaoks on oluline sõnum, et märgalad on keerulised süsteemid, " ütles ta. "Süsiniku pikaajalise ladustamise suurendamiseks nendes märgalades peate mõistma neis sisalduva süsiniku biogeokeemilist tsüklit. See on teaduslik ettevõtmine, mis aitab toetada kogu maailmas Pariisis võetud kohustusi. ”
See, mida teadlased on selles valdkonnas projekti käigus õppinud, on oluline mitte ainult märgalade tuleviku jaoks, vaid ka eelseisvate kliimamuutuste jaoks, sest niiskete märgalade nagu soode ja rabade kaotamine võib atmosfääri vabastada miljoneid tonne süsinikdioksiidi. (Tom Mozdzer)
