30 vuoden ajan tutkijat ovat seuranneet suolaa marsh Marylandin keskustassa hengittämässä. Toisin sanoen he ovat tutkineet, kuinka yksi Chesapeake Bayn ekosysteemi vetää hiilidioksidia ilmakehästä, varastoi osan hiilestä maan alle ja vapauttaa osan siitä takaisin ilmaan metaanikaasun muodossa.
Matkan varrella he ovat manipuloineet ympäristöä matkiakseen tulevaa maailmaa, jossa on enemmän ilmakehän hiilidioksidia (CO 2 ), kasvihuonekaasuja, jotka ovat vastuussa ilmaston lämpenemisestä, korkeammasta merenpinnasta ja saastuneesta valumasta vedessä olevista ravinteista enemmän. Kun kasvukausi alkaa tänä keväänä, he etsivät vielä uutta palapelin toivetta saadakseen selkeämmän kuvan tulevaisuuden tilanteesta. He haluavat tietää, mitä suolle tapahtuu lämpötilan noustessa.
"Olemme nostaneet hiilidioksidipäästöjä tällä suolla 30 vuotta, mutta [kohonneeseen] hiilidioksidiin tulee lämpeneminen", sanoo Pat Megonigal, uuden tutkimuksen johtava tutkija Smithsonian Environmental Research Centerissä (SERC) globaalin muutoksen tutkimusvesistöalueella. . ”Ilman lämpeneminen muuttuu ajan myötä maaperään. Olemme vain hyökkäämässä siihen osaan. "
Ympäristötutkimuskeskuksen varajohtajana Megonigal valvoo tätä kenttäsivustoa, jossa kymmeniä tutkijoita suorittaa kokeita. Täällä suolla on täynnä koealustoja, jotka näyttävät kirkkailta muovitiloilta, jotka on rakennettu ruoko- ja ruohoalueiden päälle. Muoviset liitokset osoittavat maiseman, jonka risteävät rantatiet, kaapelit ja letkut. Siellä ja siellä rantatiet ovat puun laatikoita, joissa on eri valvonta-asemat.
Megonigalin kaltaiset tutkijat ovat tutkineet ilmastonmuutosta tässä 125 hehtaarin suolla Rhode-joen kehittämättömällä laastarilla yli kolmen vuosikymmenen ajan. Heidän opillaan on tärkeitä vaikutuksia paitsi kosteikkojen tulevaisuuteen, myös lähestyvään ilmastomuutokseen, koska kosteikkojen, kuten suiden ja soiden menettäminen voi vapauttaa ilmakehään miljoonia tonneja hiilidioksidia.
Vaikka kosteikot, kuten soiden, soiden ja mangrovemetsien pinta-ala ovat vain neljä-kuusi prosenttia maan maapinta-alasta, hallitsevat neljänneksen kaikesta maan maaperään varastoidusta hiilestä.
Kaikki kasvit ottavat hiilidioksidia ilmakehästä ja muuttavat hiilen lehtiä, varret ja juuret. Mutta hiili vapautuu takaisin ilmakehään, kun maaperän bakteerit hajoavat pudonneet lehdet ja muut kuolleet kasvimateriaalit.
Märkällä alueella usein veden valuminen vie happea rakastavat bakteerit kuitenkin happea ja hidastaa niitä. Kuollut kasvimateriaali ei hajoa niin nopeasti kuin kuivassa ympäristössä, joten se kertyy, tiivistyy ja muuttuu hiilirikkaiksi turpeiksi. Hiilen varastointi tällä tavalla puskuroi ilmakehän nousevasta hiilidioksidista.
Mutta tarinalla on tummempi puoli. Sikaiset märät olosuhteet valmistetaan käymiselle, mikä tuottaa metaania, toista hiilipohjaista kasvihuonekaasua, joka on 25 - 45 kertaa voimakkaampi kuin hiilidioksidi. Itse asiassa kosteikot ovat suurin yksittäinen metaanilähde, mikä tuottaa arviolta 22 prosenttia kaikista metaanipäästöistä maailmassa.
Joulukuussa 2015 195 maan johtajat kiertävät Pariisissa sopimuksen, jonka mukaan ilmaston lämpeneminen rajoitetaan korkeintaan kahteen celsiusasteeseen (3, 6 astetta Fahrenheit) teollistumista edeltäneen tason yläpuolelle. Lisäksi he sitoutuivat harjoittamaan menetelmiä, jotka vähentäisivät luvun 2, 7 asteeseen Fahrenheit-astetta esiteollisuuden tasoa korkeammalle.
Koko maapallon lämpötilat ovat nousseet jo 1, 4 astetta F viimeisen 120 vuoden aikana, joten tällaisten kunnianhimoisten tavoitteiden saavuttaminen edellyttää maailmanlaajuisten kasvihuonekaasupäästöjen nopeaa vähentämistä, jota ei voida seurata ilman kohtuullisen tarkkaa taseen kirjanpitoa hiilidioksidipäästöjen ja hiilen varastoinnin välillä kaikkialla maailmassa. Sitä varten globaalien johtajien on ymmärrettävä kosteikkojen tilanne.
"Mitään ei voida ottaa pöydältä", sanoo Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen ilmaston ja maankäytön muutoksen päätutkija Virginia Burkett. ”Kaikkia järjestelmiä on arvioitava niiden kyvyn mukaan varastoida hiiltä, ei pelkästään päästöjen perusteella. Hiilen sitominen ja se, kuinka ihmiset voivat parantaa kosteikkojen kaltaisten järjestelmien kykyä varastoida hiiltä, on myös välttämätöntä ymmärtää, jotta nämä valtavat vähennykset voidaan toteuttaa, joita kansainvälinen yhteisö ennakoi ja odottaa ja sitoutuu. "
Tutkijat, kuten Pat Megonigal (vas.), Ovat tutkineet ilmastonmuutosta tässä 125 hehtaarin suolla Rhode-joen kehittymättömällä laastarilla yli kolmen vuosikymmenen ajan. (Smithsonian ympäristötutkimuskeskus) Luonnollisten ekosysteemien sisällyttäminen yhtälöön ei kuitenkaan tule olemaan helppoa.
Se, kuinka paljon hiilimärkiä vie, kuinka paljon ne vapautuvat, kuinka nopeasti maaperä kerääntyy ja pysyvätkö vuoroveden kosteikot tahdissa nousevien merien mukana vai nielaisevatko ne, ovat kaikki tekijöitä, jotka ovat toisiinsa yhteydessä ja riippuvat monista vaikutuksista.
Kuten yhden viivan vetäminen takertuvassa köysien verkossa, kun yksi silmukka löystyy, toinen kiristyy, muuttaen koko nipun muotoa. Suolla lämpötila, suolapitoisuus, hiilidioksidi ja maasta virtaava pilaantuminen muuttuvat kaikki kerralla. Vuosien mittaan tutkijat ovat poimineet solmua purkaen monimutkaisuuden, mutta ymmärtämistä on vielä paljon enemmän.
Kun Megonigalin maanlämmityskoe etenee tänä keväänä , hän raaputtaa lämpöä kasvien yläosasta aina juurivyöhykkeen pohjaan, neljä ja puoli jalkaa pinnan alapuolelle.
Kevääseen mennessä hänen tiiminsä on lisännyt 30 uutta koealuetta suon nurkkaan. Megonigal nostaa tontinsa lämpötilaa tasaisin välein käyttämällä infrapuna-lämpölamppujen panosta ja maahan upotettua sähkökaapeleita. Nousu vaihtelee 0 asteesta 7, 2 asteeseen Fahrenheitista ympäröivän ympäristön yläpuolella, mikä vastaa vuoden 2100 ennustettua lämpimin olosuhteita, jos mitään ei tehdä ilmastomuutoksen hillitsemiseksi.
Hänen päätavoite on ymmärtää tekijät, jotka vaikuttavat rappeutumiseen ja kuolleiden kasvien aineiden kerääntymiseen suolamarjaan. Jos turvemainen maa rakentuu riittävän nopeasti, se saattaa pystyä pysymään tahdissa merenpinnan nousun kanssa. Jos ei, suota voi yksinkertaisesti hukkua.
Kysymys on kynsienmuodostaja yhteisöille, jotka ovat riippuvaisia suista, jotka tarjoavat taimitarhoja tärkeille kaupallisille kaloille, ja puskuroivat matalaa maata myrskyn nousun ja pahoinpitelyn aaltojen takia.
Kenttäpaikka, jossa kymmeniä tutkijoita suorittaa kokeita, on täynnä muovisia supistuksia, ja ristikkäiset ovat tiet, kaapelit ja letkut. (Kimbra Cutlip) Maaperän ytimien mukaan suolapuola Ympäristötutkimuskeskuksessa on säilynyt 4000 vuotta. Tuon ajan kuluessa Chesapeake-lahti on noussut 15 jalkaa, ja suo on rakennettu tasaisesti pysyäkseen vauhdissa.
Monet kosteikot ympäri maailmaa ovat tehneet saman. Mutta ilmasto muuttuu ja merenpinta nousee nopeammin kuin koskaan. Lisäksi pilaantuminen on muuttanut veden kemiaa ja vasta tuodut kasvi- ja eläinlajit saattavat muuttaa tärkeitä näkökohtia ekosysteemin toiminnassa. Jopa sedimenttien peseminen kosteikkoihin on muuttunut nopeasti inhimillisen kehityksen myötä maalla.
Megonigal odottaa lisätyn lämmön herättävän mikrobia maan alla, mikä lisää juurien ja muun orgaanisen aineen hajoamisnopeutta. Jos näin on, se voisi ennakoida suon hidasta uppoutumista ja enemmän metaanin vapautumista ilmakehään. Sitten taas, ehkä ei.
Ehkä hitaammat mikrobit alkavat hallita ”, sanoo Stephen Long, Illinoisin yliopiston kasvitieteen ja kasvibiologian professori ja Global Change -lehden päätoimittaja. Tai lämpenemisen ja lisätyn hiilidioksidin yhdistelmä saa kasvit kasvamaan nopeammin kuin ne voivat hajota - molemmat saattavat nostaa suon tasoa. "On vaikea ennustaa varmuudella mitä tapahtuu, minkä vuoksi tämänkaltainen kokeilu on niin tärkeä", hän sanoo.
Long on monien tutkijoiden joukossa, jotka ovat suorittaneet kokeita Smithsonian suon alueella. Hänen mukaansa ajatus tällaisen työn tekemisestä luonnollisessa ympäristössä oli mullistava, kun ensimmäinen kokeilu perustettiin 30 vuotta sitten. Luonnossa on niin monia tekijöitä, jotka on hallittava tai otettava huomioon, että monet tiedeyhteisön mielestä sitä ei voida tehdä.
Ympäristötutkimuskeskuksen kasvitekologi ja vanhempi tutkija Bert Drake on mies, joka todisti heidät väärin vuonna 1985.
Kasvin kasvu korreloi sen hiilen määrään, jonka se vie, ja Drake suunnitteli alun perin tyylikkään kokeen suon kasvun seuraamiseksi. "Sanoin hyvin, sen sijaan että menisimme sinne ja mittaamme kaikki kasvit, me vain mitataan hiilidioksidivuo", hän sanoo. "Ihmiset, jotka tarkistivat ehdotuksemme, ajattelimme laajentavan itseämme selvästi pidemmälle kuin mitä he uskoivat olevan laboratoriossa toimivia kentälle."
Ympäristötutkimuskeskuksen kasvitekologi ja vanhempi tutkija, Bert Drake suunnitteli tyylikkään kokeen suon kasvun seuraamiseksi. (Smithsonian ympäristötutkimuskeskus) Drake suunnitteli sarjan avoinpohjaisia, lieriömäisiä kammioita sijoitettaviksi suo-alueiden päälle. Noin kolmen jalan halkaisijaltaan heillä oli kahdeksankulmainen alumiiniputkikehys, jossa on kirkkaat muoviseinät ja avoin yläosa, jotta ne eivät vangitse lämpöä kuin kasvihuone. Sitten hän putki hiilidioksidia kammioihin nostaen tason tulevaisuuden odotettavissa olevaan 100 vuoteen.
"Voimme seurata kammioihin menevän hiilidioksidin pitoisuutta ja hiilidioksidin sisällä ja hiilidioksidin menemistä ulos", hän sanoo. Välittömät tulokset osoittivat, että Drake-kammioiden siemenet kasvoivat lisääntyneellä voimalla, imeyttäen helposti ylimääräistä hiilidioksidia, kun taas ruohot eivät muuttuneet. Kuvio vastasi sitä, mitä tutkijat olivat nähneet laboratoriossa, ja osoittivat menetelmänsä toimivan. Hän oli onnistunut johtamaan kontrolloitua tutkimusta muuten hallitsemattomassa ympäristössä. Drake voi nyt luottaa muihin havaintoihin siitä, kuinka kasvit käyttivät vettä ja ravintoaineita ja olivat vuorovaikutuksessa hiilidioksidilla rikastetun ympäristön kanssa. "Tällaisen lähestymistavan avulla voisimme mitata hiilen nettovoiton tai häviön ja tehdä sen suhteessa lämpötilaan, sateisiin, auringonvaloon, sinä nimit."
Osoituksena siitä, että tällainen kokeilu oli mahdollista, Drake ei koskaan odottanut projektinsa olevan perustana kenttäalueelle, joka kestäisi kolme vuosikymmentä ja inspiroisi samanlaista työtä muissa ympäristöissä ympäri maailmaa. Se on nyt kaikkien aikojen pisin kenttätutkimus hiilidioksidin nousun vaikutuksista kasviyhteisöön, ja se jatkuu edelleen.
"Vaikka olemme tutkineet sitä, ilmakehän hiilidioksidia on syntynyt noin 13 tai 14 prosenttia", Drake sanoo. ”Merenpinta nousi noin 10 tai 15 cm (4–6 tuumaa).” Lisäksi hän ja kymmenet tutkijat, jotka ovat nyt suorittaneet kokeita alueella, ovat pystyneet tarkkailemaan suota kaikissa ympäristöolosuhteissa., märistä vuosista kuiviin, lämpimimmistä vuosista viileämpiin vuosiin, pitkät kasvukaudet ja lyhyet.
"Pitkän jatkuvan tutkimuksen saaminen antaa meille todella paljon tietoa, jota emme yksinkertaisesti pysty hankkimaan muulla tavalla", Long sanoo. ”[Drake] otti jotain aivan uutta perustaessaan sen. Se oli erittäin rohkea tehtävä ja se onnistui. ”
Yksi Draken varhaisista havainnoista oli, että hiilidioksidin lisääntyminen suolle lisäsi metaanikaasupäästöjä. He oppivat myös, että siilikasvit eivät ohittaneet ruohoa huolimatta niiden kyvystä kasvaa nopeammin korkean hiilidioksidin kanssa.
Jokainen löytö johti lisää kysymyksiä ja kenttäsivusto kasvoi eksponentiaalisesti. Drakeja seuranneet Megonigalin kaltaiset tutkijat ovat parantaneet suunnitteluaan, vaihtaneet hitsatut alumiinikehykset PVC: hen, laajentaneet kammioita ja lisänneet niitä lisätutkimuksia varten. Matkan varrella uudet kokeet ovat syventyneet ekosysteemin monimutkaisiin vuorovaikutuksiin.
Kasvin kasvu korreloi sen hiilen määrään, jonka se ottaa, ja Bert Drake (tarkistaen mittaukset) suunnitteli alun perin tyylikkään kokeen suon kasvun seuraamiseksi. (Smithsonian ympäristötutkimuskeskus) Kun tutkijat lisäsivät typpeä maaperässä simuloidakseen lisääntyvää vuotoa maasta, he huomasivat, että kaikki kasvit eivät reagoineet samalla tavalla ja heidän vasteensa muuttuivat käytettävissä olevan hiilidioksidin ja veden mukaan. Yksi askel kerrallaan he ovat kiusanneet tärkeitä vuorovaikutuksia, etsineet ikkunaa siitä, miltä suota voi näyttää seuraavan 100 vuoden aikana.
Megonigal julkaisi vuonna 2015 tutkimuksen, jossa hän ja hänen kollegansa alistivat kasvit eri vedenpinnoille nähdäkseen, kuinka ne reagoivat nousevaan merenpintaan. "Odotimme, että suon alkaessa sukeltautua, sen pitäisi pystyä säilyttämään enemmän hiiltä ja todella pystyä pysymään merenpinnan nousun kanssa", Megonigal sanoo. He ajattelivat, että tiheämpi valuminen vedellä pitäisi happitasot alhaisina maaperän yläkerroksessa. Se hidastaisi mikrobia, joka hajottaa kuolleet kasvin juuret ja antaisi lisää maaperän kerääntyä.
Mutta niin ei tapahtunut. Kuten pienet mikrobeille tarkoitetut snorkkelit, juuret kuljettavat happea ilmasta maahan, mikä tarkoittaa, että sillä ei ole väliä kuinka kauan maa viettää veden alla. Tärkeää on, kuinka monta juuria toimittaa happea mikrobille. Megonigal havaitsi, että mitä enemmän juuria sinulla on, sitä enemmän hajoamista tapahtuu.
"Tapa, jolla hajoaminen esitetään malleissa, ei ota huomioon kasvien vaikutuksia", Megonigal sanoo. ”Joten mallimme ovat suurimmaksi osaksi väärässä, ainakin tämän tutkimuksen perusteella. Meidän on keskityttävä näiden asioiden yhdistelmään, koska heidän vuorovaikutuksensa ovat todella tärkeitä ilmastomuutoksen ymmärtämisessä. ”
Poliittisten päättäjien kannalta kosteikkojen selviytymiseen vaikuttavien tekijöiden yhdistelmän ymmärtäminen on enemmän kuin pelkkää tietämistä, mitä tapahtuu. Maan aktiivisesta hoidosta tulee oleellinen osa joidenkin maiden strategioita ilmaston lämpenemisen kannen pitämiseksi.
Yhdysvaltain geologisen tutkimuksen Burkettin mukaan se ei voisi olla kiireellisempi. "[Kosteikot] päästävät luonnostaan metaania, mutta ne myös varastoivat miljardeja tonneja hiiltä ja se, kuinka niitä hallitaan, vaikuttaa hiilen sitomisen ja vapautumisen määrään."
Luonnollisen kosteuden hydrologian ylläpitäminen tai palauttaminen voi lisätä niiden kykyä varastoida hiiltä, kun taas muuttamalla ne maataloudeksi tai katkarapualtaiksi, voi vapautua maaperään varastoituneita hiilidioksidina.
”Keskeinen viesti päätöksentekijöille on, että kosteikot ovat monimutkaisia järjestelmiä”, hän sanoo “Jotta hiilen pitkäaikaista varastointia voitaisiin parantaa näissä kosteikkojärjestelmissä, sinun on ymmärrettävä hiilen biogeokemiallinen kierrätys niissä. Se on tieteellinen pyrkimys, joka auttaa tukemaan sitoutumista, jonka Pariisi on tehnyt ympäri maailmaa. "
Se, mitä tutkijat ovat oppineet tällä kenttäprojektilla, on tärkeätä paitsi kosteikkojen tulevaisuuden kannalta myös ilmastomuutoksen kannalta, koska kosteikkojen, kuten suiden ja soiden menettäminen voi vapauttaa ilmakehään miljoonia tonneja hiilidioksidia. (Tom Mozdzer)
