Теперь, в статье, опубликованной 7 апреля в журнале Nature Communications, ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики США представляют доказательства того, что рост воды в реках приносит голодным микробам пиршество углерода там, где вода встречается с землей, вызывая повышенную активность, которая может естественным образом стимулировать рост. выбросы углекислого газа, метана и других парниковых газов.«Эта область вокруг реки является биогеохимической горячей точкой с большой микробной активностью», — сказал эколог Джеймс Стеген, ведущий автор исследования. «Понимание того, что происходит, когда поверхностные и подземные воды встречаются и смешиваются, имеет решающее значение для понимания углеродного цикла нашей планеты».
Гипорейная зонаВо всем мире бактерии, грибки, водоросли и другие микроорганизмы в реках и вокруг них превращают огромное количество органического углерода в углекислый газ, метан и закись азота — процессы, которые имеют ключевое значение для будущего планеты.Команда Стегена сосредоточила внимание на уровнях микробной активности в области, известной как зона гипореи, которая включает отложения, где речная вода смешивается с грунтовыми водами. Большинство людей могут лучше знать эту местность как место, где они могут погрузиться в мягкую грязь и промокнуть ноги.
Он включает земли непосредственно под рекой, а также по ее краям, иногда простираясь на несколько сотен ярдов от края реки. Отложения под поверхностью земли часто пористые, как губка, насыщаясь, когда вода в реке высока, например, во время наводнений, приливов и больших сбросов воды из плотин, и стекают, когда воды мало.
Ученые знают, что гипорейная зона является важной экологической особенностью, в которой обитает богатое разнообразие микроорганизмов, фильтрующих речную воду. Например, гипорейная зона удаляет нитраты — загрязнители, которые поступают из сельскохозяйственных стоков и сточных вод. Но эта зона не была в центре внимания многих ученых; они обычно заняты анализом сложных условий как в грунтовых, так и в речных водах.
Сосредоточение внимания на области, где смешиваются два типа воды, невероятно сложно, но важно для понимания реакции планеты на изменение окружающей среды.Ужин подан; результат выбросовБуйство физических возмущений происходит, когда речная вода поднимается и бурно проникает в укромные уголки и расщелины скал и отложений в гипорейной зоне.
Сдвигаются пески, движутся камни, а вода перетекает в новые места. Представьте себе береговую линию Нью-Джерси, подвергшуюся нападению во время урагана «Сэнди»; подобные встречи между поверхностью суши и поднимающимися уровнями воды постоянно происходят на крохотных ландшафтах в отложениях вдоль рек по всему миру.
Подъем воды дает возможность голодным микробам, которые, возможно, остались без пищи со времени последнего паводка. Вода каскадом проходит через каналы и поры в отложениях и породах, перемещая зерна отложений, медленно разъедая породу и доставляя пищу из углерода, кислорода, азота и других веществ.Команда обнаружила, что когда речная вода и грунтовые воды смешиваются, происходит уменьшение растворенного органического углерода и увеличение неорганического углерода — четкие сигналы о том, что микробы были стимулированы к потреблению органического углерода и производству углекислого газа.Команда считает, что увеличение количества углерода для голодных микробов приводит к всплеску микробной активности; такой всплеск активности, вероятно, приведет к резкому увеличению выбросов парниковых газов.
Точная причина повышенной микробной активности стала предметом споров среди ученых. Некоторые думали, что внезапное изменение потока воды заставляет микробы изменить свой химический состав или просто разлететься на части. Но команда Стегена считает, что повышенная активность в значительной степени является результатом физических изменений, которые происходят с подъемом воды — как вода фильтруется через отложения, унося углерод в укромные уголки и трещины гипорейной зоны — и как долго изолированные микробы реагируют на внезапный приток еды.
Команда предполагает, что основным источником углерода, подпитывающего эти всплески активности, являются источники углерода и питательных веществ в реке в виде небольших кусочков листьев, растений, мертвой рыбы и другого детрита.Ученые также показали, что по мере усиления этого микробного воздействия общая экологическая активность системы становится более направленной и предсказуемой — открытие, которое кажется парадоксальным, учитывая динамику перемешивания вод и усиление микробной активности.
Находки вдоль реки КолумбияДанные группы включали сложные измерения различных форм углерода в пробах воды, взятых из реки Колумбия и ее гипорейной зоны как вдоль береговой линии, так и из скважин с грунтовыми водами примерно в 100 ярдах от них.
Команда провела свое исследование в ноябре 2013 года в центре Вашингтона, где Колумбия — одна из крупнейших рек страны — протекает недалеко от Хэнфорда, бывшего завода по переработке ядерных материалов. Уровень реки колебался примерно на три фута в течение этого времени, в основном из-за корректировки расхода воды на плотинах выше по течению.С тех пор некоторые реки на Тихоокеанском северо-западе испытали более сильные колебания, особенно Якима, которая зависит от таяния снега от Каскадов на запад.
Поскольку глобальные температуры продолжают повышаться, ученые ожидают, что экстремальные климатические явления будут происходить чаще, включая более длительные периоды засух и более сильные штормы. Команда Стегена изучает последствия для динамики реки.
Например, меньшее таяние снега может привести к большим изменениям во времени и величине потока речной воды и подземных вод, что делает необходимость понимания того, что происходит в гипорейной зоне, еще более важной.