Устойчивая форма углерода растений придает новый смысл термину «старше грязи»
Особо устойчивый тип углерода, происходящий от первых растений, выросших после последнего ледникового периода, и тот же тип углерода от всех растений с тех пор, по-видимому, накапливался в течение 11 000 лет в лесах Британской Колумбии (Канада). Это похоже на то, как если бы углерод, который образуется из воскового материала, защищающего листву от солнца и погоды, поступал на банковский счет, куда делаются только вклады и практически не происходит снятий.
Моделистам углеродного цикла Земли, которые исходили из предположения, что этот тип углерода остается в почвах всего 1000–10 000 лет, прежде чем микроорганизмы вернут его в атмосферу в виде CO₂, потребуется пересмотреть свои представления, если результаты, опубликованные в выпуске журнала Science от 24 ноября, окажутся типичными для других северных лесов.
«Наши результаты об устойчивости этого конкретного вида углерода позволяют предположить, что время оборота этого пула углерода может составлять от 10 000 до 100 000 лет», — говорит Ринк Смиттенберг, научный сотрудник Школы океанографии Вашингтонского университета и ведущий автор статьи. Он выполнил эту работу, находясь в Королевском Нидерландском институте морских исследований.
Почвы содержат третий по величине пул углерода в мире после углерода, законсервированного глубоко в недрах в виде ископаемого топлива и угля, и углерода, растворенного в водах мирового океана.
В почвах более «съедобные» виды углерода растений быстро перерабатываются бактериями и превращаются обратно в углекислый газ. Но около половины органического углерода в почвах является менее доступным или защищено от бактерий, что в конечном итоге делает его ответственным за долгосрочное хранение углерода на суше.
Этот пул углерода вряд ли сыграет роль в компенсации увеличения содержания парникового CO₂ в атмосфере в ближайшее время из-за крайне медленных процессов. Однако более точная оценка того, как долго этот углерод сохраняется в почвах, важна для моделистов, изучающих запасы углерода в масштабе 1000 лет или изменение запасов углерода на суше с течением времени по мере изменения растительности.
Для этого исследования ученые получили керны донных отложений из залива Саанич, фьорда на острове Ванкувер. Холодные бедные кислородом придонные воды там помогают сохранять годовые слои осадков, некоторые толщиной не менее полудюйма, которые включают вещества из лесных почв, смытые водой в залив.
Смиттенберг использовал методы органической химии, чтобы выделить молекулы растительного воска из других видов углерода, например, от морских водорослей. Соавтор Тим Эглинтон из Океанографического института Вудс-Хол провел радиоуглеродный анализ.
Современные почвы состоят из смеси органического вещества возрастом 11 000 лет, нулевого возраста от современного поступления и всех промежуточных возрастов. Средний возраст устойчивого воскового углерода на данный момент составляет 5500 лет.
«Вероятно, что по крайней мере часть устойчивого углерода исчезла из почв. Например, невозможно было бы измерить его в осадках фьорда, если бы часть его не была смыта. Но эти потери относительно малы по сравнению с тем, что остается в почвах, и с добавлением нового устойчивого органического вещества. Таким образом, система далека от равновесия, как предполагают современные модели», — говорит Смиттенберг.
Если результаты подтвердятся для других северных лесов, это поставит наземную биосферу в более заметное положение как медленный, но прогрессивно важный поглотитель атмосферного углерода в геологических масштабах времени. Это может даже повлиять на текущие прогнозы относительно цикла углерода и хранения углерода в почвах в ответ на увеличение содержания CO₂ в атмосфере.