https://frosthead.com

For verdens våtmarker kan det være synk eller svømme. Her er hvorfor det betyr noe

I 30 år har forskere sett en salt myr i Maryland puste. Det vil si at de har studert hvordan ett Chesapeake Bay-økosystem henter karbondioksid fra atmosfæren, lagrer noe av karbonet under jorden og slipper ut noe av det tilbake i luften i form av metangass.

Underveis har de manipulert miljøet for å etterligne en fremtidig verden med mer atmosfærisk karbondioksid (CO 2 ), klimagassen som er mest ansvarlig for global oppvarming, høyere havnivå og mer næringsstoffer i vannet fra forurenset avrenning. Når vekstsesongen begynner denne våren, vil de utforske enda et stykke av puslespillet i håp om å få et tydeligere bilde av hva fremtiden rommer. De vil vite hva som skjer med myra når temperaturen stiger.

"Vi har reist CO 2 i denne myra i 30 år, men [forhøyet] CO 2 kommer med oppvarming, " sier Pat Megonigal, hovedforsker for den nye studien i Global Change Research Wetland ved Smithsonian Environmental Research Center (SERC) . “Oppvarmende luft oversettes over tid til jorden. Vi kommer bare rundt for å angripe den delen av den. ”

Som assisterende direktør ved Miljøforskningssenteret fører Megonigal tilsyn med dette feltstedet hvor mange titalls forskere utfører eksperimenter. Her er myra strødd med prøveplott som ser ut som klare plastrom bygget over lapper av vass og gress. Plastkontraksjonene prikker et landskap på kryss og tvers av strandpromenader, kabler og slanger. Her og der blir boardwalksene punktert av trekasser som rommer de forskjellige kontrollstasjonene.

Forskere som Megonigal har studert klimaendringer i denne 125 mål store myra i en ubebygd lapp av Rhode River i mer enn tre tiår. Det de har lært har viktige konsekvenser, ikke bare for fremtiden til våtmarker, men også for forestående klimaendringer, fordi det å miste våtmarker som myrer og myr kan frigjøre millioner av tonn karbondioksid i atmosfæren.

Til tross for at de bare tok opp fire til seks prosent av jordas landområde, har våtmarker som myrer, myr og mangroveskog en fjerdedel av alt karbon som er lagret i jordas jord.

Alle planter tar opp karbondioksid fra atmosfæren og gjør karbonet til blader, stengler og røtter. Men karbonet frigjøres tilbake i atmosfæren når bakterier i jorden bryter ned fallne blader og annet dødt plantemateriale.

I et våtmark fratar imidlertid hyppig forekomst med vann de oksygenelskende bakteriene oksygen og bremser dem. Dødt plantemateriale forfaller ikke så raskt som det ville gjort i et tørrere miljø, så det samler seg, komprimerer og blir til karbonrikt torv. Lagring av karbon på denne måten buffer atmosfæren fra økende karbondioksid.

Men det er en mørkere side av historien. De fuktige fuktige forholdene er grunnet for gjæring, som produserer metan, en annen karbonbasert klimagass som er 25 til 45 ganger kraftigere enn karbondioksid. Faktisk utgjør våtmarker den største enkeltkilden til metan, og produserer anslagsvis 22 prosent av alle globale metanutslipp.

I desember 2015 har ledere fra 195 land skåret ut en avtale i Paris som begrenser den globale oppvarmingen til ikke mer enn 2 grader Celsius (3, 6 grader Fahrenheit) over det preindustrielle nivået. I tillegg forpliktet de seg til å forfølge metoder som ville redusere dette tallet til 2, 7 grader Fahrenheit over det preindustrielle nivået.

Gjennomsnitt over hele kloden har temperaturene allerede steget 1, 4 grader F de siste 120 årene, så å oppnå så ambisiøse mål vil kreve en rask reduksjon i globale klimagassutslipp, noe som ikke kan overvåkes uten en rimelig nøyaktig redegjørelse for balansen mellom karbonutslipp og karbonlagring over hele verden. For det må globale ledere forstå hva som foregår i våtmarkene.

"Ingenting kan tas av bordet, " sier Virginia Burkett , sjefforsker for klima- og arealendring ved US Geological Survey. ”Alle systemer må vurderes ut fra deres evne til å lagre karbon, ikke bare utslipp alene. Sekwestrering av karbon, og hvordan mennesker kan forbedre evnen til systemer som våtmarker for å lagre karbon er også viktig å forstå, for å gjøre disse enorme reduksjonene som er anslått og forventet og forpliktet til av det internasjonale samfunnet. "

Pat Megonigal Forskere som Pat Megonigal (til venstre) har studert klimaendringer i denne 125 mål store myra i en ubebygd lapp av Rhode River i mer enn tre tiår. (Smithsonian Environmental Research Center)

Å innlemme naturlige økosystemer i ligningen vil imidlertid ikke være lett.

Hvor mye karbon våtmarker tar opp, hvor mye de slipper ut, hvor raskt jord samler seg og hvorvidt tidevannsvåtmarker vil holde tritt med eller svelges av stigende hav, er alle faktorer som er sammenvevd med hverandre og avhengig av en rekke påvirkninger.

Som å trekke en linje i en sammenfiltret taubane, når en sløyfe løsner, strammer en annen seg, og forandrer formen på hele bunten. I en myr endres temperatur, saltholdighet, karbondioksid og forurensning som renner ut av landet på en gang. I løpet av årene har forskere plukket på knuten, avslørt kompleksitetene, men det er mye mer å forstå.

Når Megonigals jordoppvarmingseksperiment går i gang denne våren , vil han få opp varmen fra toppen av plantene helt ned til bunnen av rotsonen, fire og en halv meter under overflaten.

Senest på våren skal teamet hans ha lagt til 30 nye testplott til hjørnet av myra. Ved å bruke en bank med infrarøde varmelamper og et rutenett med elektriske kabler sunket ned i jorden, vil Megonigal heve temperaturen i tomtene sine i jevne trinn. Økningen vil variere fra 0 grader til opp til 7, 2 grader Fahrenheit over det omkringliggende miljøet, tilnærmet de varmeste forholdene som var forutsagt for år 2100 hvis ingenting ble gjort for å dempe klimaendringene.

Hans primære mål er å forstå faktorene som påvirker forfall og ansamling av dødt plantestoff i saltmyren. Hvis den torvete jorda bygger seg raskt nok, kan den kanskje holde tritt med stigningen i havnivået. Hvis ikke, kan myra ganske enkelt drukne.

Spørsmålet er en spikerbit for lokalsamfunn som er avhengige av myrer, som gir barnehageområder for viktig kommersiell fisk, og buffer lavtliggende land fra stormflo og mishandlede bølger.

SERC Marsh Feltstedet, der dusinvis av forskere utfører eksperimenter, er oversådd med plastkontrakter og krysset av strandpromenader, kabler og slanger. (Kimbra Cutlip)

I følge jordkjerner har saltmyren ved Environmental Research Center overlevd i 4000 år. I løpet av den tiden har Chesapeake-bukten steget 15 fot, og myra har bygd seg opp jevnt og trutt for å holde tritt.

Mange våtmarker over hele verden har gjort det samme. Men klimaet endrer seg og havnivået stiger raskere enn noen gang. I tillegg har forurensning endret kjemien i vannet, og nylig introduserte arter av planter og dyr kan endre viktige sider ved måten økosystemet fungerer på. Til og med mengden sedimentvasking i våtmark har raskt endret seg med menneskelig utvikling på landet.

Megonigal forventer at den tilførte varmen vil gjenopprette mikrober under jorden, og øke hastigheten som røttene og annet organisk materiale brytes ned. I så fall kan det forutsi at myren sakte synker og frigjøring av mer metan i atmosfæren. Så igjen, kanskje ikke.

Kanskje tregere mikrober vil begynne å dominere, sier Stephen Long, professor i avlingsvitenskap og plantebiologi ved University of Illinois og sjefredaktør for tidsskriftet Global Change . Eller kombinasjonen av oppvarming og tilsatt karbondioksid vil føre til at planter vokser raskere enn de kan forfalle, som begge kan øke nivået på myra. "Det blir veldig vanskelig å forutsi med sikkerhet hva som kommer til å skje, og det er derfor et eksperiment som dette er så viktig, " sier han.

Long er blant de mange forskerne som har utført eksperimenter på Smithsonian myrstedet. Han sier at tanken på å gjøre denne typen arbeid i det naturlige miljøet var revolusjonerende da det første eksperimentet ble etablert for 30 år siden. Det er så mange faktorer som må kontrolleres eller redegjøres for i naturen at mange i det vitenskapelige samfunnet trodde det ikke kunne gjøres.

Bert Drake, planteøkolog og seniorforsker emeritus ved Environmental Research Center, er mannen som beviste dem galt tilbake i 1985.

En plantes vekst korrelerer med mengden karbon den tar i seg, og Drake tenkte først et elegant eksperiment for å overvåke veksten i myra. "Jeg sa vel, i stedet for å gå ut der og måle alle plantene, må vi bare måle CO 2 -strømmen, " sier han. "Folk som vurderte forslaget vårt, trodde at vi utvidet oss langt utover det de mente var brukbare i laboratoriet inn i feltet."

Bert Drake Bert Drake, planteøkolog og seniorforsker emeritus ved Environmental Research Center, tenkte et elegant eksperiment for å overvåke veksten i myra. (Smithsonian Environmental Research Center)

Drake designet en serie med sylindriske kamre med åpen bunn for å plassere over lapper av myr. Cirka tre fot i diameter hadde de en åttekantet aluminiumsrørramme med klare plastvegger og en åpen topp slik at de ikke ville fange varme som et drivhus. Deretter ledet han karbondioksid inn i kamrene og løftet nivået til det som var forventet 100 år i fremtiden.

"Vi kunne overvåke konsentrasjonen av CO 2 som går inn i kamrene, og CO 2 inni, og CO 2 som går ut, " sier han. Umiddelbare resultater viste at kjerringene i Drakes kamre vokste med ekstra kraft, slik at de ekstra karbondioksid ble lett, mens gressene ikke forandret seg. Mønsteret stemte overens med det forskerne hadde sett på laboratoriet og beviste at metoden hans fungerte. Han hadde klart en kontrollert studie i et ellers ukontrollerbart miljø. Drake kunne nå stole på andre observasjoner om hvordan plantene brukte vann og næringsstoffer, og samhandlet med karbondioksidberiket miljø. "Med den typen tilnærminger kan vi måle nettogevinsten i karbon eller tap, og gjøre det i samsvar med temperatur, nedbør, sollys, du nevner det."

Som en demonstrasjon av at et slikt eksperiment var mulig, forventet Drake aldri at prosjektet hans skulle bli grunnlaget for et feltsted som skulle vare i tre tiår og inspirere til lignende arbeid i andre miljøer rundt om i verden. Det er nå den lengste feltstudien noensinne på effekten av økende karbondioksid på et plantesamfunn, og det er fortsatt i gang.

"Mens vi har studert det, har karbondioksid i atmosfæren kommet opp som 13 eller 14 prosent, " sier Drake. "Havnivået kom opp som 10 eller 15 cm." Dessuten har han og flere titalls forskere som nå har utført eksperimenter på stedet, kunnet observere myra gjennom et bredt spekter av miljøforhold, fra våte år til tørre, fra varmere år til kjøligere år, lange vekstsesonger og korte.

"Å ha en så lang kontinuerlig studie gir oss virkelig enorme mengder informasjon som vi ganske enkelt ikke kan få noen annen måte, " sier Long. “[Drake] tok på seg noe helt nytt da han satte det opp. Det var en veldig dristig ting å gjøre, og det lyktes. ”

Et av Drakes tidlige funn var at økning av karbondioksid til myra førte til økte utslipp av metangass. De lærte også at sedgeplanter ikke overhaler gress, til tross for deres evne til å vokse raskere i et miljø med høyt karbondioksid.

Hver oppdagelse førte til flere spørsmål, og feltområdet vokste eksponentielt. Forskere som Megonigal som fulgte Drake, har forbedret designet, slått av sveisede aluminiumsrammer for PVC, forstørret kamrene og lagt til flere av dem for ytterligere studier. Underveis har nye eksperimenter dypet dypere inn i komplekse interaksjoner i økosystemet.

Bert Drake, SERC Marsh En plantes vekst korrelerer med mengden karbon den tar i seg, og Bert Drake (sjekker målinger) tenkte opprinnelig et elegant eksperiment for å overvåke veksten i myra. (Smithsonian Environmental Research Center)

Da forskerne økte nitrogen i jorden for å simulere økende avrenning fra land, oppdaget de at ikke alle planter reagerte like, og svarene deres endret seg avhengig av karbondioksid og vann som var tilgjengelig. Ett skritt av gangen har de ertet bort viktige interaksjoner og søkt et vindu på hvordan myra kan se ut i løpet av de neste 100 årene.

I 2015 publiserte Megonigal en studie der han og kollegene utsatte plantene for forskjellige vannstander for å se hvordan de ville reagere på stigende havnivå. "Vi forventet at når myra begynner å senke seg, burde det være i stand til å bevare mer karbon og faktisk kunne holde tritt med stigningen i havnivået, " sier Megonigal. Deres tanker var at hyppigere forekomst av vann ville holde oksygennivået lavt i det øverste laget av jorda. Det vil bremse mikrober som bryter ned døde planterøtter og lar mer jord samle seg.

Men det er ikke det som skjedde. Som små snorkler for mikrober, transporterer røttene oksygen fra luften ned i jorden, noe som betyr at det ikke betyr noe hvor lang tid jorda bruker under vann. Det som betyr noe er hvor mange røtter det leverer oksygen til mikrobene. Megonigal fant ut at jo flere røtter du har, jo mer spaltning oppstår.

"Måten dekomponering er representert på i modeller adresserer ikke påvirkningen fra planter, " sier Megonigal. ”Så modellene våre er for det meste gale, i det minste basert på denne studien. Vi må fokusere på kombinasjonen av disse tingene, fordi det er interaksjonene deres som kommer til å være veldig viktige for å forstå klimaendringer. ”

For beslutningstakere handler forståelsen av kombinasjonen av faktorer som påvirker overlevelsen av våtmarker mer enn bare å vite hva som vil skje. Aktiv styring av landet kommer til å være en avgjørende del av noen nasjoners strategier for å holde lokket på den globale oppvarmingen.

I følge Burkett fra den amerikanske geologiske undersøkelsen, kunne det ikke være mer presserende. "[Våtmarker] avgir naturlig metan, men de lagrer også milliarder av tonn karbon, og hvordan de håndteres påvirker hastigheten på karbonbinding og frigjøring."

Ved å opprettholde eller gjenopprette naturlig hydrologi til våtmarker kan det øke evnen til å lagre karbon, mens konvertering til landbruk eller rekedam kan frigjøre det som er lagret i jorden som karbondioksid.

"En sentral melding for beslutningstakere er at våtmarker er komplekse systemer, " sier hun. "For å forbedre den langsiktige lagringen av karbon i disse våtmarkssystemene, må du forstå den biogeokjemiske syklusen av karbon i dem. Det er en vitenskapelig innsats som vil bidra til å støtte engasjementet som er gjort i Paris av land rundt om i verden. ”

SERC Marsh, Sunset Hva forskere har lært i dette feltprosjektet er viktig, ikke bare for fremtiden til våtmarker, men også for forestående klimaendringer, fordi det å miste våtmarker som myrer og myr kan frigjøre millioner av tonn karbondioksid i atmosfæren. (Tom Mozdzer)
For verdens våtmarker kan det være synk eller svømme. Her er hvorfor det betyr noe