Углекислый газ и метан – основные формы углерода, которые можно найти в атмосфере Земли. Оба эти газа частично ответственны за парниковый эффект, процесс, который увеличивает глобальную температуру воздуха.
Метан в 34 раза более мощный парниковый газ, чем углекислый газ, поэтому знание того, как низкие уровни кислорода в озерах и водохранилищах влияют как на углекислый газ, так и на метан, может иметь важные последствия для глобального потепления.
До сих пор у исследователей не было никаких эмпирических данных по шкале всей экосистемы, чтобы окончательно сказать, как изменение кислорода может повлиять на эти два парниковых газа.
«Мы обнаружили, что низкий уровень кислорода увеличивает концентрацию метана в 15-800 раз в масштабе всей экосистемы», – сказала Александрия Хауншелл, научный сотрудник отдела биологических наук Колледжа наук. «Наша работа показывает, что низкий уровень кислорода в придонных водах озер и водохранилищ, вероятно, повысит потенциал глобального потепления этих экосистем примерно на порядок."
Исследователи Технологического института Вирджинии только что опубликовали эти результаты в заметной статье в журнале Limnology and Oceanography Letters.
Чтобы определить корреляцию между концентрациями кислорода и метана, исследователи отточили два резервуара за пределами Роанока. В сотрудничестве с Управлением водоснабжения Западной Вирджинии исследовательская группа эксплуатировала систему оксигенации в водохранилище Фоллинг-Крик, которая закачивает кислород в придонные воды и позволяет исследователям изучать концентрации кислорода в масштабе всей экосистемы. Путем мониторинга водохранилища Бивердам, расположенного выше по течению водохранилища без системы оксигенации, они смогли сравнить концентрации парниковых газов в придонных водах обоих водохранилищ.
Они проводили эксперимент в течение трех лет, чтобы увидеть, насколько согласованными были их результаты с течением времени.
«Уровни метана были намного выше, когда в придонных водах этих водоемов не было кислорода; тогда как уровни углекислого газа были одинаковыми независимо от уровней кислорода», – сказал Кайелан Кэри, доцент биологических наук и член факультета Global Центр изменений. «При низком уровне кислорода наша работа показывает, что вы получите более высокое производство метана, что приведет к еще большему глобальному потеплению в будущем."
Это исследование было одним из первых, в котором экспериментально проверялось, как разные уровни кислорода влияют на парниковые газы в масштабе всей экосистемы.
С точки зрения логистики чрезвычайно сложно манипулировать целыми экосистемами из-за их сложности и множества движущихся частей. Несмотря на то, что ученые могут использовать компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты, нет ничего более точного, чем реальная вещь.
«Мы смогли заменить время пространством, потому что у нас есть эти два резервуара, которыми мы можем манипулировать и противопоставлять друг другу, чтобы увидеть, как может выглядеть будущее, поскольку более низкий уровень кислорода в придонной воде становится все более распространенным явлением. «Мы можем с большой уверенностью сказать, что мы увидим, как эти озера станут более крупными источниками выбросов метана по мере снижения уровня кислорода», – сказал Кэри.
По словам Хауншелла, сила их результатов заключается в том, что исследование проводилось на протяжении нескольких лет. Несмотря на наличие ряда метеорологических условий в течение трех лет, исследование подтвердило, что гораздо более высокие концентрации метана в условиях низкого содержания кислорода происходят постоянно каждый год, независимо от температуры воздуха.
В конечном счете, это исследование имеет решающее значение для того, как исследователи и широкая общественность думают о том, как пресноводные экосистемы производят парниковые газы в будущем.
Поскольку низкие концентрации кислорода увеличиваются в озерах и водохранилищах по всему миру, эти экосистемы будут производить более высокие концентрации метана в будущем, что приведет к еще большему глобальному потеплению.
Конечно, эти экологические изменения происходят не только в регионе Роанок. Ряд исследований по всему миру указывает на изменение круговорота углерода в наземных и морских экосистемах.
Однако это исследование – одно из немногих, в котором рассматривается это явление в озерах и водохранилищах, которым часто пренебрегают в углеродных балансах. Это исследование восполнит эти пробелы в знаниях и проливает свет на то, что мы, как граждане, можем сделать для решения этой проблемы.
Это исследование предполагает, что предотвращение низких концентраций кислорода в озерах, в первую очередь, может еще больше предотвратить их переломный момент, когда они начнут превращаться в крупных производителей метана. Небольшие решения могут складываться. Например, уменьшение стока в озера и водохранилища может предотвратить истощение кислорода в их придонных водах. «Не кладите тонну удобрений на лужайку, и продумайте стратегию относительно того, сколько удобрений вы используете и как вы их применяете», – сказал Хауншелл.
А парниковые газы – лишь небольшая часть более широкой картины того, как резервуары функционируют в глобальном углеродном цикле. В настоящее время исследовательская группа проводит последующие исследования манипуляции с кислородом, чтобы выяснить другие компоненты, которые способствуют изменению экосистемы.
Они будут продолжать отслеживать манипуляции с кислородом в двух резервуарах Роанока, чтобы увидеть, как резервуар может повлиять на экосистему в долгосрочной перспективе.
Этот проект финансировался Технологическим институтом критических технологий и прикладных наук Вирджинии, Институтом наук о жизни Фралина в Технологическом институте Вирджинии и грантом Национального научного фонда DEB-1753639.