Već 30 godina znanstvenici promatraju kako diše slani močvara u središnjem Marylandu. To jest, oni su proučavali kako jedan ekosustav zaljeva Chesapeake izvlači ugljični dioksid iz atmosfere, skladišti dio ugljika u podzemlje i dio ga oslobađa u zrak u obliku metana.
Uz put su manipulirali okolišem oponašajući budući svijet s više atmosferskog ugljičnog dioksida (CO 2 ), stakleničkih plinova koji su najviše zaslužni za globalno zagrijavanje, višu razinu mora i više hranjivih tvari u vodi iz onečišćenog otjecanja. Kada sezona rasta počinje ovog proljeća, oni će istražiti još jedan dio slagalice u nadi da će steći jasniju sliku onoga što je u budućnosti. Žele znati što se s močvarama događa kada temperatura poraste.
"Mi u toj močvari podižemo CO 2 već 30 godina, ali [povišeni] CO 2 dolazi sa zagrijavanjem", kaže Pat Megonigal, vodeća istraživačica nove studije u istraživanju Wetland-a za globalne promjene u Smithsonian Research Center (SERC), "Zagrijavanje zraka s vremenom se pretvara u tlo. Upravo se spremamo da napadnemo onaj dio toga. "
Kao zamjenik ravnatelja Centra za istraživanje okoliša, Megonigal nadgleda ovo polje, gdje deseci znanstvenika provode eksperimente. Ovdje je močvara natrpana testnim plohama koje izgledaju poput bistrih plastičnih prostorija izgrađenih nad zakrpama trske i trave. Plastične kontrakture piju pejzaž prekrižen pločnicima, kablovima i cijevima. Tu i tamo pločnici su naglašeni drvenim kutijama u kojima se nalaze različite kontrolne stanice.
Istraživači poput Megonigala proučavaju klimatske promjene u ovom močvarnom močvaru od 125 hektara više od tri desetljeća. Ono što su naučili ima važne posljedice, ne samo za budućnost močvarnih područja, već i za predstojeće klimatske promjene, jer bi gubitak močvarnih područja poput močvara i močvara mogao u atmosferu izbaciti milijune tona ugljičnog dioksida.
Iako zauzimaju samo četiri do šest posto kopnene površine Zemlje, močvarna područja poput močvara, močvara i mangrove šume drže četvrtinu svih ugljika pohranjenog u zemljinoj zemlji.
Sve biljke preuzimaju ugljični dioksid iz atmosfere i pretvaraju ugljik u lišće, stabljike i korijenje. No, ugljik se oslobađa natrag u atmosferu kada bakterije u tlu razgrađuju otpalo lišće i drugi mrtvi biljni materijal.
Međutim, u močvarnim područjima česta natapanja vodom oduzimaju bakterijama koje vole kisik i usporavaju ih. Mrtva biljna materija ne propada tako brzo kao u sušnom okruženju, pa se nakuplja, zbija i pretvara u treset bogat ugljikom. Skladištenje ugljika na taj način sprečava atmosferu od porasta ugljičnog dioksida.
Ali postoji mračnija strana priče. Mokri vlažni uvjeti pripremaju se za fermentaciju, što stvara metan, drugi staklenički plin na bazi ugljika, koji je 25 do 45 puta jači od ugljičnog dioksida. U stvari, močvarna područja predstavljaju najveći pojedinačni izvor metana, proizvodeći procijenjene 22 posto svih svjetskih emisija metana.
U prosincu 2015., čelnici iz 195 zemalja postigli su u Parizu sporazum kojim se globalno zagrijavanje ograničava na najviše 2 stupnja Celzijusa (3, 6 stupnjeva Celzija) iznad predindustrijske razine. Osim toga, obvezali su se istražiti metode koje će taj broj smanjiti na 2, 7 stupnjeva Farenhajta iznad razine predindustrijske.
U prosjeku na cijelom svijetu temperature su u posljednjih 120 godina već porasle za 1, 4 stupnja F, tako da će za postizanje tako ambicioznih ciljeva biti potrebno brzo smanjenje globalnih emisija stakleničkih plinova, nešto što se ne može nadzirati bez razmjerno preciznog računovodstva bilance između emisija ugljika i skladištenja ugljika u cijelom svijetu. Zbog toga globalni čelnici moraju razumjeti što se događa u močvarnim područjima.
„Ništa se ne može skinuti sa stola“, kaže Virginia Burkett , glavna znanstvenica za promjene klime i korištenja zemlje u američkom Geološkom zavodu. „Svi će se sustavi morati procjenjivati u smislu sposobnosti skladištenja ugljika, a ne samo emisija. Zauzimanje ugljika i kako ljudi mogu poboljšati sposobnost sustava poput močvarnih područja za skladištenje ugljika također su od ključne važnosti za razumijevanje kako bi se postigla ogromna smanjenja koja su predviđena i očekivana od strane međunarodne zajednice.
Istraživači poput Pat Megonigala (lijevo) više od tri desetljeća proučavaju klimatske promjene u ovom močvarnom močvaru od 125 hektara u nerazvijenom komadu rijeke Rhode. (Smithsonian Research Center) Uvrštavanje prirodnih ekosustava u jednadžbu neće biti lako.
Koliko močvarnih močvara zauzimaju, koliko se oslobađaju, koliko brzo se tlo nakuplja i hoće li močvarna močvarna područja držati korak s ili će ih progutati dizala mora svi su faktori koji se međusobno isprepliću i ovise o različitim utjecajima.
Kao i provlačenje jedne linije u zapetljanu mrežu užadi, kako se jedna petlja otpušta, druga se zateže, mijenjajući oblik cijelog snopa. U močvari, temperatura, slanost, ugljični dioksid i zagađenje koje teče s kopna, sve se mijenjaju odjednom. Tijekom godina, znanstvenici su hvatali čvor, otkidali složenosti, ali ima još puno toga za razumjeti.
Kako će Megonigalov pokus zagrijavanja tla krenuti ovog proljeća , on će podići toplinu od vrha biljaka sve do dna korijenske zone, četiri i pol metra ispod površine.
Do proljeća će njegov tim dodati 30 novih ispitnih ploha u njihov kut močvare. Upotrebom banke infracrvenih žarulja i mreže električnih kabela potopljenih u tlo, Megonigal će stalno povećavati temperaturu na svojim parcelama. Povećanje će se kretati od 0 stupnjeva do 7, 2 stupnja Farenhajta iznad okolnog okruženja, što će se približiti najtoplijim uvjetima predviđenim za 2100. godinu ako ništa ne učinite za suzbijanje klimatskih promjena.
Njegov je primarni cilj razumjeti čimbenike koji utječu na propadanje i nakupljanje mrtve biljne materije u slanom močvari. Ako se zemljano tlo izgradi dovoljno brzo, možda će uspjeti održati korak s porastom razine mora. Ako ne, močvara se može jednostavno utopiti.
Pitanje je ubod noktiju za zajednice koje ovise o močvarama, koje pružaju uzgajališta za važne komercijalne ribe i zagušuju nisko ležeću zemlju od olujnih udara i udara valova.
Terensko mjesto, na kojem deseci znanstvenika provode eksperimente, ispresečeno je plastičnim kontracepcijama i presijecano je pločnicima, kablovima i cijevima. (Kimbra Cutlip) Prema jezgrama tla, slana močvara u Centru za istraživanje okoliša preživjela je 4000 godina. Tijekom tog vremena zaljev Chesapeake porastao je 15 stopa, a močvara se kontinuirano izgradila kako bi održala korak.
Mnoga močvarna područja širom svijeta učinila su isto. Ali klima se mijenja i razina mora raste brže nego ikad. Osim toga, zagađenje je promijenilo kemiju vode, a novonastale vrste biljaka i životinja mogu mijenjati važne aspekte u funkcioniranju ekosustava. Čak se i količina ispiranja taloga u močvarna područja brzo promijenila s ljudskim razvojem na kopnu.
Megonigal predviđa da će dodatna toplina uzvratiti mikrobe pod zemljom, povećavajući brzinu razgradnje korijena i drugih organskih tvari. Ako je to slučaj, to bi moglo spriječiti sporo potonuće močvare i ispuštanje više metana u atmosferu. Onda opet, možda ne.
Možda će sporiji mikrobi početi dominirati “, kaže Stephen Long, profesor poljoprivedne znanosti i biologije bilja na Sveučilištu Illinois i glavni urednik časopisa Global Change . Ili će kombinacija zagrijavanja i dodatnog ugljičnog dioksida uzrokovati da biljke rastu brže nego što mogu propadati, a obje bi mogle podići razinu močvara. "Postaje vrlo teško sa sigurnošću predvidjeti što će se dogoditi, zbog čega je eksperiment poput ovog toliko važan", kaže on.
Long je među brojnim istraživačima koji su provodili eksperimente na močvarnom mjestu Smithsonian. Kaže da je i sama pomisao obavljanja ove vrste rada u prirodnom okruženju bila revolucionarna kada je prvi eksperiment uspostavljen prije 30 godina. Postoji toliko mnogo faktora koji se u prirodi moraju kontrolirati ili voditi računa da su mnogi u znanstvenoj zajednici mislili da se to ne može učiniti.
Bert Drake, biljni ekolog i stariji znanstvenik emeritus iz Centra za istraživanje okoliša, čovjek je koji ih je dokazao u krivu još 1985. godine.
Rast biljke korelira s količinom ugljika koju unosi, a Drake je u početku smislio elegantan eksperiment za praćenje rasta u močvari. "Dobro sam rekao, umjesto da idemo vani i izmjerimo sve biljke, jednostavno ćemo izmjeriti tok CO 2 ", kaže on. "Ljudi koji su pregledali naš prijedlog smatrali su da se produžujemo daleko iznad onoga za što su vjerovali da je u laboratoriji moguće izvesti na terenu."
Bert Drake, biljni ekolog i stariji znanstvenik emeritus iz Centra za istraživanje okoliša, osmislio je elegantan eksperiment za praćenje rasta u močvari. (Smithsonian Research Center) Drake je dizajnirao niz cilindričnih komora s otvorenim dnom za postavljanje preko mrlja močvare. Promjera oko tri stope, imali su osmerokutni aluminijski okvir cijevi s prozirnim plastičnim zidovima i otvorenim gornjim dijelom kako ne bi zadržali toplinu poput staklenika. Zatim je ubacio ugljični dioksid u komore, podižući razinu na ono što se očekivalo 100 godina u budućnosti.
"Mogli smo pratiti koncentraciju CO 2 koji ulazi u komore, i CO 2 unutra, i CO 2 izlazi", kaže on. Neposredni rezultati pokazali su da su sedre u Drakeovim komorama rasle s dodatnom energijom, lako upijajući dodatni ugljični dioksid, dok se trave nisu mijenjale. Obrazac se poklapao s onim što su znanstvenici vidjeli u laboratoriju i dokazao je da njegova metoda funkcionira. Uspješno je vodio kontroliranu studiju u inače nekontroliranom okruženju. Drake je sada mogao vjerovati drugim opažanjima o tome kako su biljke upotrebljavale vodu i hranjive tvari i u interakciji s okolišem obogaćenim ugljičnim dioksidom. "S takvim pristupom mogli bismo izmjeriti neto dobitak od ugljika ili gubitak, i to učiniti u korelaciji s temperaturom, kišom, sunčevom svjetlošću, kako ste imenovali."
Kao demonstracija da je takav eksperiment moguć, Drake nikada nije očekivao da će njegov projekt postati temelj za terensko mjesto koje će trajati tri desetljeća i nadahnuti sličan rad u drugim sredinama širom svijeta. Ovo je sada najduža terenska studija o učincima porasta ugljičnog dioksida na biljnu zajednicu i još uvijek traje.
"Dok smo to proučavali, ugljični dioksid u atmosferi je došao do približno 13 ili 14 posto", kaže Drake. „Razina mora dostigla je oko 10 ili 15 cm (4 do 6 inča).“ Štoviše, on i deseci istraživača koji su sada radili eksperimente na tom mjestu uspjeli su promatrati močvara kroz čitav niz okolišnih uvjeta., od vlažnih godina do suhih, od toplijih do hladnijih godina, dugih sezona rasta i kratkih.
"Imajući tako dugo kontinuirano istraživanje zaista nam pruža ogromne količine informacija koje jednostavno ne možemo dobiti bilo koji drugi način", kaže Long. "[Drake] je preuzeo nešto potpuno novo kad ga je postavio. Bilo je to vrlo hrabro učiniti i uspjelo je. "
Jedno od Drakeovih ranih otkrića bilo je da povećanje ugljičnog dioksida u močvari dovodi do povećanih emisija plina metana. Oni su također saznali da biljke sedre ne prevladavaju trave, usprkos njihovoj sposobnosti da brže rastu u okruženju s visokim udjelom ugljičnog dioksida.
Svako otkriće vodilo je do dodatnih pitanja, a mjesto na terenu eksponencijalno je raslo. Znanstvenici poput Megonigala koji su pratili Drakea, poboljšali su svoj dizajn, uklonili zavarene aluminijske okvire za PVC, povećali komore i dodali ih još za dodatna ispitivanja. Uz put, novi su eksperimenti dublje ušli u složene interakcije ekosustava.
Rast biljke korelira s količinom ugljika koju unosi, a Bert Drake (provjeravajući mjerenja) je u početku smislio elegantan eksperiment za praćenje rasta u močvari. (Smithsonian Research Center) Kada su znanstvenici povećali dušik u tlu da bi simulirali sve veći odtok s kopna, otkrili su da nisu sve biljke reagirale isto, a njihovi se odgovori promijenili ovisno o raspoloživom ugljičnom dioksidu i vodi. Korak po korak, razdvajali su važne interakcije, tražeći pregled kako bi močvara mogla izgledati u sljedećih 100 godina.
U 2015. godini Megonigal je objavio studiju u kojoj su on i njegovi kolege podvrgli biljke različitim vodostajima kako bi vidjeli kako će reagirati na porast razine mora. "Očekivali smo da će se, kako močvara počne uranjati, moći sačuvati više ugljika i zapravo moći pratiti porast razine mora", kaže Megonigal. Njihovo je mišljenje bilo da će češća natapanje vode zadržavati nisku razinu kisika u gornjem sloju tla. To bi usporilo mikrobe koji raspadaju korijenje mrtvih biljaka i omogućilo nakupljanje više tla.
Ali to se nije dogodilo. Poput malih snorkels za mikrobe, korijenje transportira kisik iz zraka dolje u tlo, što znači da zapravo nije važno koliko tla provodi pod vodom. Važno je koliko korijena isporučuje mikrobe kisikom. Megonigal je otkrio da što više korijena imate, više se raspada.
"Način raspadanja u modelima ne bavi se utjecajem biljaka", kaže Megonigal. „Dakle, naši su modeli većinom pogrešni, barem na temelju ove jedne studije. Moramo se usredotočiti na kombinaciju ovih stvari, jer će njihove interakcije biti od velike važnosti za razumijevanje klimatskih promjena. "
Za kreatore politika razumijevanje kombinacije čimbenika koji utječu na opstanak močvarnih područja je više nego jednostavno znati što će se dogoditi. Aktivno gospodarenje zemljom bit će ključni dio strategija nekih zemalja da zadrže pokrov na globalnom zatopljenju.
Prema Burkettu iz američkog Geološkog zavoda, to ne bi moglo biti hitnije. "[Mokre močvare] prirodno ispuštaju metan, ali oni također pohranjuju milijarde tona ugljika, a način na koji upravljaju utječe na stope sakupljanja i oslobađanja ugljika."
Održavanje ili vraćanje prirodne hidrologije u močvarna područja može povećati njihovu sposobnost skladištenja ugljika, dok pretvaranjem u poljoprivredu ili ribnjake škampi mogu otpustiti ono što je pohranjeno u tlu kao ugljični dioksid.
„Ključna poruka za kreatore politika jest da su močvarna područja složeni sustavi, “ kaže ona, „Da biste poboljšali dugoročno skladištenje ugljika u tim močvarnim sustavima, morate razumjeti biogeokemijsku cikličku emisiju ugljika u njima. To je znanstveni poduhvat koji će pomoći podržati obveze koje su Parizu preuzele zemlje širom svijeta. "
Ono što su znanstvenici naučili u ovom terenskom projektu važno je, ne samo za budućnost močvarnih područja, već i za predstojeće klimatske promjene, jer bi gubitak močvarnih područja poput močvara i močvara mogao u atmosferu izbaciti milijune tona ugljičnog dioksida. (Tom Mozdzer)
