Ученые разработали метод, с помощью которого можно предсказывать скорость эрозии, а также запас, пространственную вариативность и устойчивость почвенного органического вещества, имея на руках лишь данные топографической съемки — то есть зная форму и кривизну склонов холмов. Они уже смогли установить, что у почв на крутых склонах доля минерально-ассоциированного органического углерода падает вдвое по сравнению с пологими склонами, а общий запас органического углерода — в 20 раз. Результаты их исследования опубликованы в журнале Nature Geoscience.
В верхнем двухметровом слое почв заключено примерно 2,4 миллиарда тонн углерода, то есть вдвое больше, чем в атмосфере, и втрое больше, чем в растительном покрове суши. В сложившемся на планете углеродном цикле часть этого углерода выведена из круговорота и на длительный срок (тысячи лет) законсервирована в виде почвенного органического вещества. Некоторые процессы, такие как почвенная эрозия, приводят к размыканию цикла и утечке углерода в атмосферу, что потенциально грозит усилением парникового эффекта, однако оценка эрозионного потенциала и сопряженных с ними углеродных потерь все еще довольно сложная задача.
Ученые под руководством Брука Хантера (Brooke Hunter) из Орегонского университета разработали способ определения скорости эрозии почвы и выноса углерода по морфометрическим данным. Они провели высокоточную лидарную съемку вершин холмов в горах Кламат на юго-западе Орегона и отбирали вдоль них образцы почв, чтобы определить содержание органического углерода и его вертикальное распределение.
Выявленные тенденции соответствовали сложившимся представлениям об эрозионных процессах: на острых и крутых склонах они происходят быстрее и выносят больше почвенных частиц, что способствует образованию тонких и каменистых почв, плохо удерживающих углерод. Однако сочетание лидарных данных и лабораторных анализов органического вещества позволили построить основу для математического моделирования выноса углерода из эрозионных ландшафтов и оценки пространственных вариаций в количестве и устойчивости почвенного органического вещества.
Доля минерально-ассоциированного органического углерода в почвах крутых склонов падает до 35 процентов за счет активного выноса крупной фракции почвенных частиц (размером больше двух миллиметров), тогда как в почвах на пологих холмах она составляет 60-70 процентов. Кроме того, радиоуглеродный анализ показал, что в ландшафтах с большой скоростью эрозии преобладает молодой углерод, активно вовлеченный в биологический круговорот. В целом с увеличением крутизны склона запас органического углерода в почве падает с 20 килограмм до менее килограмма на квадратный метр, а скорость эрозии растет с менее 0,01 до более 0,19 миллиметров в год.
Наличие органического углерода в почве важно не только для глобального климата, но и для микроклимата. Например, луговые почвы оно защищает от температурных колебаний, и, как выяснилось, лучший способ увеличить его запасы — поддерживать разнообразие растительных видов в луговом сообществе.