Вечная мерзлота — это не просто углеродная бомба замедленного действия

Фото из открытых источников

Исследование, проведенное в EPFL, показывает, что таяние вечной мерзлоты не только высвобождает большое количество углерода, но и может запускать процессы, удаляющие его из атмосферы. Результаты исследования помогут улучшить климатические модели.

Таяние вечной мерзлоты обычно рассматривается как значительный источник выбросов парниковых газов. Однако исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что оно также может запускать процессы, удаляющие углекислый газ (CO2) из атмосферы, раскрывая более сложную картину климатической системы Земли.

Вечная мерзлота — постоянно промерзшая почва — покрывает примерно четверть земной поверхности, главным образом в Арктике, а также в Антарктиде и горных районах, таких как Альпы. По мере повышения температуры оттаивание вечной мерзлоты высвобождает древний углерод, который был заперт в ней тысячелетиями. Часть этого углерода превращается в CO2 или метан (CH4), которые выбрасываются в реки и атмосферу, еще больше усиливая глобальное потепление. Ученые называют это механизмом положительной обратной связи — процессом, который усиливает первоначальный эффект. Именно поэтому вечную мерзлоту часто называют «бомбой замедленного действия».

Однако новое исследование показало, что несколько биологических и геологических процессов, связанных с таянием вечной мерзлоты, также могут способствовать удалению CO2 из атмосферы. Работая в реках Тибетского плато, международная группа исследователей, включая ученых из Лаборатории речных экосистем (RIVER) EPFL, обнаружила эффект, который в значительной степени игнорируется в климатических моделях и может частично противодействовать этому механизму положительной обратной связи. Речь идет о выветривании горных пород, при котором физические и химические свойства горных пород изменяются при контакте с водой и ее составляющими веществами.

В результате потепления климата минералы, заключенные в мерзлых почвах и под ними, высвобождаются, что, в свою очередь, влияет на круговорот углерода. Исследователи обнаружили, что этот процесс действует как существенный поглотитель углерода, компенсируя от 15% до 100% — в среднем 78% — выбросов CO2 из рек.

«Мы были удивлены масштабом эффекта», — говорит соавтор исследования Том Баттин, директор лаборатории RIVER. «Еще одним неожиданным результатом стало то, насколько тесно взаимодействуют потоки органического и неорганического углерода». До сих пор ученым не хватало подробных измерений, показывающих, как биологические и геологические процессы взаимодействуют, влияя на динамику CO2 в реках в районах с вечной мерзлотой. «В нашем исследовании мы тщательно количественно оценили, как изменяется соотношение между поглощением и высвобождением CO2 при таянии вечной мерзлоты», — добавляет Баттин.

Группа исследователей из Германии, Китая, Швеции, Швейцарии, Великобритании и США изучила, как реки на Цинхай-Тибетском плато — крупнейшей в мире непрерывной криосфере за пределами Арктики и Антарктики — обмениваются CO2 с атмосферой.

Ученые объединили измерения концентрации CO2 с химическим и изотопным анализом 50 рек в верховьях крупнейших речных бассейнов Азии — территории площадью примерно 780 000 квадратных километров, расположенной на высотах от 1650 до 4820 метров над уровнем моря.

В некоторых районах, охваченных исследованием, вечная мерзлота является сплошной. В других она фрагментарна или вовсе исчезла. Исследователи проанализировали пространственное распределение своих данных, чтобы изучить, как таяние вечной мерзлоты повлияло на биогеохимию рек на Тибетском плато в течение нескольких столетий. Они обнаружили, что потоки углерода, генерируемые химическим выветриванием, могут играть все более важную роль по мере таяния вечной мерзлоты, потенциально превышая выбросы CO2, образующиеся при преобразовании органического углерода в реках.

«В исследованном нами регионе секвестрация углерода, вызванная выветриванием, компенсирует 35% выбросов CO2 из рек», — говорит Ливэй Чжан, биогеохимик из Восточно-Китайского педагогического университета, возглавлявший исследование вместе с Аароном Буфе, профессором седиментологии из Мюнхенского университета имени Людвига Максимилиана (LMU). «Особенно поразительно, насколько сильно это соотношение связано с деградацией вечной мерзлоты».

В районах с сплошной вечной мерзлотой выветривание компенсирует лишь около 15% выбросов. В отличие от этого, в местах, где вечная мерзлота существует лишь спорадически, этот показатель может достигать более 100%, что свидетельствует о том, что выветривание горных пород играет все более важную роль по мере увеличения скорости оттаивания вечной мерзлоты.

Результат также зависит от того, какие минералы высвобождаются. На большей части Цинхай-Тибетского плато преобладают богатые силикатами породы. Там выветривание может помочь компенсировать выбросы углерода из вечномерзлотных почв. Противоположная ситуация может возникнуть там, где присутствуют серосодержащие минералы, такие как пирит, поскольку их выветривание может увеличить выбросы CO2.

Результаты исследований на Цинхай-Тибетском плато дают новое представление о том, как таяние вечной мерзлоты влияет на баланс между источниками и поглотителями углерода. Таким образом, может ли выветривание горных пород в конечном итоге противодействовать антропогенному изменению климата?

«К сожалению, ответ — нет», — говорит Буфе. «Человеческая деятельность ежегодно выбрасывает в атмосферу примерно в 100 раз больше CO2, чем выветривание силикатов. Даже если таяние вечной мерзлоты вызовет неболькое увеличение скорости выветривания, эффект останется слишком незначительным. Единственное реальное решение — резко сократить наши выбросы».