I 30 år har forskere set en myr i det centrale Maryland indånde. Det vil sige, de har undersøgt, hvordan et Chesapeake Bay-økosystem trækker kuldioxid ud fra atmosfæren, lagrer noget af kulstof under jorden og frigiver noget af det tilbage i luften i form af metangas.
Undervejs har de manipuleret miljøet for at efterligne en fremtidig verden med mere atmosfærisk kuldioxid (CO 2 ), den drivhusgas, der er mest ansvarlig for global opvarmning, højere havniveau og flere næringsstoffer i vandet fra forurenet afstrømning. Når vækstsæsonen begynder i foråret, udforsker de endnu et stykke af puslespillet i håb om at få et klarere billede af, hvad fremtiden rummer. De vil vide, hvad der sker med myra, når temperaturen stiger.
”Vi har hævet CO 2 i denne mose i 30 år, men [forhøjet] CO 2 kommer med opvarmning, ” siger Pat Megonigal, førende forsker af den nye undersøgelse i Global Change Research Wetland ved Smithsonian Environmental Research Center (SERC) . ”Varm luft oversættes over tid i jorden. Vi er lige ved at angribe den del af den. ”
Som viceadministrerende direktør ved Miljøundersøgelsescenter overvåger Megonigal dette feltsted, hvor snesevis af forskere udfører eksperimenter. Her er myren fyldt med prøvepladser, der ligner klare plastværelser bygget over pletter af rør og græs. De plastiske kontraktioner prikker et landskab på tværs af strandpromenader, kabler og slanger. Her og der er boardwalks punkteret af trækasser, der huser de forskellige kontrolstationer.
Forskere som Megonigal har studeret klimaændringer i denne 125 hektar store mose i en ubebygd plet Rhode-floden i mere end tre årtier. Det, de har lært, har vigtige konsekvenser, ikke kun for fremtiden for vådområder, men også for forestående klimaændringer, fordi det at miste vådområder som myrer og moser kunne frigive millioner af tons kuldioxid i atmosfæren.
På trods af at vi kun har taget fire til seks procent af jordens jordareal, besidder vådområder som myrer, moser og mangroveskove en fjerdedel af alt det kulstof, der er lagret i jordens jord.
Alle planter optager kuldioxid fra atmosfæren og gør kulstof til blade, stængler og rødder. Men kulstof frigives tilbage i atmosfæren, når bakterier i jorden nedbryder faldne blade og andet dødt plantemateriale.
I et vådområde fratager hyppig oversvømmelse med vand de iltelskende bakterier ilt og bremser dem. Dødt plantemateriale henfalder ikke så hurtigt som det ville være i et tørre miljø, så det ophobes, komprimeres og omdannes til kulstofrige tørv. Opbevaring af kulstof på denne måde buffrer atmosfæren fra stigende kuldioxid.
Men der er en mørkere side af historien. De soggy våde forhold primes til gæring, der producerer methan, en anden kulstofbaseret drivhusgas, der er 25 til 45 gange mere potent end kuldioxid. Faktisk udgør vådområder den største enkelt kilde til metan og producerer anslået 22 procent af alle globale metanemissioner.
I december 2015 udleder ledere fra 195 lande en aftale i Paris, der begrænser den globale opvarmning til højst 2 grader Celsius (3, 6 grader Fahrenheit) over det præindustrielle niveau. Derudover forpligtede de sig til at forfølge metoder, der ville reducere dette antal til 2, 7 grader Fahrenheit over det præindustrielle niveau.
I gennemsnit over hele kloden er temperaturerne allerede steget 1, 4 grader F i de sidste 120 år, så at opnå sådanne ambitiøse mål kræver en hurtig reduktion af de globale drivhusgasudledninger, noget der ikke kan overvåges uden en rimelig nøjagtig redegørelse for balancen mellem kulstofemissioner og kulstoflagring i hele verden. Til dette må globale ledere forstå, hvad der foregår i vådområderne.
”Intet kan tages af bordet, ” siger Virginia Burkett , chefforsker for klima- og arealanvendelsesændringer ved US Geological Survey. ”Alle systemer skal vurderes ud fra deres evne til at lagre kulstof, ikke kun emissioner alene. Sekvestrering af kulstof, og hvordan mennesker kan forbedre systemer som vådområder til at lagre kulstof er også vigtigt at forstå for at gøre disse enorme reduktioner, som det internationale samfund projiceres og forventes og forpligtet til. ”
Forskere som Pat Megonigal (til venstre) har studeret klimaændringer i denne 125 hektar store mose i en uudviklet plet af Rhode-floden i mere end tre årtier. (Smithsonian Environmental Research Center) At fakturere naturlige økosystemer i ligningen er dog ikke nemt.
Hvor meget kulstofvådområder optager, hvor meget de frigiver, hvor hurtigt jorden akkumuleres, og om tidevandsvådområder vil holde trit med eller blive slugt af stigende hav, er alle faktorer, der er sammenflettet med hinanden og afhængige af forskellige påvirkninger.
Som trækning af en linje i et sammenfiltret reb, når en sløjfe løsnes, strammes en anden og ændrer formen på hele bundtet. I en mose ændres temperatur, saltholdighed, kuldioxid og forurening, der løber ud af landet, på én gang. I årenes løb har forskere plukket på knuden og afsløret kompleksiteten, men der er langt mere at forstå.
Når Megonigals jordopvarmningseksperiment begynder i foråret , vil han skrue op varmen fra toppen af planterne helt ned til bunden af rodzonen, fire og en halv meter under overfladen.
Ved foråret vil hans team have tilføjet 30 nye testpladser til deres hjørne af myra. Ved hjælp af en bank med infrarøde varmelamper og et gitter af elektriske kabler, der er sunket ned i jorden, hæver Megonigal temperaturen i sine grunde i stadige trin. Stigningen vil variere fra 0 grader til op til 7, 2 grader Fahrenheit over det omgivende miljø, tilnærmelsesvis de varmeste forhold, der er forudsagt for år 2100, hvis intet blev gjort for at begrænse klimaændringerne.
Hans primære mål er at forstå de faktorer, der påvirker forfald og ophobning af dødt plantestof i saltmyren. Hvis den torvrige jord bygger hurtigt nok, kan den muligvis holde trit med stigningen i havniveauet. Hvis ikke, kan myren simpelthen drukne.
Spørgsmålet er en neglebitter for samfund, der er afhængige af myrer, som giver børnehaver grund til vigtig kommerciel fisk og puffer lavtliggende land fra stormbølger og voldsomme bølger.
Feltstedet, hvor snesevis af videnskabsfolk udfører eksperimenter, er oversået med plastikindgreb og på tværs af strandpromenader, kabler og slanger. (Kimbra Cutlip) Ifølge jordkerner har saltmyren ved Environmental Research Center overlevet i 4.000 år. I løbet af den tid er Chesapeake-bugten steget 15 fod, og myra har opbygget sig støt for at holde trit.
Mange vådområder overalt i verden har gjort det samme. Men klimaet ændrer sig, og havoverfladen stiger hurtigere end nogensinde. Derudover har forurening ændret vandets kemi, og nyligt introducerede arter af planter og dyr kan muligvis ændre vigtige aspekter af den måde, økosystemet fungerer på. Selv mængden af sedimentvaskning i vådområder har ændret sig hurtigt med menneskelig udvikling på jorden.
Megonigal forventer, at den tilsatte varme vil genoprette mikroberne under jorden, hvilket øger hastigheden, hvormed rødderne og andet organisk materiale nedbrydes. Hvis det er tilfældet, kunne det forudse, at myraet er langsomt synket og frigørelsen af mere metan i atmosfæren. Så igen, måske ikke.
Måske vil langsommere mikrober begynde at dominere, ”siger Stephen Long, professor i afgrødevidenskab og plantebiologi ved University of Illinois og chefredaktør for tidsskriftet Global Change . Eller kombinationen af opvarmning og tilsat kuldioxid vil få planter til at vokse hurtigere, end de kan henfalde, som begge kan hæve myreniveauet. ”Det bliver meget vanskeligt med nogen sikkerhed at forudsige, hvad der vil ske, hvorfor et eksperiment som dette er så vigtigt, ” siger han.
Long er blandt de mange forskere, der har foretaget eksperimenter på Smithsonian myrstedet. Han siger, at selve tanken om at udføre denne type arbejde i det naturlige miljø var revolutionerende, da det første eksperiment blev etableret for 30 år siden. Der er så mange faktorer, der skal kontrolleres eller redegøres for i naturen, at mange i det videnskabelige samfund troede, at det ikke kunne gøres.
Bert Drake, planteøkolog og seniorforsker emeritus ved Environmental Research Center, er manden, der beviste dem forkert tilbage i 1985.
En plantes vækst korrelerer med den mængde kulstof, den tager i, og Drake udtænkte oprindeligt et elegant eksperiment for at overvåge væksten i myra. ”Jeg sagde godt, i stedet for at gå derude og måle alle planter, måler vi bare CO 2 -strømmen, ” siger han. ”Folk, der gennemgik vores forslag, mente, at vi udvider os langt ud over, hvad de mente var brugbare i laboratoriet til marken.”
Bert Drake, planteøkolog og seniorforsker emeritus ved Miljøundersøgelsescenter, udtænkte et elegant eksperiment for at overvåge væksten i myra. (Smithsonian Environmental Research Center) Drake designet en række åbne bund, cylindriske kamre, der skal placeres over lapper af myr. Cirka tre meter i diameter havde de en ottekantet aluminiumsrørramme med klare plastvægge og en åben top, så de ikke ville fange varme som et drivhus. Derefter førte han kuldioxid ind i kamrene og hævede niveauet til det, der var forventet 100 år i fremtiden.
”Vi kunne overvåge koncentrationen af CO 2, der går ind i kamrene, og CO 2 indeni, og CO 2, der går ud, ” siger han. De øjeblikkelige resultater viste, at sedlerne i Drakes kamre voksede med tilføjet kraft, hvilket let opsamlede det ekstra kuldioxid, mens græssene ikke ændrede sig. Mønsteret stemte overens med hvad forskere havde set på laboratoriet og beviste, at hans metode fungerede. Han havde med succes styret en kontrolleret undersøgelse i et ellers ukontrollerbart miljø. Drake kunne nu stole på andre observationer om, hvordan planterne brugte vand og næringsstoffer og interagerede med deres kuldioxidberigede miljø. ”Med den slags tilgang kunne vi måle nettovinsten i kulstof eller tab og gøre det i sammenhæng med temperatur, regn, sollys, nævne det.”
Som en demonstration af, at et eksperiment af den slags var muligt, forventede Drake aldrig, at hans projekt skulle blive grundlaget for et feltsted, der skulle vare i tre årtier og inspirere til lignende arbejde i andre miljøer i hele verden. Det er nu den længste feltundersøgelse nogensinde med virkningen af stigende kuldioxid på et plantesamfund, og det er stadig i gang.
”Mens vi har studeret det, er kuldioxid i atmosfæren kommet op i retning af 13 eller 14 procent, ” siger Drake. ”Havoverfladen kom op i retning af 10 eller 15 cm (4 til 6 tommer).” Hvad mere er, han og de snesevis af forskere, der nu har udført eksperimenter på stedet, har været i stand til at observere myra gennem en lang række miljøforhold, fra våde år til tørre, fra varmere år til køligere år, lange vækstsæsoner og korte årstider.
”At have en så langvarig kontinuerlig undersøgelse giver os virkelig enorme mængder information, som vi simpelthen ikke kan få nogen anden måde, ” siger Long. ”[Drake] tog på sig noget helt nyt, da han satte det op. Det var en meget dristig ting at gøre, og det lykkedes. ”
En af Drakes tidlige konklusioner var, at forøgelse af kuldioxid til myra førte til øgede emissioner af metangas. De lærte også, at sedgeplanter ikke fælder græs på trods af deres evne til at vokse hurtigere i et miljø med højt kulsyre.
Hver opdagelse førte til flere spørgsmål, og feltstedet voksede eksponentielt. Forskere som Megonigal, der fulgte Drake, har forbedret deres design, slukket svejste aluminiumsrammer til PVC, forstørret kamrene og tilføjet flere af dem til yderligere undersøgelser. Undervejs er nye eksperimenter dybt ned i komplekse interaktioner i økosystemet.
En plantes vækst korrelerer med den mængde kulstof, den tager i, og Bert Drake (kontrol af målinger) udarbejdede oprindeligt et elegant eksperiment for at overvåge væksten i myra. (Smithsonian Environmental Research Center) Da forskerne forøgede nitrogen i jorden for at simulere stigende afstrømning fra land, opdagede de, at ikke alle planter reagerede det samme, og deres reaktioner ændrede sig afhængigt af den tilgængelige kuldioxid og vand. Et skridt ad gangen har de drillet vigtige interaktioner fra hinanden og søgt et vindue om, hvordan myra kan se ud i de næste 100 år.
I 2015 offentliggjorde Megonigal en undersøgelse, hvor han og hans kolleger udsatte planterne for forskellige vandniveauer for at se, hvordan de ville reagere på stigende havniveau. ”Vi forventede, at når myren begynder at falde ned, burde den være i stand til at bevare mere kulstof og faktisk kunne holde trit med stigningen i havniveauet, ” siger Megonigal. Deres tanker var, at hyppigere oversvømmelse med vand ville holde iltniveauerne lave i jordens øverste lag. Det ville bremse mikroberne, der nedbrydes døde planterødder og lade mere jord samle sig.
Men det er ikke hvad der skete. Ligesom små snorkler til mikrober, transporterer rødderne ilt fra luften ned i jorden, hvilket betyder, at det ikke rigtigt betyder noget, hvor lang tid jorden bruger under vand. Det vigtigste er, hvor mange rødder der leverer ilt til mikroberne. Megonigal fandt, at jo flere rødder du har, desto mere nedbrydning forekommer.
”Den måde, hvorpå nedbrydning er repræsenteret i modeller, adresserer ikke påvirkningen af planter, ” siger Megonigal. ”Så vores modeller er for det meste forkerte, i det mindste baseret på denne ene undersøgelse. Vi er nødt til at fokusere på kombinationen af disse ting, fordi det er deres interaktion, der vil være virkelig vigtigt for at forstå klimaforandringer. ”
For beslutningstagere handler forståelsen af kombinationen af faktorer, der påvirker overlevelsen af vådområder, mere end blot at vide, hvad der vil ske. Aktiv forvaltning af jorden vil være en vigtig del af nogle nationers strategier for at holde et låg på den globale opvarmning.
Ifølge Burkett fra den amerikanske geologiske undersøgelse kunne det ikke være mere presserende. "[Vådområder] afgiver naturligt metan, men de opbevarer også milliarder af tons kulstof, og hvordan de styres påvirker hastigheden af kulstofsekvestrering og frigivelse."
Vedligeholdelse eller gendannelse af naturlig hydrologi til vådområder kan øge deres evne til at opbevare kulstof, mens konvertering af dem til landbrug eller rejerdamme muligvis frigiver det, der opbevares i jorden som kuldioxid.
”En vigtig meddelelse for beslutningstagerne er, at vådområder er komplekse systemer, ” siger hun. ”For at forbedre den langsigtede opbevaring af kulstof i disse vådområder, skal man forstå den biogeokemiske cyklus af kulstof i dem. Det er en videnskabelig bestræbelse, der vil hjælpe med at støtte det engagement, der er gjort i Paris af lande over hele verden. ”
Hvad forskere har lært i dette feltprojekt, er vigtigt ikke kun for fremtiden for vådområder, men også for forestående klimaændringer, fordi det at miste vådområder som myrer og myrer kunne frigive millioner af tons kuldioxid i atmosfæren. (Tom Mozdzer)
