По мере потепления арктической тундры почвенные микроорганизмы, вероятно, увеличат производство CO2По мере потепления арктической тундры почвенные микроорганизмы, вероятно, увеличат производство CO2
Изменение климата приводит к тому, что арктическая тундра прогревается в четыре раза быстрее, чем остальная часть планеты.
Новое исследование предполагает, что повышение температуры подстегнет подземные микроорганизмы к производству большего количества углекислого газа, что может создать обратную связь, усугубляющую изменение климата.
Тундра - это «спящий биом», - утверждает Сибрин Маес, ученый-эколог из Университета Умео в Швеции. Эта экосистема населена мелкими кустарниками, травами и лишайниками, растущими на холодных почвах, богатых накопленным органическим углеродом. Ученые давно подозревают, что потепление разбудит этого спящего гиганта, побудив почвенные микробы выделять больше парникового газа CO2. Но это было трудно доказать в полевых исследованиях.
В команду Маес вошли около 70 ученых, проводивших измерения в 28 тундровых регионах по всей арктической и альпийской зонам планеты. Во время летнего вегетационного сезона исследователи разместили прозрачные пластиковые камеры с открытым верхом, каждая диаметром около метра, на участках тундры. Эти камеры пропускали свет и осадки, но блокировали ветер, нагревая воздух внутри в среднем на 1,4 °C. Исследователи следили за тем, сколько CO2 микробы в почве выделяют в воздух - этот процесс называется "почвенным дыханием", - и сравнивали эти данные с результатами измерений на соседних участках.
Исследование, опубликованное 17 апреля в журнале Nature, показало, что повышение температуры на 1,4 °C привело к увеличению выделения CO2 на экспериментальных участках в среднем на 30% по сравнению с участками, находящимися под открытым небом. Некоторые из исследований, собранных группой, длились всего один год, но в самом длинном из них были проведены измерения за 25 вегетационных сезонов, что свидетельствует о том, что эти эффекты сохраняются в течение длительного времени.
Хотя ясно, что повышение температуры в среднем увеличивает выделение СО2, между участками наблюдается значительная вариабельность, отмечает Маес. Например, повышение уровня CO2 особенно заметно в почве, бедной азотом. С потеплением почвы растения становятся более активными, а вместе с ними и их симбиотические микробы, которые поддерживают растения, добывая азот. Повышенная активность микробов также означает, что они производят больше CO2.
По словам микробиолога Николаса Бускилла из Национальной лаборатории Лоренса Беркли в Калифорнии, полученные результаты являются самым убедительным доказательством того, что более теплые температуры повышают активность микроорганизмов, в результате чего выделяется больше CO2. Предыдущие исследования, в том числе и исследование Бускилла, были гораздо менее масштабными и приводили к противоречивым выводам. Бускилл считает, что главный вопрос заключается в следующем: «Станут ли эти районы источниками углерода или останутся поглотителями углерода?».
По оценкам НАСА, арктическая вечная мерзлота хранит 1700 миллиардов метрических тонн углерода. Согласно последним исследованиям, к 2100 году деградация вечной мерзлоты может высвободить от 22 миллиардов до 524 миллиардов тонн углерода в зависимости от темпов потепления.
Учитывая ожидаемый рост выбросов CO2 микробами и их потенциальный вклад в дальнейшее глобальное потепление, «можно сказать, что это гибельный сценарий», - говорит Маес. Но она отмечает, что результаты исследования не означают, что общий объем выбросов углерода в тундре неизбежно резко возрастет - другие процессы могут противодействовать этому эффекту. Например, растения могут увеличить свою фотосинтетическую активность, поглощая больше CO2. Кроме того, эти исследования не учитывают, что происходит в другие времена года.
Использование данных, отражающих все нюансы происходящего в Арктике - например, связь между бедной азотом почвой и почвенным микробным дыханием - может помочь улучшить прогнозы реакции тундры на изменение климата и того, как это, в свою очередь, повлияет на климат Земли. «Нам нужно точно понимать, как происходит круговорот питательных веществ, чтобы правильно определять содержание углерода», - говорит Бускилл.
