2018-11-14 07:22:01
碳随着流动而变化

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许多人认为碳循环是垂直的 - 二氧化碳在土壤,植物和大气之间上下移动。

然而,在当前的“地球物理研究快报”上发表的密歇根州立大学新研究,通过展示水如何在生态系统中横向移动大量碳 - 特别是在洪水期间,为垂直视角增加了一个维度。这些调查结果分析了1000多个流域,覆盖了大约75%的邻近美国 - 对气候变化和水质有影响。

环境中的碳,特别是溶解的有机碳或DOC,是影响我们地球许多基本过程的主要变量,例如水化学,温室气体排放以及跨越陆地和水的污染物运输,MSU地球和环境科学家Jay Zarnetske说。和该研究的主要作者。

“当水流过生态系统时,它从植物和土壤中吸收有机碳,在许多情况下,水决定了生态系统是净碳源还是下沉,”他说。 “大量的碳从生态系统泄漏出来,因为DOC与每年从大气中吸收的碳净量一样大。因此,在管理'碳库账户'时,准确的核算至关重要。”

Zarnetske补充道,河流中的DOC就像煮茶一样。

“你从相对清澈的水开始降水,然后景观中的有机碳被浸入水中,”他说。 “这种茶在洪水期间会被冲到溪流中,经常会使水变成褐色。”

Zarnetske的新工作提出了一种更好的方法,通过包含洪水事件的数据来说明将碳离开生态系统作为DOC。引用后勤和安全问题,科学家通常在洪水期间给河流提供宽阔的泊位。因此,研究人员对洪水期间的DOC行为知之甚少。然而,当水快速流动并且棕色时,大部分流域的大部分碳被运输出去。换句话说,这是需要更多采样的时间。

让科学家团队感到惊讶的是,洪水很容易从北美不同生态系统的景观中冲走碳,从密歇根森林到索诺兰沙漠。他们最初认为DOC会被美国洪水的许多地方的洪水稀释,然而,在相对较短的时间内,几乎所有环境都会导致释放大量的DOC或更强的茶。

“我们知道在一些地区洪水期间DOC上升了,但我们惊讶地看到全国绝大多数流域都有相同的模式,”Zarnetske说。 “沙漠没有像落叶林一样多的DOC,但是当你遇到像山洪一样的事件时,过程是一样的,水的洪流充满了碳。”

该研究的大量数据集的另一个重要证据是湿地在我们的流域中发挥的重要作用。美国的DOC冲洗行为主要与流域湿地的面积有关。湿地作为流域DOC的缓冲区或储存区。如果洪水泛滥,最靠近河流的湿地的水和DOC会迅速溢出。

因此,天然湿地位于流域内是很重要的。 Zarnetske补充说,排放天然湿地并将其“交易”到另一个附近的沼泽区或建造人工湿地可能在纸上看起来不错,但它会影响一个地区储存和释放碳的能力。

“湿地是碳平衡和水质的主要控制因素,它们也是一些最脆弱的景观,”他说。 “如果你移动它们,你就会改变一个地区的管道和化学物质。”

对于这项研究,科学家使用了来自美国各地的数据,但他们没有涉及单一流或沼泽。他们的结果来自州和联邦政府机构数十年来收集的大量数据,主要是美国地质调查局。数据集的庞大规模可能令人生畏,掌握了解秘密所需的技能令人生畏。然而,它是一个真正的宝库信息。 Zarnetske说,虽然收集这些长期数据可能并不像进行新实验那样令人兴奋,但历史数据很有价值,而且它们的价值只会随着时间而增长。

“这不是华而不实,但它是强大的数据,”他说。 “这些数据早在我们知道计算机和方法足够强大,无法对其进行全部分析之前就已收集。这是长期数据收集如何成为发现关键并值得持续资助的另一个例子。”

他补充说,这样庞大的数据集可以发挥MSU的优势。

“在密歇根州立大学的强项之一是数据密集型研究,宏观系统生态学和跨学科研究,”Zarnetske说。 “我们的团队以一种新颖的方式利用这一公开可用的数据集来改进许多长期以来的理论,从而更好地管理碳平衡,湿地和其他水质问题。”

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