С ростом температуры лишь 23 процента болотных экосистем мира будут наращивать выбросы углекислого газа, а в эмиссии остальных будет увеличиваться доля метана. Это связано с особенностями заключенного в болотных почвах органического вещества: чем выше в нем доля нестабильных растворимых соединений и доля азота по отношению к углероду, тем больше метана выделяется при потеплении. Это значит, что для снижения выбросов органику в мировых болотах нужно стабилизировать, а для более точных прогнозов учитывать ее характеристики в климатических моделях. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.
От 29 до 45 процентов почвенного органического углерода на суше заключено в болотных экосистемах. Изменение климата приводит к тому, что органическое вещество в них начинает разлагаться быстрее, и углерод переходит в атмосферу в виде выбросов углекислого газа и метана. Считается, что выбросы метана в ответ на потепление растут сильнее, чем выбросы углекислого газа, но пока эта тенденция изучена по большей части с позиции гидрологических факторов. Влияние особенностей органического вещества, например, его элементного состава, на темпы эмиссии парниковых газов изучено слабо.
Ученые под руководством Ху Ханя (Han Hu) из Китайской академии наук исследовали, как соотношение углерода и азота в органическом веществе болот влияет на эмиссию CH4 и CO2. Для этого они собрали данные о выбросах этих газов, температуре и почвенных свойствах со 159 площадок в болотных экосистемах (преимущественно в Евразии и Северной Америке), в также провели модельные эксперименты по определению скорости разложения органики в почве из китайских рисовых полей.
Авторы опирались на показатель EM/C — коэффициент температурной чувствительности выбросов CH4 и CO2. Он представляет собой разницу между температурной чувствительностью выбросов метана и углекислого газа из болотных почв и измеряется в электронвольтах. Для его расчета используют зависимость выбросов газов от температуры в логарифмических координатах (по уравнению Аррениуса). Если значения EM/C положительные, то с ростом температуры выбросы CH4 увеличиваются быстрее, чем выбросы CO2, и доля метана в суммарной эмиссии становится все больше. Если же значения EM/C отрицательные, то с потеплением активнее растут выбросы углекислого газа.
Оказалось, что положительная величина EM/C характерна для 77 процентов водно-болотных угодий. В разных точках мира она может варьироваться от −1,372 до 2,316 электронвольт, а ее среднее значение составляет 0,369 электронвольт. При этом больше всего на величину EM/C повлияло отношение углерода к азоту в почвенном органическом веществе: чем ниже оно было, тем выше был коэффициент температурной чувствительности выбросов CH4 и CO2. Он также возрастал при увеличении доли растворимого органического вещества, что вероятно связано с тем, что оно легче поддается разложению. Ученые отметили, что особенности почвенного органического вещества важно учитывать в климатических моделях, а снижения выбросов парниковых из болот можно добиться стабилизацией органического вещества в них.
Выбросы метана могут возрастать не только из-за потепления и углеродно-азотного баланса, но и из-за резких изменений в сельском хозяйстве. Например, африканские тропики превратились в один из ведущих регионов по эмиссии метана, потому что в них за 10 лет на 68 процентов увеличили площади рисовых плантаций.