Коли мікроорганізми розкладають органічний матеріал у ґрунті, вони активно виділяють CO 2 в атмосферу. Цей процес називається гетеротрофним диханням. Нова модель показує, що ці викиди можуть зрости до 40% до кінця століття — найбільше в полярних регіонах.
Підвищення концентрації вуглекислого газу в атмосфері (CO2) є головним каталізатором глобального потепління, і приблизно одна п’ята частина атмосферного CO 2 походить із ґрунтових джерел. Частково це пояснюється діяльністю мікроорганізмів, включаючи бактерії, гриби та інші мікроорганізми, які розкладають органічні речовини в ґрунті, використовуючи кисень, наприклад мертві рослинні матеріали. Під час цього процесу CO 2 викидається в атмосферу. Вчені називають його гетеротрофним диханням ґрунту.
На основі нещодавнього дослідження, опублікованого в науковому журналі Nature Communications , команда дослідників з ETH Zurich, Швейцарського федерального інституту лісових, снігових і ландшафтних досліджень WSL, Швейцарського федерального інституту водних наук і технологій Eawag і Університету Лозанни дійшов важливого висновку. Їхнє дослідження вказує на те, що викиди CO 2 ґрунтовими мікробами в атмосферу Землі, як очікується, не тільки збільшаться, але й прискоряться в глобальному масштабі до кінця цього століття.
Використовуючи прогноз, вони виявили, що до 2100 року викиди CO 2 від ґрунтових мікробів зростуть, потенційно сягнувши глобального зростання приблизно на 40% порівняно з поточними рівнями за найгіршого кліматичного сценарію. «Таким чином, прогнозоване зростання мікробних викидів CO 2 ще більше сприятиме посиленню глобального потепління, підкреслюючи нагальну потребу в отриманні більш точних оцінок гетеротрофного дихання», — говорить Алон Ніссан, головний автор дослідження та ETH. Докторант Інституту екологічної інженерії ETH Zurich.
Вологість і температура ґрунту як ключові фактори
Ці знахідки не тільки підтверджують попередні дослідження, але й дають більш точне уявлення про механізми та величину гетеротрофного дихання ґрунту в різних кліматичних зонах. На відміну від інших моделей, які базуються на численних параметрах, нова математична модель, розроблена Алоном Ніссаном, спрощує процес оцінки, використовуючи лише два важливі чинники навколишнього середовища: вологість ґрунту та температуру ґрунту.
Модель є значним прогресом, оскільки охоплює всі біофізично важливі рівні, починаючи від мікромасштабів структури ґрунту та розподілу ґрунтової води до рослинних угруповань, таких як ліси, цілі екосистеми, кліматичні зони та навіть глобальний масштаб.
Пітер Молнар, професор Інституту інженерії навколишнього середовища ETH, підкреслює важливість цієї теоретичної моделі, яка доповнює великі моделі Земної системи, заявляючи: «Модель дозволяє більш просто оцінити швидкість дихання мікробів на основі вологості та температури ґрунту. Крім того, це покращує наше розуміння того, як гетеротрофне дихання в різних кліматичних регіонах сприяє глобальному потеплінню».
Полярні викиди CO 2 зростуть більш ніж удвічі
Ключовий висновок дослідницької співпраці під керівництвом Пітера Мольнара та Алона Ніссана полягає в тому, що збільшення мікробних викидів CO 2 різниться в різних кліматичних зонах. У холодних полярних регіонах основним фактором збільшення є зниження вологості ґрунту, а не значне підвищення температури, на відміну від жарких і помірних зон. Алон Ніссан підкреслює чутливість холодних зон, заявляючи: «Навіть незначна зміна вмісту води може призвести до суттєвої зміни частоти дихання в полярних регіонах».
Згідно з їхніми розрахунками, згідно з найгіршим кліматичним сценарієм, прогнозується зростання мікробних викидів CO2 у полярних регіонах на десять відсотків за десятиліття до 2100 року, що вдвічі перевищує темпи, очікувані для решти світу. Цю невідповідність можна пояснити оптимальними умовами для гетеротрофного дихання, які виникають, коли ґрунти перебувають у напівнасиченому стані, тобто ні надто сухим, ні надто вологим. Ці умови панують під час відтавання ґрунту в полярних областях.
З іншого боку, ґрунти в інших кліматичних зонах, які вже є відносно більш сухими та схильними до подальшого висихання, демонструють порівняно менший приріст мікробних викидів CO 2 . Однак, незалежно від кліматичної зони, вплив температури залишається постійним: із підвищенням температури ґрунту зростає і викид мікробного CO2. Джерело