Теперь ученые из Национальной лаборатории Лоуренса Беркли Министерства энергетики США (DOE) в сотрудничестве с группой других ученых, проводящих измерения как в полевых условиях, так и в лаборатории, количественно оценили масштабы таких выбросов и объяснили основные механизмы этого явления. . Их исследование было основано на весеннем пульсе на севере Аляски, который они задокументировали в 2014 году, который включал выбросы CO2, эквивалентные 46 процентам чистого CO2, поглощаемого в летние месяцы, и выбросы метана, которые добавляли 6 процентов к летним потокам. Более того, недавние климатические тенденции могут сделать такие выбросы более частыми, заключают ученые.«Мы видим, что последствия изменения климата в Арктике происходят быстрее, чем в любой другой части мира», — сказала ученый из лаборатории Беркли Наама Раз-Ясиф. «Поэтому нам нужно понимать происходящие процессы и чего ожидать в будущем. Количество CO2 и метана (CH4) в атмосфере определяет парниковый эффект, поэтому нам нужно больше знать об этих источниках».
Их исследование было недавно опубликовано в журнале Geophysical Research Letters в статье под названием «Большие выбросы CO2 и CH4 из полигональной тундры во время весенней оттепели на севере Аляски». Раз-Ясиф, экогидролог, был ведущим автором. Соавторами были исследователи из лаборатории Беркли Маргарет Торн, Юсинь Ву и Тим Книфси; Дэйв Биллесбах из Университета Небраски; Анна Лильедал и Владимир Романовский из Университета Аляски; Дэвид Кук из Аргоннской национальной лаборатории; и Стэн Вулльшлегер из Окриджской национальной лаборатории.
Исследование было проектом эксперимента по экосистеме нового поколения Министерства энергетики США (NGEE-Arctic), целью которого является получение прогнозного понимания обратной связи наземной экосистемы Арктики с климатом. Команда использовала две башни высотой 4 метра для сбора показаний потока газа. Башни расположены примерно в 5 км друг от друга недалеко от Барроу, Аляска, самого северного города США, одна башня находится в ведении NGEE, а другая — Центра климатических исследований Министерства энергетики США.«Обычно мы просто измеряем то, что происходит летом», — сказал Раз-Ясиф. «Мы предполагаем, что зимой ничего не происходит, потому что он замерзает, поэтому биологическая активность отсутствует.
Но в 2014 году мы измерили большой поток углерода и метана, выбрасываемый из-под земли, в самом начале таяния и снеготаяния. Сначала мы не знали было ли это реальным или ошибкой измерения. Затем мы подтвердили это с помощью другой башни в 5 км (башня ARM), которая измерила очень похожий поток того же размера за тот же период ».
Той весной они измерили всего три импульса, самый длинный из которых длился пять дней. Эти результаты важны для понимания углеродного баланса экосистем Арктики.
Пока что Арктика считается поглотителем углерода, что означает, что она поглощает больше CO2, чем выбрасывает за год, в основном благодаря летней растительности. (Океаны и леса являются гораздо более крупными поглотителями углерода.) «Учитывая наши выводы, Арктика представляет собой еще меньший поглотитель углерода, чем мы думали, поскольку в течение некоторых лет почти половина летнего поглощения CO2 компенсируется этими весенними выбросами», — Раз-Ясиф сказал.
Газы в среднем слоеПочему почва выделяет газы?
Почвы повсюду полны микробов, и микробная активность выделяет газы. Что отличает Арктику, так это то, как замерзает земля. Когда поздней осенью температура начинает падать, почва промерзает от вечной мерзлоты вверх и с поверхности вниз.
Активный слой между ними оказывается в ловушке посередине.«Примерно через месяц после замерзания поверхности средний слой все еще активен», — пояснил Раз-Ясиф. «Температура все еще составляет около 0 (по Цельсию), поэтому микробная активность продолжает иметь место, производя углерод и метан, но он находится в ловушке под поверхностью льда. Его нельзя выбросить, поэтому он хранится всю зиму».Когда ледяной покров весной тает, газы уходят в атмосферу.
Ученые подтвердили эти наблюдения несколькими способами. Во-первых, они измеряли температуру почвы через каждые 10 см в вечной мерзлоте на 1,5 метра под землей каждые 5 минут круглый год. Во-вторых, они извлекли большие керны мерзлого грунта, которые были доставлены в лабораторию для экспериментов.
«(Ученый из лаборатории Беркли) Юсинь Ву разморозил керн в контролируемых условиях, но как в природе», — сказал Раз-Ясиф. «Когда в лаборатории таял лед на поверхности, он измерил большой поток углерода и метана. Он образуется из газов, оставшихся в почве зимой».
Кроме того, ученый из лаборатории Беркли Тимоти Книфси провел компьютерную томографию сотен замороженных кернов и обнаружил богатые газом каналы и карманы у поверхности, которые, по мнению ученых, могут служить зонами накопления и путями для потока газа.Весенние импульсы не ежегодно, но могут стать более частыми.На самом деле, именно эти каналы и карманы позволяют испускать импульсы, заключают ученые в своей статье.
Пульсация пружины не регистрировалась ни в 2013, ни в 2016 году, а в 2015 году невозможно было измерить из-за неисправности оборудования. Поскольку это не ежегодное мероприятие, они проанализировали условия, при которых могут возникать импульсы.
«Этот процесс более вероятен, когда идет дождь на льду», — сказал Раз-Ясиф. «Когда он многократно оттаивает и замерзает, в мерзлой почве образуются трещины, и через эти трещины может выделяться газ».Ученые ожидают, что в более теплые годы весенние пульсации будут более частыми. «Мы ожидаем, что будет больше газа из-за более продолжительных и теплых осенних сезонов и более частых событий пульса из-за увеличения количества дождей на льду весной», — сказал Раз-Ясиф.Одно можно сказать наверняка: теперь ученые знают, что нельзя игнорировать выбросы газа ранней весной. «Сейчас мы поставим башни намного раньше, на случай еще одного события, мы обязательно его поймаем», — сказал Раз-Ясиф. «Это одна из тех вещей, когда вы осознаете это, вы открываете глаза и ищете ее».NGEE-Arctic поддерживается Управлением науки Министерства энергетики США.
ARM — это пользовательский объект Управления науки Министерства энергетики США.