Высвобождается древний углерод из вечной мерзлоты

Используя индикаторные молекулы, группа исследователей под руководством ETH Zurich продемонстрировала, что углерод, хранящийся в арктической вечной мерзлоте, мобилизуется в бассейнах евразийских рек.

Арктические почвы вечной мерзлоты хранят огромное количество углерода в виде мертвых, но не разложившихся растительных остатков. Около половины глобального запаса почвенного углерода содержится в этих постоянно мерзлых арктических грунтах. Однако из-за глобального потепления мерзлота тает на все большую глубину, что может привести к мобилизации хранящегося в ней углерода. Изменился и объем стока таких рек, как Енисей и Обь в Сибири или Каликсэльвен на севере Швеции, дренирующих обширные территории. В том числе из-за изменяющегося режима осадков эти реки сейчас выносят в моря больше воды, чем несколько десятилетий назад, одновременно транспортируя углерод из своих бассейнов к морю. Основная проблема для ученых заключается в том, что активность микробов или других организмов, питающихся органическим веществом и выделяющих CO₂, может привести к возвращению в атмосферу углерода, хранившегося тысячи лет, и в больших количествах.

Исследователи из ETH Zurich и Стокгольмского университета взяли пробы донных отложений вблизи устьев этих рек и выделили три типа углеродных соединений, источники которых можно было четко идентифицировать. Эти так называемые трассерные соединения включают органические молекулы, полученные из лигнина, жесткого биополимера высших растений, растительных восков, образующих защитное покрытие на поверхности листьев, и группы соединений, обильных во мхах. Возраст этих молекул был определен с помощью радиоуглеродного датирования.

На основе этой диагностики возраста исследовательская группа под руководством Тимоти Иглинтона, профессора биогеонаук, впервые смогла оценить вклад старого углерода из почв вечной мерзлоты в речной углерод. Кроме того, ученые смогли продемонстрировать, что почвы вечной мерзлоты, где промерзшие участки перемежаются таликами, высвобождают больше старого углерода, чем те, где мерзлота сплошная. Это совпадает с различными профилями вечной мерзлоты, наблюдаемыми в Евразии с запада на восток. «На Дальнем Востоке Сибири большая часть мобилизованного углерода поступает из поверхностных слоев», — говорит Иглинтон. Однако в европейской части Евразии и Западной Сибири вода может более эффективно проникать в почву между промерзшими участками, высвобождать углерод, хранившийся тысячи лет, и уносить его в море.

С помощью радиоуглеродного датирования геоученые смогли измерить разницу в возрасте до 13 000 лет между молодыми и старыми наземными компонентами. «Разница в возрасте между различными источниками углерода особенно велика в Арктике из-за высвобождения старого углерода вечной мерзлоты», — говорит Сяоцзюань Фэн, первый автор исследования, опубликованного в PNAS. Это приводит исследователей к выводу, что лигнин представляет собой трассер поверхностных источников углерода, а растительные воски отражают старую вечную мерзлоту.

На основе задокументированных изменений речного стока и взаимосвязей радиоуглеродного возраста молекул-трассеров лигнина со стоком воды из речных бассейнов исследователи подсчитали, что доля углерода из вечной мерзлоты увеличилась на пять процентов за последние двадцать лет. «Хотя это маскируется изменениями в других источниках углерода, мобилизация углерода из некогда глубоко промерзших почв, по-видимому, уже идет полным ходом», — говорит Иглинтон. Эта доля углерода пока довольно невелика, и как она изменится в будущем, остается неясным. Тем не менее, новые результаты значительно помогают нам эффективнее понять и оценить связь между потеплением климата и поведением различных источников углерода в Арктике.