במשך 30 שנה, מדענים צופים בביצת מלח במרכז מרילנד נושמת. כלומר, הם חקרו כיצד מערכת אקולוגית אחת של מפרץ צ'סאפק שואבת את הפחמן הדו-חמצני מהאטמוספרה, אוגרת חלק מהפחמן מתחת לאדמה ומשחררת חלק ממנו בחזרה לאוויר בצורה של גז מתאן.
לאורך הדרך הם עשו מניפולציות על הסביבה כדי לחקות עולם עתידי עם פחמן דו חמצני אטמוספרי יותר (CO 2 ), גז החממה האחראי ביותר להתחממות כדור הארץ, מפלס ים גבוה יותר ויותר חומרים מזינים במים מנגר מזוהם. כשתתחיל עונת הגידול באביב הקרוב, הם יבדקו עוד פיסת פאזל בתקווה לקבל תמונה ברורה יותר של העתיד. הם רוצים לדעת מה קורה לביצה כאשר הטמפרטורה עולה.
"אנחנו מגדלים CO 2 בביצה זו כבר 30 שנה, אבל CO 2 [מוגבה] בא עם התחממות", אומר פט מגוניגל, החוקר הראשי של המחקר החדש בשטח השדה העולמי לחקר שינוי גלובלי במרכז לחקר הסביבה הסמיתסוניאן (SERC) . "אוויר מחמם מתרגם לאורך זמן לאדמה. אנחנו רק מסתובבים לתקוף את החלק הזה. "
כסגנית המנהל במרכז לחקר הסביבה מגיוניגל מפקחת על אתר תחום זה בו עשרות מדענים עורכים ניסויים. כאן מוצל הביצה עלילות מבחן שנראות כמו חדרי פלסטיק צלולים הבנויים מעל טלאי קנים ועשבים. התוויות הפלסטיק מנקדות נוף שנחצה על ידי מדרכות, כבלים וצינורות. פה ושם, הטיילות מנוקדות על ידי קופסאות עץ המאכלסות את תחנות הבקרה השונות.
חוקרים כמו Megonigal חקרו את שינויי האקלים בביצה זו בגודל של 125 דונם בשטח לא מפותח של נהר רוד במשך יותר משלושה עשורים. למה שלמדו יש השלכות חשובות, לא רק על עתידן של רטיבות, אלא גם על שינוי האקלים הממשמש ובא, מכיוון שאובדן שטחי מים רטובים כמו ביצות וביצים עלול לשחרר מיליוני טונות של פחמן דו חמצני לאטמוספרה.
למרות שתפס ארבעה עד שישה אחוזים בלבד משטח האדמה של כדור הארץ, שטחי מים רטובים כמו ביצות, ביצות ויערות מנגרובים מחזיקים ברבע מכל הפחמן שנאגר באדמת כדור הארץ.
כל הצמחים תופסים פחמן דו חמצני מהאטמוספרה והופכים את הפחמן לעלים, גבעולים ושורשים. אך הפחמן משתחרר חזרה לאטמוספרה כאשר חיידקים באדמה מפרקים עלים שנפלו וחומר צמחי מת אחר.
עם זאת, בשטח מים רטוב, שפע תכוף במים שולל את החיידקים חובבי החמצן מחמצן ומאט אותם. חומר צמחי מת אינו מתפרק במהירות כמו בסביבה יבשה יותר, כך שהוא מצטבר, דוחס והופך לכבול עשיר בפחמן. אחסון פחמן בדרך זו מאיץ את האטמוספרה מפחמן דו-חמצני עולה.
אבל יש צד אפל יותר בסיפור. התנאים הרטובים הרטובים מיועדים לתסיסה, המייצרת מתאן, גז חממה נוסף מבוסס פחמן העוצמתי פי 25 עד 45 מפחמן דו חמצני. למעשה, שטחי הרטוב מהווים את המקור היחיד הגדול ביותר של מתאן, ומייצרים כ 22 אחוז מכל פליטת המתאן העולמית.
בדצמבר 2015, מנהיגים מ -195 מדינות החליטו על הסכם בפריס המגביל את ההתחממות הגלובלית ללא יותר מ- 2 מעלות צלזיוס (3.6 מעלות פרנהייט) מעל לרמות הטרום-תעשייתיות. בנוסף, הם התחייבו לבצע שיטות שיפחיתו את המספר הזה ל -2.7 מעלות פרנהייט מעל לרמות הטרום-תעשייתיות.
בממוצע על פני כדור הארץ כולו, הטמפרטורות כבר עלו 1.4 מעלות צלזיוס ב -120 השנים האחרונות, כך שהשגת יעדים כה שאפתניים תדרוש הפחתה מהירה של פליטת גזי החממה הגלובלית, דבר שלא ניתן לפקח עליו ללא תיאור מדויק למדי של האיזון בין פליטת פחמן לאחסון פחמן ברחבי העולם. לשם כך, על מנהיגים עולמיים להבין מה קורה בשדות הרטובים.
"שום דבר לא ניתן להוריד מהשולחן, " אומרת וירג'יניה בורקט , המדענית הראשית לשינוי אקלים ושימושי קרקע בסקר הגיאולוגי של ארה"ב. "יש להעריך את כל המערכות מבחינת יכולתן לאגור פחמן ולא רק פליטות בלבד. גם קריסת פחמן וכיצד בני אדם יכולים לשפר את יכולתם של מערכות כמו שטויות רטובות לאגור פחמן היא גם חיונית להבנה, על מנת לבצע את הפחתות האדירות הללו שמוקרנות, ומצופות ומחויבות לקהילה הבינלאומית. "
חוקרים כמו פט מגוניגל (משמאל) חקרו את שינויי האקלים בביצה זו בגודל 125 דונם בכתם לא מפותח של נהר רוד במשך יותר משלושה עשורים. (המרכז לחקר הסביבה של סמית'סוניאן) עם זאת, הקמת מערכות אקולוגיות טבעיות במשוואה לא תהיה קלה.
כמה שטחי רטובות פחמן תופסים, כמה הם משחררים, כמה מהר מצטברים אדמות והאם שטחי רטיבות גאות תימשכו בקצב או ייבלעו על ידי ים עולה הם כל הגורמים השזורים זה בזה ותלויים במגוון השפעות.
כמו משיכת קו אחד בתוך רשת חבלים סבוכה, כאשר מתפתל לולאה אחת, מתהדקת אחרת ומשנה את צורת הצרור כולו. בביצה משתנים בבת אחת הטמפרטורה, המליחות, הפחמן הדו-חמצני והזיהום ששטף את האדמה. במהלך השנים מדענים בוחרים את הקשר, חושפים את המורכבות, אך יש עוד הרבה מה להבין.
כאשר הניסוי להתחממות האדמה של מגוניגל מתחיל באביב הקרוב , הוא יעלה את החום מראש הצמחים עד לקרקעית אזור השורש, מטר וחצי מתחת לפני השטח.
עד האביב הצוות שלו יוסיף 30 מגרשי מבחן חדשים לפינת הביצה שלהם. באמצעות בנק מנורות חום אינפרא אדום ורשת כבלים חשמליים שקועים באדמה, מגיוניגל תעלה את הטמפרטורה בחלקותיו במרווחים קבועים. העלייה תנוע בין 0 מעלות ועד 7.2 מעלות פרנהייט מעל הסביבה שמסביבה, ותתקרב לתנאים החמים ביותר שצפו לשנת 2100 אם לא נעשה דבר כדי לבלום את שינויי האקלים.
מטרתו העיקרית היא להבין את הגורמים המשפיעים על ריקבון והצטברות חומר צמחי מת בביצה המלח. אם האדמה הכבושה בנויה די מהר, היא עשויה לעמוד בקצב עליית מפלס הים. אם לא, הביצה עשויה פשוט לטבוע.
השאלה היא ביטול ציפורניים ביישובים התלויים בביצות, המספקים שטחים של פעוטון לדגים מסחריים חשובים, ומגדלים אדמות שוכנות נמוכות מגבול סערה וגלים מכים.
אתר השדה, בו עשרות מדענים עורכים ניסויים, מנוקד בכוויות נגד מפלסטיק ומצולב על ידי מדרכות, כבלים וצינורות. (קימברה חתוך) על פי ליבות אדמה, ביצת המלח במרכז לחקר הסביבה שרדה כבר 4, 000 שנה. במהלך אותו זמן, מפרץ צ'סאפק התנשא לגובה מטר וחצי, והביצה בנתה את עצמה בהתמדה כדי לעמוד בקצב.
מקווי מים רבים ברחבי העולם עשו את אותו הדבר. אך האקלים משתנה ומפלס הים עולה מהר מתמיד. בנוסף זיהום שינה את הכימיה של המים ומינים חדשים של צמחים ובעלי חיים עשויים לשנות את ההיבטים החשובים של אופן פעולתה של המערכת האקולוגית. אפילו כמות שטיפת המשקעים אל שטחי הרטובה השתנתה במהירות עם התפתחות האדם על הארץ.
Megonigal צופה שהחום הנוסף יתעורר את החיידקים מתחת לאדמה, יגדיל את הקצב בו השורשים וחומרים אורגניים אחרים יתפרקו. אם כן, זה יכול להקדים את שקיעתו האיטית של הביצה ושחרורו של יותר מתאן לאטמוספרה. ואז שוב, אולי לא.
אולי חיידקים איטיים יותר יתחילו לשלוט, "אומר סטיבן לונג, פרופסור למדעי גידולים וביולוגיה של צמחים באוניברסיטת אילינוי ועורך ראשי של כתב העת Global Change . או השילוב של התחממות ותוספת דו תחמוצת הפחמן יגרמו לצמחים לצמוח מהר יותר מכפי שהם יכולים להתפורר, ושניהם עשויים להעלות את רמת הביצה. "קשה מאוד לחזות בוודאות מה עומד לקרות, וזו הסיבה שניסוי כזה חשוב כל כך", הוא אומר.
לונג הוא בין החוקרים הרבים שערכו ניסויים באתר הביצה של סמיתסוניאן. לדבריו, עצם המחשבה לבצע עבודה מסוג זה בסביבה הטבעית הייתה מהפכנית כאשר הניסוי הראשון הוקם לפני 30 שנה. ישנם כל כך הרבה גורמים שצריך לשלוט בהם או לטפל בהם בחשבון באופיים, שרבים בקהילה המדעית חשבו שלא ניתן לעשות זאת.
ברט דרייק, אקולוג צמחים ואמנון מדען בכיר במרכז המחקר הסביבתי, הוא האיש שהוכיח שהם טועים כבר בשנת 1985.
גידול צמח מתאם לכמות הפחמן שהוא לוקח, ודרייק המציא תחילה ניסוי אלגנטי לפיקוח על גידול בביצה. "אמרתי טוב, במקום לצאת לשם ולמדוד את כל הצמחים, נמדוד את שטף ה- CO 2 ", הוא אומר. "אנשים שסקרו את ההצעה שלנו חשבו שאנחנו מרחיבים את עצמנו הרבה מעבר למה שהם חשבו שמאפשר לעבוד במעבדה לתחום."
ברט דרייק, אקולוג צמחים ואמרית מדען בכיר במרכז המחקר הסביבתי, המציא ניסוי אלגנטי לפיקוח על גידול בביצה. (המרכז לחקר הסביבה של סמית'סוניאן) דרייק עיצב סדרה של חדרי גליל תחתון פתוחים למקם מעל טלאי ביצה. בקוטר של כשלושה מטרים היה להם מסגרת צינור אלומיניום מתומן עם קירות פלסטיק ברורים וחלק העליון פתוח כדי שלא יתפסו חום כמו חממה. לאחר מכן הוא הציג פחמן דו חמצני לתאים, והעלה את המפלס לצפוי 100 שנה בעתיד.
"יכולנו לפקח על ריכוז ה- CO 2 שיוצא לתאים, ואת ה- CO 2 בפנים, ואת ה- CO 2 שיוצא, " הוא אומר. תוצאות מיידיות הראו כי המשקעים בתאי דרייק גדלו בתוספת נמרץ, והסיעו בקלות את הפחמן הדו-חמצני הנוסף, בעוד העשבים לא השתנו. התבנית תואמת את מה שמדענים ראו במעבדה והוכיחה שהשיטה שלו עובדת. הוא ניהל בהצלחה מחקר מבוקר בסביבה אחרת שאינה ניתנת לשליטה. דרייק יכול היה לסמוך כעת על תצפיות אחרות בנוגע לאופן בו השתמשו הצמחים במים ובחומרים מזינים, וקיים אינטראקציה עם הסביבה המועשרת שלהם בפחמן דו חמצני. "בגישה כזו נוכל למדוד את הרווח הנקי בפחמן או באובדן ולעשות זאת בהתאמה לטמפרטורה, גשמים, אור שמש, אתה קורא לזה."
כהפגנה לכך שניסוי מסוג זה היה אפשרי, דרייק מעולם לא ציפה שהפרויקט שלו יהפוך לבסיס לאתר שדה שיימשך שלושה עשורים ולעורר עבודה דומה בסביבות אחרות ברחבי העולם. זהו כעת מחקר השדה הארוך ביותר אי פעם על ההשפעות של עליית פחמן דו חמצני על קהילת צמחים, והוא עדיין מתמשך.
"בזמן שבחנו את זה, הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה עלה בערך 13 או 14 אחוז, " אומר דרייק. "מפלס הים עלה בערך 10 או 15 ס"מ (4 עד 6 אינץ ')." יותר מכך, הוא ועשרות החוקרים שערכו כעת ניסויים באתר הצליחו לצפות בביצה באמצעות מגוון רחב של תנאים סביבתיים., משנים רטובות לייבוש, משנים חמות יותר לשנים קרירות יותר, עונות גידול ארוכות וקצרות.
"לימוד כה ארוך ומתמשך באמת נותן לנו כמויות אדירות של מידע שאנחנו פשוט לא יכולים להשיג בשום דרך אחרת", אומר לונג. "[דרייק] לקח משהו חדש לחלוטין כשהקים אותו. זה היה דבר נועז מאוד לעשות וזה הצליח. "
אחד הממצאים המוקדמים של דרייק היה שגידול בפחמן דו חמצני לביצה הביא לעלייה בפליטות של גז מתאן. הם גם למדו שצמחי שקע לא עקפו עשב, למרות יכולתם לצמוח מהר יותר בסביבה גבוהה של פחמן דו חמצני.
כל תגלית הובילה לשאלות נוספות ואתר השדה צמח באופן אקספוננציאלי. מדענים כמו Megonigal שעקבו אחר דרייק, שיפרו את העיצוב שלהם, כיבו מסגרות אלומיניום מרותכות ל- PVC, הגדילו את התאים והוסיפו עוד מהם למחקרים נוספים. לאורך הדרך, ניסויים חדשים התעמקו באינטראקציות מורכבות במערכת האקולוגית.
גידול צמח מתאם לכמות הפחמן שהוא לוקח, וברט דרייק (בודק מדידות) תכנן תחילה ניסוי אלגנטי לפיקוח על גידול בביצה. (המרכז לחקר הסביבה של סמית'סוניאן) כאשר המדענים הגדילו את החנקן באדמה כדי לדמות נגר גובר מהאדמה, הם גילו שלא כל הצמחים הגיבו זהים, ותגובותיהם השתנו בהתאם לפחמן הדו-חמצני והמים הזמינים. צעד אחד בכל פעם, הם הקיטו אינטראקציות חשובות, מחפשים חלון כיצד נראה הביצה במאה השנים הקרובות.
בשנת 2015 פרסם Megonigal מחקר בו הוא ועמיתיו הכניסו את הצמחים לרמות מים שונות כדי לראות כיצד יגיבו לעליית פני הים. "ציפינו שככל שהביצה תתחיל לצלול, היא צריכה להיות מסוגלת לשמר יותר פחמן ולמעשה להיות מסוגלת לעמוד עם עליית מפלס הים, " אומרת Megonigal. חשיבתם הייתה כי שיבוש תכוף יותר עם מים ישמור על רמות חמצן נמוכות בשכבה העליונה של האדמה. זה יאט את החיידקים שמתפרקים שורשי צמח מתים ומאפשרים להצטבר יותר אדמה.
אבל זה לא מה שקרה. כמו שנורקלים קטנים למיקרובים, השורשים מעבירים חמצן מהאוויר למטה לאדמה, מה שאומר שזה לא ממש משנה כמה זמן האדמה מבלה מתחת למים. מה שחשוב זה כמה שורשים יש מועברים חמצן למיקרובים. Megonigal גילתה שככל שיש לך יותר שורשים, כך מתרחשת יותר פירוק.
"הדרך בה מיוצג הפירוק במודלים אינה מטפלת בהשפעת הצמחים", אומרת Megonigal. "כך שהמודלים שלנו לרוב שגויים, לפחות על סמך מחקר זה. עלינו להתמקד בשילוב של הדברים האלה, מכיוון שהאינטראקציות שלהם הם שיהיו חשובים באמת להבנת שינויי האקלים. "
עבור מקבלי המדיניות, הבנת השילוב בין גורמים המשפיעים על הישרדותן של שטחי רטובה נוגעת יותר מאשר רק לדעת מה יהיה. ניהול פעיל של הארץ עתיד להיות חלק מכריע באסטרטגיות של כמה מדינות לשמירת מכסה על ההתחממות הגלובלית.
לפי בורקט מהסקר הגיאולוגי האמריקני, זה לא יכול להיות דחוף יותר. "[שטחי מים] פולטים באופן טבעי מתאן אבל הם גם אוגרים מיליארדי טונות של פחמן, וכיצד הם מנוהלים משפיע על שיעורי ההחלמה והשחרור של הפחמן."
שמירה או שחזור של הידרולוגיה טבעית לשטחי רטיבות עשויה להגדיל את יכולתם לאגור פחמן, ואילו המרתם לחקלאות או לבריכות שרימפס עשויה לשחרר את מה שנאגר באדמה כפחמן דו חמצני.
"מסר מרכזי עבור קובעי המדיניות הוא ששטחי מים רטובים הם מערכות מורכבות", היא אומרת, "כדי לשפר את האחסון לטווח הארוך של פחמן במערכות יבשות אלה, עליך להבין את מחזור הביוגוכימיה של הפחמן בהן. זו מאמץ מדעי שיעזור לתמוך בהתחייבות שהתחייבה בפריס על ידי מדינות ברחבי העולם. "
מה שמדענים למדו בפרויקט שדה זה חשוב, לא רק לעתידם של שטחי רטיבות, אלא גם לשינוי אקלימי הממשמש ובא, מכיוון שאובדן שטחי מים כמו ביצות וביצים עלול לשחרר מיליוני טונות של פחמן דו חמצני לאטמוספרה. (טום מוזצר)
