Gleby na świecie zawierają od dwóch do trzech razy więcej węgla niż atmosfera, a wyższe temperatury przyspieszają w niej rozkład materii organicznej. Proces ten prowadzi w niektórych regionach nie tylko do zmniejszenia pochłaniania netto dwutlenku węgla przez gleby, ale i nawet niektóre z nich powoli stają się źródłem netto.
—
Fot.1. Pustynia Sarigua, na zachód od miasta Panama w Panamie, widziana po nadmiernym wypasie zwierząt gospodarskich i utracie wierzchniej warstwy gleby w wyniku erozji. Zdjęcie: Tomas Munita/AP
—
Zespół międzynarodowy, którym kierowała Rebecca M. Varney z Uniwersytetu w Exeter, przedstawił, za pomocą zestawu modeli CMIP5 i CMIP6, w swoich badaniach wyniki obliczeń, że globalne ocieplenie Ziemi o 2°C doprowadziłoby do uwolnienia około 230 miliardów ton węgla ze wszystkich gleb na świecie 1.
Współautorka niniejszego badania dr Sarah Chadburn z Uniwersytetu w Exeter w serwisie Science Daily powiedziała 2:
Nasze badanie wyklucza najbardziej ekstremalne prognozy – niemniej jednak sugeruje znaczne straty węgla w glebie spowodowane zmianami klimatu przy ociepleniu zaledwie o 2°C, a nie obejmuje to nawet strat węgla z głębszej wiecznej zmarzliny.
Klimatolodzy zauważają, że reakcja węgla w glebie na zmianę klimatu jest największym obszarem niepewności w zrozumieniu cyklu węgla w prognozach dotyczących zmiany klimatu.
—
Rys.1. Przestrzenna zmienność czasu obiegu węgla w glebie wywnioskowana z obserwacji. Mapy: a) obserwowana ilość węgla glebowego (Cs – Carbon soil) w kilogramach do głębokości 1 m na obszarze 1 metra kwadratowego (kg C/m2) b) obserwowane oddychanie heterotroficzne gleby (wartość Rh,0 – średnią z dekady 1995–2005) w kilogramach do głębokości 1 m na obszarze 1 metra kwadratowego w ciągu roku (kg C/m2/yr) c) wywnioskowany zlogarytmizowany czas obrotu węgla w glebie (log τs = Cs/Rh) (Rebecca Varney i inni, 2020).
—
Aby temu zadaniu sprostać, naukowcy wykorzystali nową kombinację danych obserwacyjnych do modeli systemu Ziemi, które symulują klimat oraz obieg węgla, a następnie prognozują zmiany klimatu.
Główna autorka badania Rebecca Varney z University of Exeter, stwierdziła w serwisie Science Daily:
Zbadaliśmy, w jaki sposób węgiel w glebie jest powiązany z temperaturą w różnych miejscach na Ziemi, aby określić jego wrażliwość na globalne ocieplenie.
—
Najnowocześniejsze modele dotąd sugerowały niepewność, która wynosiła około 120 miliardów ton utraty węgla (+/-) przy średnim globalnym ociepleniu o 2°C powyżej okresu bazowego 1850-1900.
Badanie powyższego artykułu zmniejszyli tę niepewność do około 50 miliardów ton węgla.
Współautor badania, profesor Peter Cox z Instytutu Globalnych Systemów (GSI – Global Systems Institute) w Exeter, powiedział w Science Daily:
Zmniejszyliśmy niepewność związaną z reakcją na zmianę klimatu, która jest niezbędna do obliczenia dokładnego globalnego budżetu węglowego i pomyślnego osiągnięcia celów porozumienia paryskiego.
—-
Andrew T. Notthingham z Instytutu Tropikalnych Badań Smithsonian (STRI – Smithsonian Tropical Research Institute) na Uniwersytecie w Edynburgu, wraz ze swoim zespołem badawczym, odkrył, że nagrzewające się coraz cieplejsze gleby tropikalne uwalniają coraz więcej węgla, a to ma wpływ na zmienianie się gatunków drobnoustrojów glebowych, które jeszcze silnie zwiększają swoją aktywność mikrobiologiczną. Dalsze nagrzewanie się gleb, tylko przyspieszy proces ten 3.
Andrew Nottingham, główny autor pracy, powiedział na łamach Science Daily:
Jeśli przyjąć obecne prognozy wzrostu globalnych temperatur o 4-8 stopni Celsjusza w następnym stuleciu, gleby tropikalne mogą spowodować około 9% wzrost atmosferycznego dwutlenku węgla w tym stuleciu.
Natomiast Patrick Meir, z Narodowego Uniwersytetu Australijskiego i Uniwersytetu Edynburgu w Szkocji, jeden z głównych badaczy projektu dodał:
Los węgla w glebie w odpowiedzi na globalne ocieplenie pozostaje jednym z największych źródeł niepewności w naszych prognozach dotyczących przyszłego klimatu. Gleby tropikalne mają szczególnie duży wpływ na globalny obieg węgla i są siedliskiem wyjątkowej różnorodności biologicznej, ale ich reakcja na ocieplenie pozostaje słabo poznana.
Ogólnie w badaniach zmiany klimatu w tropikach, wpływ roślinności na potencjał uwalniania węgla do atmosfery jest lepiej zbadany niż dynamiki gleb oraz działalności drobnoustrojów glebowych.
Nottingham wraz ze swoimi naukowcami przeprowadzili interesujący eksperyment w peruwiańskich Andach. Mianowicie, badacze zostawili obszar kontrolny na pośrednich wysokościach górskich, ale też pobrali w czterech miejscach rdzenie gleb z tego obszaru, i dalej, zamieścili je po dwa: 3000 metrów wyżej, gdzie jest chłodniej o 4-15°C i o 3000 metrów niżej, gdzie jest cieplej o 4-15°C .
Badacze zauważyli, że poziom węgla w glebie spadał w ciągu monitorowanych 5 lat o 4% w odpowiedzi na każdy wzrost temperatury o 1°C. Całkowita utrata węgla miała związek z jego pierwotną ilością oraz niestabilnością, a także była wzmocniona zmianami w fizjologii drobnoustrojów glebowych, w tym również ze zwiększoną wydajnością wykorzystania węgla przez te mikroorganizmy, a także z przesunięciami taksonów danych gatunków drobnoustrojów w kierunku adaptacji ewolucyjnej w siedliskach glebowych na niżej i wyżej położonych terenach górskich lasów tropikalnych, na których nastąpił także wzrost temperatury lokalnej wraz ze zwiększoną aktywnością enzymów hydrolitycznych w organizmach tychże mikroorganizmów.
Czyli reasumując, modele klimatyczne przewidują, że utrata węgla z ocieplających się gleb będzie w dużym zakresie zależna od dynamiki fizjologii drobnoustrojów.
Po przeprowadzonym badaniu Nottingham zauważył:
Nasze badanie jasno pokazuje, że globalne ocieplenie prawdopodobnie stworzy potężną pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego, ponieważ mikroby i enzymy, które są syntetyzowane przez nie, rozwijają się w cieplejszych warunkach i wówczas uwalniają jeszcze więcej węgla z gleby do atmosfery.
Musimy skorzystać z eksperymentów terenowych, aby dokładniej to zbadać, zwłaszcza w nizinnych lasach tropikalnych.
Z kolei Ben Turner, współautor i pracownik naukowy STRI podsumował wypowiedź dla Science Daily 4:
Ilościowe określenie prawdopodobnej emisji dwutlenku węgla z ocieplających się gleb to duży krok naprzód, możliwy dzięki długoterminowej współpracy międzynarodowej.
Badanie to wskazuje, że gleby tropikalne mogą być znaczącym źródłem węgla do atmosfery, sprzyjając dalszemu wzrostowi temperatury.
—
Referencje:
- Varney R. M. et al., 2020 ; A spatial emergent constraint on the sensitivity of soil carbon turnover to global Warming ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-020-19208-8
- University of Exeter, 2020 ; Warming of 2°C would release billions of tons of soil carbon ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201102072915.htm
- Nottingham A. T. et al., 2019 ; Microbial responses to warming enhance soil carbon loss following translocation across a tropical forest elevation gradient ; Ecology Letters ; https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/ele.13379
- Smithsonian Tropical Research Institute, 2019 ; Microbial responses to warming enhance soil carbon loss following translocation across a tropical forest elevation gradient ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2019/09/190930161925.htm