Hvordan ånder en flod? Svaret kunne føre til en bedre forståelse af det globale kulstofkredsløb
Tag en dyb indånding. Vær opmærksom på, hvordan luften bevæger sig fra din næse til din hals, før du fylder dine lunger med ilt. Når du trækker vejret ud, forlader en blanding af ilt og kuldioxid din næse og mund.
Vidste du, at vandløb og floder "ånder" på samme måde?
USA er hjemsted for mere end 250.000 af disse strømmende vandområder, der forbinder til kystzoner og oceaner. De varierer i størrelse, fra små vandløb til store floder, men alle optager ilt og afgiver kuldioxid og andre drivhusgasser som metan.
I løbet af de seneste år er et team af forskere ledet af Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) blevet fordybet i afgørende forskning omkring de processer og interaktioner, der bidrager til drivhusgasdynamikken. Deres arbejde fokuserer på hele netværk af vandløb og floder, såvel som landet omkring disse systemer.
Deres arbejde omfatter også faktorer, der kan forstyrre, hvordan vandløb og floder ånder. Nogle af disse forstyrrelser sker uden for vandløb, som skovbrande, men påvirker stadig, hvordan vandløb trækker vejret ved at ændre, hvordan materiale kommer ind i vandløb. At forstå disse påvirkninger er nøglen til at håndtere udfordringer relateret til vandkvalitet, global kulstofkredsløb og klimaændringer.
PNNL-forskere har udført modellerings-, felt- og laboratorieundersøgelser over hele USA, hvor nogle undersøgelser er særligt intensive i Columbia River Basin. Dette område dækker 258.000 kvadratkilometer, og Colombia-floden flyder over 1.270 miles fra de canadiske klippebjerge til Stillehavet. Dette bassin omfatter frodige skove, tørre ørkener og store landbrugsområder. PNNL's hovedcampus har til huse i bassinet i det østlige Washington.
Forskning ledet af PNNL har produceret modeller og data, der kan hjælpe med at forudsige, hvordan man beskytter nationens vandløb og floder og de samfund, der er afhængige af dem. Værket er publiceret i tidsskriftet Frontiers in Water .
"Vores team bruger modeller og data til at få ny indsigt og udvikle forudsigelser, der vil informere beslutninger truffet af regulatorer og naturressourceforvaltere," sagde Timothy Scheibe, en PNNL Lab Fellow og jordforsker, som er en af lederne af denne forskning.
Modeller og data kan hjælpe med at informere om forvaltningspraksis for vand og arealanvendelse, herunder hvordan man reagerer på naturkatastrofer som naturbrande og tørke. De kan også hjælpe med at informere om, hvordan fremtidige ændringer i miljøet kan påvirke naturlige og menneskelige systemer, der er vigtige for vores planets sundhed.
Hvad er respiration?
En af drivkræfterne bag forståelsen af, hvordan vandløb og floder ånder, er en række processer kendt som respiration - en samling af kemiske reaktioner, der tilsammen bestemmer, hvor meget kulstof der bliver siddende, og hvor meget der kommer ind i atmosfæren som kuldioxid.
Respiration kombinerer kulstof og ilt for at generere energi til levende organismer. Denne proces skaber også noget "udstødning" i form af kuldioxid, der "udåndes" af organismer som alger og bakterier i vandløbs- og flodøkosystemer. Ved at studere respiration på tværs af mange slags vandløb og floder kan forskere lære, hvorfor nogle systemer respirerer mere end andre.
At forstå "hvorfor" er nøglen. Det er det, der gør det muligt for forskere at forudsige fremtiden for vandløb og floder.
Det er også vigtigt at forstå, om vand eller sediment i floder og vandløb har mere respiration. For at besvare dette samarbejdede PNNL med forskere ved Washington State University og University of Montana. Holdet fandt ud af, at det meste af åndedrættet i Columbia-floden udføres af organismer i vandet. Dette skyldes sandsynligvis, at Columbia-floden indeholder meget vand, hvori der kan trække vejret.
Men i andre vandløbssystemer sørger mikrober i sedimenter for det meste af vejrtrækningen. Nogle sedimenter "ånder" meget hurtigere end andre, og som et resultat producerer de mere kuldioxid.
PNNL-holdet har vist, at mængden af kuldioxid produceret af sedimenter er forbundet med størrelsen af klipperne, der udgør flodsenge. Større sten fører ofte til mere vejrtrækning. Det er vigtigt, fordi jo hurtigere sedimenter trækker vejret, jo mere kan de rense forurenende stoffer fra vandløb og floder.
Hvad er organisk stof?
Ud over gasser som ilt og kuldioxid indeholder vandløb og floder partikler af døde organismer som planter og alger. Dette er kendt som organisk stof, og det er "brændstoffet" eller "fødevarer", der driver åndedrættet og spiller en rolle i vandkvaliteten og sundheden for akvatiske arter. Sammensætningen af organisk materiale styres delvist af arealanvendelse, forurenende stoffer, skovforvaltning og naturlige og menneskelige forstyrrelser, så forståelsen af dets forhold til respiration kan motivere forskellige land- og vandforvaltningspraksis.
PNNL-teamet ledede forskning, der så på, hvordan ændringer i den slags organiske stoffer forårsager ændringer i respirationen. I en række undersøgelser viste holdet, at respiration i sedimenter er forbundet med organisk stofs kemi. Grænserne i vand undersøgelse, udført i samarbejde med forskere fra University of Nebraska, afslørede generelle regler på tværs af forskellige strømme, der definerer, hvordan organisk stofkemi forbindes med sedimentrespiration.
PNNL-forskere afslørede også, hvordan naturbrand kan ændre organisk stof i vandløb efter en naturbrand. Holdet fandt ud af, at der var en sammenhæng mellem sammensætning af organisk stof og hvordan brande påvirkede landskabet under den første storm efter en større naturbrand i 2020. Dette gør det svært at finde ud af, hvordan mikrober bruger forskellige slags organisk materiale til at fremme respiration i vandløb og floder.
Der er titusindvis af forskellige forbindelser, der udgør organisk stof. Der er også en række organismer, der bruger organisk materiale som brændstof. Dette gør det svært at finde ud af, hvor meget respiration der finder sted på tværs af forskellige slags organisk materiale og organismer i vandløb og floder.
På trods af udfordringerne har PNNL og partnere forskere afsløret generelle regler for, hvordan disse komplekse systemer fungerer. Disse regler giver forskerne mulighed for at løse andre vigtige udfordringer, såsom hvordan man kan forbedre vandkvaliteten og forudsige, hvor meget kuldioxid der vil forlade vandløb og floder efter store begivenheder som naturbrande.
"At forstå, hvilke principper der regulerer processer, og hvordan de fungerer på tværs af systemer, er et centralt mål for vores arbejde," forklarede PNNL Earth-forsker Allison Myers-Pigg. "Denne viden danner grundlag for at bygge modeller, der kan forudsige vandløbs og floders fremtidige sundhed, herunder hvordan de kan blive påvirket af store forstyrrelser. Uden denne viden kan vi ikke lave præcise forudsigelser."
Flere oplysninger: Firnaaz Ahamed et al., Udforskning af determinanter for biotilgængelighed af organisk materiale gennem substrat-eksplicit termodynamisk modellering, Grænser i vand (2023). DOI:10.3389/frwa.2023.1169701
Leveret af Pacific Northwest National Laboratory
Varme artikler
-
Brande raser over det sydlige Europa, tvinger hundredvis til at evakuereTyrkiet har været udsat for de værste brande i mindst et årti. Dusinvis af landsbyer blev søndag evakueret i turisthotspots i det sydlige Tyrkiet, da skovbrande, der har kostet otte mennesker live -
Verdens femtestørste diamant fundet i LesothoEn diamant, der menes at være den femtestørste af ædelstenskvalitet, der nogensinde er fundet, er blevet opdaget i Lesotho, sagde minearbejder Gem Diamonds. En diamant, der menes at være den femte -
Ny model afslører den hidtil ukendte kompleksitet af oceaniske jordskælvszonerOversigt over undersøgelsesområdet og den skematiske illustration af interaktion mellem fejlbevægelser og havbunden. Kredit:University of Tsukuba Forskere fra University of Tsukuba anvendte seismi -
Hvad opnåede COP26?Kredit:offentligt domæne COP26, FNs klimakonference i Glasgow, sluttede lørdag. Den to uger lange konference samlede diplomater fra næsten 200 nationer for at forfine detaljerne i Paris-aftalen, f
- Forskere demonstrerer formhukommelseseffekt i guldpartikler
- Innovativ restaurering af koralrev hjælper med at beskytte caribiske øer
- Rapporten opfordrer til at integrere emissionsreduktion og klimatilpasningspraksis
- At fange mangfoldighed af fiskearter betyder mere stabil indkomst for fiskere
- Panzerkampfwagens I og II
- Optimal afstand bestemt for podet Primo Red højtunneltomat