Климат в Арктической тундре меняется примерно в четыре раза быстрее, чем на остальной планете. Новое исследование показывает, что повышение температуры может привести к тому, что микроорганизмы, живущие в почве, начнут производить больше углекислого газа. Это может создать порочный круг, который усугубит изменение климата.
Тундра - это "сонная" экосистема, где растут невысокие кустарники, травы и лишайники в холодных почвах, богатых запасами органического углерода. Ученые давно подозревали, что потепление может "разбудить" этого спящего гиганта и заставить почвенные микробы выделять больше парникового газа CO2. Но доказать это в полевых условиях было трудно.
Команда ученых из Умео университета в Швеции провела измерения в 28 регионах тундры в арктической и альпийской зонах планеты. Летом, в период роста растений, исследователи устанавливали прозрачные пластиковые камеры с открытым верхом над участками тундры. Эти камеры пропускали свет и осадки, но блокировали ветер, нагревая воздух внутри в среднем на 1,4 градуса Цельсия. Ученые измеряли, сколько CO2 почвенные микробы выделяли в атмосферу в процессе дыхания, и сравнивали эти данные с измерениями на соседних открытых участках.
Исследование показало, что повышение температуры на 1,4 градуса привело к увеличению выделения CO2 в среднем на 30% по сравнению с открытыми участками. Некоторые из собранных данных охватывали только один год, но самые длительные наблюдения велись в течение 25 вегетационных сезонов, показывая, что эти эффекты сохраняются с течением времени.
Хотя в целом ясно, что более высокие температуры усиливают выделение CO2, между экспериментальными площадками есть много различий. Например, усиление выброса CO2 особенно заметно в почвах, бедных азотом. При потеплении почвы растения становятся активнее, как и их симбиотические микробы, которые поддерживают растения, добывая азот. Повышенная активность микробов также означает, что они производят больше CO2.
Эти результаты дают самые убедительные на сегодняшний день доказательства того, что более высокие температуры увеличат микробную активность и выделение CO2. Предыдущие исследования, в том числе и самого Николаса Баскилла из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, были гораздо меньше по масштабу и привели к противоречивым выводам.
По оценкам НАСА, в вечной мерзлоте Арктики хранится 1700 миллиардов метрических тонн углерода. Недавние исследования показывают, что к 2100 году деградация вечной мерзлоты может привести к выбросу от 22 до 524 миллиардов метрических тонн углерода в зависимости от темпов потепления.
Учитывая ожидаемое увеличение выбросов CO2 микробами и их потенциальный вклад в дальнейшее глобальное потепление, "можно сказать, что это сценарий конца света", - говорит Сюбрин Маес. Но она отмечает, что результаты исследования не означают, что общие выбросы углерода в тундре неизбежно резко возрастут - другие процессы могут противодействовать этому эффекту. Например, растения могут усилить свою фотосинтетическую активность, поглощая больше CO2. И эти исследования не учитывают, что происходит в другие времена года.
Включение данных, отражающих нюансы происходящего в Арктике, таких как связь между бедными азотом почвами и дыханием микробов, может помочь улучшить прогнозы реакции тундры на изменение климата и того, как это, в свою очередь, повлияет на климат Земли. "Мы должны представлять, как циркулируют питательные вещества, чтобы правильно понимать углеродный цикл", - говорит Баскилл.
В целом, это исследование подчеркивает сложность и взаимосвязанность процессов, происходящих в тундре под влиянием изменения климата. Повышение температуры может привести к увеличению выбросов CO2 микробами, но другие факторы, такие как активность растений и доступность питательных веществ, также играют важную роль. Чтобы точнее предсказать будущее тундры и ее влияние на глобальный климат, ученым необходимо продолжать изучать этот уникальный и уязвимый регион, учитывая все сложные взаимодействия между его компонентами.
Новое исследование показывает, что повышение температуры в Арктической тундре может привести к увеличению выбросов углекислого газа почвенными микроорганизмами. Это потенциально может создать порочный круг, усугубляющий изменение климата. Однако, несмотря на тревожные результаты, исследователи подчеркивают, что общие выбросы углерода в тундре не обязательно резко возрастут, поскольку другие процессы, такие как усиление фотосинтеза растений, могут противодействовать этому эффекту.
Чтобы лучше понять и предсказать реакцию тундры на изменение климата, ученым необходимо учитывать сложные взаимодействия между различными компонентами экосистемы, такими как доступность питательных веществ и активность растений. Включение этих нюансов в модели прогнозирования может помочь улучшить наше понимание того, как тундра будет влиять на глобальный климат в будущем.
В конечном счете, это исследование подчеркивает необходимость продолжения изучения уникальной и уязвимой экосистемы тундры, поскольку она сталкивается с быстрыми изменениями, вызванными потеплением климата. Только путем тщательного мониторинга и анализа всех сложных процессов, происходящих в этом регионе, мы сможем разработать эффективные стратегии смягчения последствий и адаптации к изменению климата, защищая при этом хрупкое равновесие Арктики.
