Исследование швейцарских ученых показывает, что к концу этого века выбросы углекислого газа почвенными микробами в атмосферу Земли увеличатся в среднем на 40% в глобальном масштабе по сравнению с сегодняшним днем, сообщает Швейцарская высшая техническая школа Цюриха. Статья, посвященная исследованию, опубликована в журнале Nature Communications.
Повышение концентрации углекислого газа (CO2) в атмосфере является основным катализатором глобального потепления, и, по оценкам, пятая часть атмосферного CO2 поступает из почвенных источников. Это частично связано с активностью микроорганизмов, таких как бактерии, грибы, которые разлагают органические вещества в почве – например, отмершие растительные материалы – с использованием кислорода. Во время этого процесса в атмосферу выделяется CO2. Ученые называют это гетеротрофным дыханием почвы.
По состоянию на 2021 год большая часть выбросов CO2 от почвенных микробов в основном происходит из теплых регионов Земли. В частности, 67% этих выбросов приходится на тропики, 23% — на субтропики, 10% — на зоны с умеренным климатом и всего 0,1% — на арктические или полярные регионы.
Результаты нового исследования показывают, что «дыхание почвы» станет больше производить углекислого газа к 2100 году. Такой прогноз ученые получили, используя новую математическую модель, которая учитывает два важнейших фактора: влажность почвы и ее температуру. Модель охватывает все биофизически значимые макро- и микроуровни, начиная со структуры почвы и распределения почвенной воды и заканчивая растительными сообществами, такими как леса, экосистемы, климатические зоны. Более того, модель позволяет оценить, как гетеротрофное дыхание в различных климатических регионах способствует глобальному потеплению.
Согласно прогнозу, к концу 21-го столетия, выбросы углекислого газа увеличатся на 119% в полярных регионах, на 38% в тропиках, на 40% в субтропиках и 48% в умеренном поясе.
Выбросы CO2 в полярных регионах могут увеличиться более чем в два раза, так как сильно снизится влажность почвы. По наихудшему климатическому сценарию, к 2100 году микробные выбросы CO2 в полярных регионах будут увеличиваться на 10% в десятилетие, что вдвое превышает темпы, ожидаемые для остального мира. Это несоответствие можно объяснить оптимальными условиями для гетеротрофного дыхания, которые возникают, когда почвы находятся в полунасыщенном состоянии, т. е. не слишком сухом и не слишком влажном. Эти условия преобладают при оттаивании почвы в полярных районах.
В этой работе исследователи в основном сосредоточились на гетеротрофном дыхании. Однако еще не исследованы выбросы CO2, которые растения выделяют в результате автотрофного дыхания. Дальнейшее изучение этих факторов позволит получить более полное представление о динамике углерода в почвенных экосистемах.
[Фото: from Nissan A. et al., Nature Communications, 2023 / ETH ZURICH]