Результаты исследования позволяют лучше понять, как углерод высвобождается из оттаивающей арктической вечной мерзлоты.

В арктических почвах содержится почти вдвое больше углерода, чем в атмосфере. Из-за изменения климата часть самых северных полярных регионов Земли начала оттаивать, что может привести к высвобождению значительного количества углерода в виде парниковых газов. Этот процесс связан с деятельностью микробов.

Учёные сосредоточились на том, как повышение глобальной температуры нарушит углерод в почвах Арктики. Потепление также влияет на регион, изменяя продуктивность и состав растительности, баланс питательных веществ в почве. Это, в свою очередь, повлияет на круговорот углерода в природе, говорится в исследовании в журнале Nature Climate Change. Руководила работой Меган Мачмюллер, научный сотрудник кафедры почвоведения и растениеводства CSU.

Мы хотели понять, как контролируется судьба углерода в Арктике, — говорит Мачмюллер.

Она отмечает, что температура играет большую роль, но есть и другие изменения, связанные с климатом в этом регионе.

Например, в регионе становится больше кустарников. Мачмюллер и её соавторы выяснили, что кустарники могут удерживать большое количество углерода в земле.

Соавтор исследования Лорел Линч, доцент Университета Айдахо, говорит, что потепление влияет на углерод в почве не так просто, как кажется.

Эта экосистема — сложное сообщество со множеством взаимодействующих и конкурирующих механизмов.

Удивительная находка

Мачмюллер с коллегами проверили образцы почвы, взятые на севере Аляски в ходе 35-летнего эксперимента по изучению экосистемы в Арктике.

В 1981 году учёные начали добавлять питательные вещества на тестовые участки объекта долгосрочных экологических исследований Arctic Long-Term Ecological Research у озера Тоолик у основания горного хребта Брукс. Эксперимент должен был показать, как арктическая растительность будет реагировать на дополнительные питательные вещества. Также учёные исследовали влияние долгосрочных изменений в почве на накопление углерода.

Учёные обнаружили, что через 20 лет в почве снизилась концентрация углерода при добавлении питательных веществ. Это открытие изменило научное понимание того, как Арктика может реагировать на изменение климата.

Эксперименты продолжились: через 35 лет Мачмюллер и её команда снова проверили участки.

Вместо того чтобы продолжать терять углерод, учёные обнаружили, что тенденция изменилась на противоположную. Через 35 лет количество углерода на опытных участках восстановилось или превысило показатели контрольных участков.

Мачмюллер и её команда были удивлены результатами и решили изучить механизм этого явления. В лаборатории они провели эксперименты по отслеживанию изотопов, которые показали, что при добавлении питательных веществ активизируется микробное разложение — процесс переработки микробами органических веществ в почве с выделением углекислого газа.

Со временем ситуация изменилась, так как в почву на опытных участках добавлялись питательные вещества. Линч пояснил, что кустарники изменили состав почвы, из-за чего микроогранизмы стали медленнее разлагать органические вещества и углерод накапливался в почве.

Мачмюллер добавила, что это может объяснить, почему в первые 20 лет наблюдалась потеря углерода, а после 35 лет — нет.

Важность долгосрочного анализа

Мачмюллер считает, что реакция Арктики на изменение климата сложнее, чем думали раньше. Она назвала это сложной головоломкой и подчеркнула важность долгосрочных исследований для понимания экосистемных процессов.

Гас Шейвер, учёный-исследователь, помогал закладывать первые экспериментальные участки на озере Тоолик в 1981 году и является соавтором исследования. Он также отметил важность проведения таких работ в течение длительного времени.

По словам Шейвера, долгосрочные эксперименты часто удивляют нас, когда мы отслеживаем их реакцию с течением времени. Результаты первых лет эксперимента могут отличаться от результатов, полученных через 10, 15 или 35 лет.

Линч подчеркнула, что при изменении экосистемы важно учитывать не только углерод, но и другие факторы. Увеличение численности кустарников может удержать больше углерода из почвы от перехода в атмосферу, однако это может иметь и негативные последствия.

Линч пояснила, что доминирование одного вида растений может серьёзно повлиять на экосистему.

Например, в Арктике разнообразие растительных сообществ обеспечивает среду обитания и источники пищи для многих животных. Потеря этого разнообразия может отразиться на всей экосистеме.

Лорен Гиффорд, помощник директора Центра углеродных решений в почве CSU, сказала, что исследование подчёркивает необходимость более надёжного и детального моделирования.

Это нужно, чтобы лучше предвидеть влияние изменения климата на углерод в Арктике.

Гиффорд назвала исследование замечательным, так как оно охватывает 35-летний период и изучает одну из самых уязвимых экосистем Земли. Она также отметила, что последствия изменения климата часто остаются неопределёнными даже после проведения всесторонних долгосрочных исследований. Кроме того, мероприятия по адаптации к изменению климата и смягчению его последствий могут привести к аналогичным, противоречивым или нежелательным последствиям.

Мачмюллер надеется, что работа подтолкнёт к новым исследованиям по этой теме. Углерод в Арктике — важная тема, так как он регулирует климат планеты. Но мы не знаем, каким будет углеродный баланс в будущем.