Rester af skovbrande kan bidrage til klimaændringer

Naturbrande efterlader store dele af sort jord, når de ødelægger et landskab. Det forkullede materiale indeholder et væld af molekyler, der kunne fortsætte med at frigive kuldioxid til atmosfæren dage og uger efter, at ilden er gået ud. ifølge ny forskning.

En ny undersøgelse præsenteret på AGU's Fall Meeting i San Francisco viser, at brændt bladaffald og andre biomaterialer kan udvaske disse molekyler - kaldet pyrogent kulstof - til ferskvand, hvor de reagerer med sollys. Det betyder, at pyrogent kulstof i vores vandveje kan nedbrydes til kuldioxid hurtigere end tidligere foreslået, at give atmosfæren en uventet kilde til denne drivhusgas, ifølge forskerne.

Forskere troede tidligere, at pyrogent kulstof ikke reagerede med sollys, men de nye resultater skubber tanken tilbage på, at dette materiale er inert, sagde Jessica Egan, en hydrolog og kandidatstuderende ved University of Colorado Boulder, der præsenterede forskningen.

Næsten 80 procent af ferskvandet i USA stammer fra skovklædte miljøer med risiko for naturbrande, ifølge U.S. Geological Survey. Det gør det nemt for brændt affald, og det kulstof det indeholder, at infiltrere vandskel i hele landet.

Den "typiske, old school view" er, at temperaturer i skovbrande brænder varmt nok til at gøre de kulstofbaserede molekyler i denne kull ikke-reaktive, Egan forklarede. "Jeg ved ikke, om det er en fuldstændig retfærdig vurdering, " sagde hun. Det skyldes primært, at tidligere forskning i pyrogen kulstofnedbrydning fokuserede på det efterladte trækul i jorden - ikke vand - som kan blive hængende i årtusinder.

I den nye undersøgelse, Egan ville vide, hvad der skete med pyrogent kulstof fra skovbrande, der skyllede ind i vandskel i USA. Så hun og hendes team satte sig for at forstå, om pyrogent kulstof opløst i vand kunne fortsætte med at reagere.

At gøre det, Egan tog til Great Smoky Mountains National Park i Tennessee, hvor hun samlede bladaffald og muldjord, som hun senere brændte i laboratoriet ved temperaturer mellem 200 og 700 grader Celsius (400 og 1300 grader Fahrenheit) for at kopiere varmen fra skovbrande. Denne procedure producerede et spektrum af pyrogene kulstofmolekyler, som holdet kunne analysere.

Egan ekstraherede vandopløseligt pyrogen kulstof fra de brændte materialer og opløste dem i vand. Hun efterlod flasker med de opløste opløsninger i sollys og mørke forhold i 25 dage, for at se, om molekylerne brød sammen, når de blev udsat for lys. Hun tog prøver med regelmæssige tidsintervaller under hele forsøget for at overvåge tegnene på, at molekylerne havde ændret sig.

Resultaterne viste, at det pyrogene kulstof blev nedbrudt som reaktion på sollys. Forskerne så en stigning i koncentrationen af ​​hydrogenperoxid i prøverne udsat for lys, men ingen sådan ændring for de mørke prøver. Hydrogenperoxid er et biprodukt af den proces, der nedbryder kulstofbaserede molekyler til komponenter, der ligner mere kuldioxid.

"Det, der også er rigtig fedt og uventet, er, at du kan se en forandring, " sagde Egan. Og den ændring skete på dage og uger, ikke tusinder af år, som videnskabsmænd tidligere troede.

Da forskerne så på tilstedeværelsen af ​​alt organisk materiale i deres prøver, de så, at signalet forbundet med labil, let nedbrydelige pyrogene kulstofmolekyler formindskedes betydeligt efter eksponering for sollys, alt undtagen forsvinder i slutningen af ​​retssagen. Det tyder stærkt på, at de pyrogene kulstoffer bliver omdannet af sollys, sagde Egan.

"Så der er nogle interessante dynamikker at tjekke der, " sagde Egan. "Hvis du får disse enorme udledninger af kulstof fra flere kilder [i skovbrande], og [pyrogene kulstoffer] er tilgængelige og klart i stand til at blive oxideret til kuldioxid, det bliver et større problem for kulstofbudgettet."

Andre videnskabsmænd er fascinerede af forskningen. "[Egan] brugte en ganske enkel, men jeg synes virkelig et smart design, " sagde Cristina Santin, en naturbrandforsker ved Swansea University i Storbritannien, som ikke var involveret i undersøgelsen. I særdeleshed, Santin var imponeret over den hydrogenperoxidtest, som Egan brugte til at påvise nedbrydningen af ​​pyrogent kulstof.

Forskerholdet fortsætter med at undersøge præcis, hvilke molekyler der bliver påvirket af lysnedbrydning, så de bedre kan forstå, hvordan pyrogene kulstoffer deltager i kulstofkredsløbet efter naturbrande. Til sidst, de vil gerne udvide deres projekt til at omfatte regioner uden for USA som Arktis. Santin foreslog også, at forskerne brugte prøver fra styrede naturbrande, der ville være mere repræsentative for realistiske forkulningsforhold end ovnen Egan brugte i laboratoriet.

Samlet set, Santin sagde, at holdets resultater passede sammen med andre fremskridt på området, alt sammen tyder på, at forskere er nødt til at genoverveje deres koncept om pyrogent kulstof som en kulstofdræn.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra AGU Blogs (http://blogs.agu.org), et fællesskab af blogs om jord- og rumvidenskab, vært af American Geophysical Union. Læs den originale historie her.