Kulstof går med strømmen

Mange mennesker ser kulstofcyklussen som lodret - CO2 bevæger sig op og ned mellem jord, planter og atmosfæren.

Imidlertid, ny Michigan State University-forskning offentliggjort i det aktuelle nummer af Geofysiske forskningsbreve , tilføjer en dimension til det vertikale perspektiv ved at vise, hvordan vand flytter enorme mængder kulstof lateralt gennem økosystemer - især under oversvømmelser. Disse resultater - som analyserede mere end 1, 000 vandskel, dækker omkring 75 procent af det tilstødende USA - har konsekvenser for klimaændringer og vandkvalitet.

Kulstof i miljøet, specifikt opløst organisk kulstof eller DOC, er en mastervariabel, der påvirker mange af vores planets grundlæggende processer, såsom vandkemi, drivhusgasemissioner og transport af forurenende stoffer over land og vand, sagde Jay Zarnetske, MSU jord- og miljøforsker og undersøgelsens hovedforfatter.

"Når vand strømmer gennem økosystemer, det optager organisk kulstof fra planter og jord, og i mange tilfælde, vand bestemmer, om økosystemet er en nettokulstofkilde eller -dræn, " sagde han. "Den enorme mængde kulstof, der siver ud af økosystemer som DOC, er omtrent lige så stor som nettomængden af ​​kulstof, der optages fra atmosfæren hvert år. Så præcist regnskab er afgørende, når du administrerer 'carbon-bankkontoen'."

DOC i floder er som at lave te, Zarnetske tilføjede.

"Du starter med relativt klart vand, der falder som nedbør, og så bliver det organiske kulstof i landskabet udvasket i vandet, " sagde han. "Denne te bliver derefter skyllet til vandløb under oversvømmelser, gør ofte vandet brunt."

Zarnetskes nye arbejde foreslår en bedre måde at redegøre for det kulstof, der forlader økosystemer som DOC ved at inkludere data fra oversvømmelser. Med henvisning til logistiske og sikkerhedsmæssige bekymringer, videnskabsmænd giver typisk floder bred kaj under oversvømmelser. Som resultat, forskere ved mindre om DOC-adfærd under oversvømmelser. Når vandet flyder hurtigt og brunt, selvom, er, når der transporteres mest kulstof ud af de fleste vandskel. Med andre ord, dette er et tidspunkt, hvor der er behov for flere prøveudtagninger.

Det, der overraskede holdet af videnskabsmænd, er, at oversvømmelser let skyller kulstof ud af landskaber i forskellige økosystemer i hele Nordamerika, spænder fra Michigans skove til Sonoran-ørkenen. De troede oprindeligt, at DOC ville blive fortyndet af oversvømmelser i mange dele af de amerikanske oversvømmelser, imidlertid, føre til frigivelse af store mængder DOC-eller stærkere te, metaforisk set - fra næsten alle miljøer på relativt kort tid.

"Vi vidste, at DOC gik op under oversvømmelser i nogle områder, men vi var overraskede over at se det samme mønster i langt de fleste vandskel over hele landet, " sagde Zarnetske. "Ørkener har ikke så meget DOC som løvskove, men når du har en begivenhed som en oversvømmelse, processen er den samme, og vandstrømmene er fulde af kulstof."

En anden vigtig bekræftelse fra undersøgelsens massive datasæt var den betydelige rolle, vådområder spiller i vores vandskel. DOC-skylleadfærden i hele USA var primært relateret til arealet af vådområder i et vandskel. Vådområder fungerer som buffere eller lagerzoner for DOC i vandskel. Hvis vandet stiger, vand og DOC i vådområderne tættest på floden kan hurtigt vælte over.

Følgelig, hvor naturlige vådområder er placeret inden for vandskellet er vigtigt. At dræne naturlige vådområder og "bytte dem" til en anden nærliggende sump eller bygge et kunstigt vådområde kan se godt ud på papiret, men det kommer til at påvirke et områdes evne til at lagre og frigive kulstof, Zarnetske tilføjede.

"Vådområder er vigtige kontroller for kulstofbalance og vandkvalitet, og de er også nogle af de mest sårbare landskaber, " sagde han. "Hvis du flytter dem, du ændrer en regions VVS og kemi."

Til denne forskning, forskerne brugte data fra hele USA, men de vadede ikke i et eneste vandløb eller sump. Deres resultater kom fra mængder af data indsamlet gennem årtier af statslige og føderale regeringsorganer, primært U.S. Geological Survey. Datasættets store størrelse kan være skræmmende, og det er skræmmende at mestre de nødvendige færdigheder for at afsløre dens hemmeligheder. Imidlertid, det er en sand skatkammer af information. Selvom det måske ikke virker så spændende at indsamle disse langsigtede data som at udføre nye eksperimenter, de historiske data er værdifulde og deres værdi vokser kun med tiden, sagde Zarnetske.

"Det er ikke prangende, men det er kraftfulde data, " sagde han. "Disse data blev indsamlet længe før vi kendte til computere og metoder, der var stærke nok til at analysere det hele. Det er endnu et eksempel på, hvordan langsigtede dataindsamlinger er nøglen til opdagelser og værdig til fortsat finansiering."

Og så massive datasæt spiller ind i MSU's styrker, han tilføjede.

"Blandt MSU's stærke sider er dataintensiv forskning, makrosystemers økologi og tværfaglig forskning, "Zarnetske sagde." Vores team udnyttede dette offentligt tilgængelige datasæt på en ny måde til at forfine mange mangeårige teorier, der muliggjorde bedre håndtering af kulstofbalancer, vådområder og andre vandkvalitetsproblemer."