Selama 30 tahun, saintis telah menyaksikan paya garam di tengah Maryland bernafas. Iaitu, mereka telah mengkaji bagaimana satu ekosistem Chesapeake Bay menarik karbon dioksida dari atmosfera, menyimpan beberapa bawah tanah karbon dan membebaskan sebahagiannya ke udara dalam bentuk gas metana.
Di sepanjang cara mereka telah memanipulasi alam sekitar untuk meniru dunia masa depan dengan lebih banyak karbon dioksida (CO 2 ), gas rumah kaca yang paling bertanggungjawab untuk pemanasan global, paras laut yang lebih tinggi dan lebih banyak nutrien dalam air daripada larian yang tercemar. Apabila musim tumbuh bermula pada musim bunga ini, mereka akan menerokai satu lagi teka-teki dengan harapan dapat memperoleh gambaran yang lebih jelas tentang masa depan yang dipegang. Mereka ingin tahu apa yang berlaku kepada paya apabila suhu meningkat.
"Kami telah menaikkan CO2 di rawa ini selama 30 tahun, tetapi [tinggi] CO2 datang dengan pemanasan, " kata Pat Megonigal, penyelidik utama kajian baru dalam Global Change Wetland Research di Pusat Penyelidikan Persekitaran Smithsonian (SERC) . "Pemanasan udara diterjemahkan dari masa ke masa ke tanah. Kami baru sahaja menyerang untuk menyerang bahagian itu. "
Sebagai timbalan pengarah di Pusat Penyelidikan Alam Sekitar, Megonigal mengawasi laman web ini di mana berpuluh-puluh saintis melakukan eksperimen. Di sini rawa itu dipenuhi dengan plot ujian yang kelihatan seperti bilik plastik yang jelas dibina di atas tompok-tompok buluh dan rumput. Kontraksi plastik dot landskap yang dikelilingi oleh jalan kaki, kabel dan hos. Di sini dan di sana, jalan-jalan di seberang jalan raya dilubangi oleh kotak kayu yang menempatkan pelbagai stesen kawalan.
Penyelidik seperti Megonigal telah mengkaji perubahan iklim di paya ini 125 ekar di tambak yang belum dimajukan di Sungai Rhode selama lebih dari tiga dekad. Apa yang mereka pelajari mempunyai implikasi penting, bukan sahaja untuk masa depan tanah lembap, tetapi juga untuk perubahan iklim yang akan berlaku, kerana kehilangan tanah lembap seperti rawa dan rawa boleh membebaskan berjuta-juta tan karbon dioksida ke atmosfera.
Walaupun hanya mengambil empat hingga enam peratus daripada kawasan tanah Bumi, tanah lembap seperti rawa, rawa dan hutan bakau memegang seperempat daripada semua karbon yang disimpan di bumi.
Semua tumbuhan mengambil karbon dioksida dari atmosfera dan menjadikan karbon menjadi daun, batang dan akar. Tetapi karbon dilepaskan semula ke atmosfera ketika bakteri di tanah mengurai daun yang jatuh dan bahan tumbuhan mati yang lain.
Walau bagaimanapun, di dalam tanah lembap, air yang banyak mengalir menghilangkan bakteria oksigen yang menyukai oksigen dan melambatkannya. Bahan tumbuhan yang mati tidak rosak secepat ia berada dalam persekitaran yang kering, jadi ia berkumpul, memampat dan bertukar menjadi gambut kaya karbon. Penyimpanan karbon dengan cara ini menimbulkan suasana dari peningkatan karbon dioksida.
Tetapi ada sisi gelap kepada cerita. Kondisi basah yang basah digunakan untuk penapaian, yang menghasilkan metana, gas rumah hijau yang berasaskan karbon yang 25 hingga 45 kali lebih kuat daripada karbon dioksida. Malah, tanah lembap merupakan sumber metana tunggal terbesar, menghasilkan anggaran 22 peratus daripada semua pelepasan metana global.
Pada bulan Disember 2015, pemimpin dari 195 buah negara telah membuat persetujuan di Paris membataskan pemanasan global hingga tidak lebih daripada 2 darjah Celsius (3.6 darjah Fahrenheit) di atas tahap pra-perindustrian. Di samping itu, mereka komited untuk mengejar kaedah yang akan mengurangkan jumlah itu kepada 2.7 darjah Fahrenheit di atas paras sebelum industri.
Rata-rata di seluruh dunia, suhu telah meningkat 1.4 darjah F dalam tempoh 120 tahun yang lalu, jadi mencapai matlamat yang bercita-cita tinggi itu memerlukan pengurangan yang cepat dalam pelepasan gas rumah hijau global, sesuatu yang tidak dapat dipantau tanpa perakaunan yang wajar secara tepat baki antara pelepasan karbon dan penyimpanan karbon di seluruh dunia. Untuk itu, pemimpin global perlu memahami apa yang berlaku di tanah lembap.
"Tidak ada yang boleh diambil dari meja, " kata Virginia Burkett , ketua saintis untuk perubahan cuaca dan penggunaan tanah di US Geological Survey. "Semua sistem perlu dinilai dari segi kemampuan mereka untuk menyimpan karbon, bukan hanya pelepasan sahaja. Penyerapan karbon, dan bagaimana manusia dapat meningkatkan keupayaan sistem seperti tanah lembap untuk menyimpan karbon juga penting untuk difahami, untuk membuat pengurangan yang besar yang diunjurkan, dan dijangka, dan komited oleh masyarakat antarabangsa. "
Penyelidik seperti Pat Megonigal (kiri) telah mengkaji perubahan iklim di rawa 125 hektar ini dalam tampuk pembangunan Sungai Rhode selama lebih daripada tiga dekad. (Pusat Penyelidikan Alam Sekitar Smithsonian) Walau bagaimanapun, ekosistem semulajadi yang memalsukan ke persamaan itu tidak akan mudah.
Berapa banyak tanah lembap karbon yang diambil, berapa banyaknya yang dibebaskan, seberapa cepat tanah berkumpul dan sama ada tanah lembap pasang surut akan seiring atau ditelan oleh laut yang naik adalah semua faktor yang saling berkaitan dengan satu sama lain dan bergantung kepada pelbagai pengaruh.
Seperti penarikan satu baris dalam tali perut, sebagai satu gelung melonggarkan, yang lain mengetatkan, mengubah bentuk keseluruhan bundle. Dalam rawa, suhu, saliniti, karbon dioksida dan pencemaran yang melanda tanah semuanya berubah sekaligus. Selama bertahun-tahun, para saintis telah memilih di simpul, membongkar kerumitan, tetapi ada yang jauh lebih memahami.
Apabila percubaan pemanasan tanah Megonigal mendapat musim bunga ini , dia akan mengepam panas dari puncak tumbuhan sepanjang jalan ke bawah zon akar, empat setengah meter di bawah permukaan.
Menjelang musim bunga, pasukannya akan menambah 30 plot ujian baru ke sudut paya mereka. Menggunakan bank lampu haba inframerah dan grid kabel elektrik masuk ke tanah, Megonigal akan menaikkan suhu di plotnya dengan kenaikan yang stabil. Peningkatan ini akan berkisar dari 0 darjah hingga 7.2 darjah Fahrenheit di atas persekitaran sekeliling, menghampiri keadaan paling panas yang diramalkan untuk tahun 2100 jika tiada apa yang dilakukan untuk membendung perubahan iklim.
Matlamat utamanya ialah untuk memahami faktor-faktor yang mempengaruhi kerosakan dan pengumpulan bahan tumbuhan mati di paya garam. Jika tanah peaty dibina dengan cepat, ia dapat bertahan dengan naik paras laut. Jika tidak, paya itu hanya boleh menenggelamkan.
Persoalannya ialah kuku untuk komuniti yang bergantung kepada rawa, yang menyediakan alasan untuk taman ikan penting, dan menimbun tanah rendah dari lonjakan ribut dan gelombang batuk.
Laman lapangan, di mana berpuluh-puluh saintis melakukan eksperimen dihiasi dengan alat plastik dan disebarkan oleh jalan kaki, kabel dan selang. (Kimbra Cutlip) Mengikut teras tanah, paya garam di Pusat Penyelidikan Alam Sekitar telah bertahan selama 4, 000 tahun. Pada masa itu, Chesapeake Bay telah meningkat 15 kaki, dan paya telah membina sendiri terus untuk bersaing.
Banyak kawasan basah di seluruh dunia telah melakukan perkara yang sama. Tetapi iklim berubah dan paras laut semakin meningkat dari sebelumnya. Di samping itu, pencemaran telah mengubah kimia air dan spesies tumbuhan dan haiwan yang baru diperkenalkan mungkin mengubah aspek penting dalam cara fungsi ekosistem. Malah jumlah sedimen yang dibasuh ke dalam tanah lembap telah berubah pesat dengan pembangunan manusia di atas tanah.
Megonigal menjangkakan haba tambahan akan menimbulkan mikroba di bawah tanah, meningkatkan kadar di mana akar dan bahan organik lain mengurai. Sekiranya demikian, ia boleh menjejaskan kemasukan rawa perlahan dan pembebasan lebih banyak metana ke atmosfera. Kemudian sekali lagi, mungkin tidak.
Mungkin mikroba yang lebih perlahan akan mula menguasai, "kata Stephen Long, profesor sains tanaman dan biologi tumbuhan di University of Illinois dan ketua editor jurnal Global Change . Atau kombinasi pemanasan dan menambah karbon dioksida akan menyebabkan tumbuh-tumbuhan tumbuh lebih cepat daripada yang boleh mereput, yang mana kedua-duanya dapat menaikkan tahap paya. "Ia menjadi sangat sukar untuk meramalkan dengan pasti apa yang akan berlaku, itulah sebabnya percubaan seperti ini sangat penting, " katanya.
Lama adalah antara penyelidik yang menjalankan eksperimen di tapak paya Smithsonian. Beliau berkata pemikiran yang sangat baik untuk melakukan kerja jenis ini di alam semula jadi adalah revolusioner apabila percubaan pertama ditubuhkan 30 tahun yang lalu. Terdapat begitu banyak faktor yang perlu dikawal atau diambil kira secara alamiah bahawa ramai di kalangan masyarakat saintifik menganggapnya tidak dapat dilakukan.
Bert Drake, ahli ekologi tumbuhan dan emeritus saintis kanan di Pusat Penyelidikan Alam Sekitar, adalah lelaki yang membuktikan mereka salah pada tahun 1985.
Pertumbuhan tumbuhan berkait rapat dengan jumlah karbon yang diperlukan, dan Drake pada mulanya mencipta percubaan yang elegan untuk mengawasi pertumbuhan di paya. "Saya berkata dengan baik, bukannya pergi ke sana dan mengukur semua tumbuh-tumbuhan, kita akan mengukur fluks CO 2, " katanya. "Orang yang meninjau cadangan kami menganggap kami memperluas diri dengan lebih baik daripada apa yang mereka percaya dapat diterapkan di laboratorium ke lapangan."
Bert Drake, ahli ekologi tumbuhan dan emeritus saintis kanan di Pusat Penyelidikan Alam Sekitar, mencipta percubaan yang elegan untuk memantau pertumbuhan di paya. (Pusat Penyelidikan Alam Sekitar Smithsonian) Drake telah menghasilkan satu siri ruang terbuka, ruang silinder untuk meletakkan lebih banyak rumput. Sekitar tiga kaki diameternya, mereka mempunyai bingkai aluminium segi empat tepat dengan dinding plastik yang jelas dan atas terbuka supaya mereka tidak akan memerangkap haba seperti rumah hijau. Dia kemudian mengalihkan karbon dioksida ke dalam bilik, menaikkan tahap kepada apa yang diharapkan 100 tahun pada masa akan datang.
"Kita boleh memantau kepekatan CO2 masuk ke dalam bilik, dan CO 2 di dalam, dan CO 2 akan keluar, " katanya. Keputusan segera menunjukkan bahawa sedges di dalam bilik Drake tumbuh dengan semangat tambahan, mudah menyerap karbon dioksida tambahan, sementara rumput tidak berubah. Pola itu sepadan dengan apa yang dilihat saintis di makmal dan membuktikan kaedahnya bekerja. Beliau berjaya menguruskan kajian terkawal dalam persekitaran yang tidak dapat dikawal. Drake kini boleh mempercayai pemerhatian lain tentang bagaimana tumbuhan menggunakan air dan nutrien, dan berinteraksi dengan persekitaran karbondioksida yang diperkaya. "Dengan pendekatan seperti ini kita dapat mengukur keuntungan bersih dalam karbon atau kerugian, dan melakukannya dalam hubungan dengan suhu, hujan, cahaya matahari, anda menamakannya."
Sebagai demonstrasi bahawa percubaan semacam itu mungkin, Drake tidak pernah mengharapkan projeknya menjadi landasan bagi tapak lapangan yang akan berlangsung selama tiga dekad dan mengilhami kerja yang serupa dalam persekitaran lain di seluruh dunia. Ia kini merupakan kajian lapangan terpanjang yang pernah berlaku mengenai kesan kenaikan karbon dioksida pada komuniti tumbuhan, dan ia masih berlaku.
"Walaupun kita telah mengkaji, karbon dioksida di atmosfera telah menghasilkan sesuatu seperti 13 atau 14 peratus, " kata Drake. "Tahap laut datang seperti 10 atau 15 cm (4 hingga 6 inci)." Lebih-lebih lagi, beliau dan puluhan penyelidik yang kini menjalankan eksperimen di laman web ini dapat melihat rawa melalui pelbagai keadaan persekitaran, dari tahun-tahun basah hingga kering, dari tahun-tahun yang lebih panas hingga tahun-tahun yang lebih sejuk, musim-musim yang panjang dan pendek.
"Memandangkan kajian berterusan yang panjang ini memberi kita sejumlah besar maklumat yang kita tidak dapat memperoleh apa-apa cara lain, " kata Long. "[Drake] mengambil sesuatu yang baru apabila dia menubuhkannya. Ia adalah perkara yang sangat berani untuk dilakukan dan ia berjaya. "
Salah satu penemuan awal Drake ialah peningkatan karbon dioksida ke rawa menyebabkan peningkatan pengeluaran gas metana. Mereka juga mengetahui bahawa tanaman sedge tidak mengatasi rumput, walaupun kemampuan mereka berkembang lebih cepat dalam persekitaran karbon dioksida yang tinggi.
Setiap penemuan membawa kepada lebih banyak soalan, dan tapak lapangan berkembang dengan pesat. Para saintis seperti Megonigal yang mengikuti Drake, telah meningkatkan reka bentuk mereka, menukar bingkai aluminium dikimpal untuk PVC, membesarkan bilik dan menambah lebih banyak lagi untuk kajian tambahan. Sepanjang perjalanan, eksperimen baru telah menyelidiki lebih dalam kepada interaksi kompleks dalam ekosistem.
Pertumbuhan tumbuhan berkorelasi dengan jumlah karbon yang diperlukan, dan Bert Drake (pemeriksaan pengukuran) pada mulanya mencipta percubaan yang elegan untuk memantau pertumbuhan di rawa. (Pusat Penyelidikan Alam Sekitar Smithsonian) Apabila saintis menaikkan nitrogen di tanah untuk mensimulasikan peningkatan larian dari tanah, mereka mendapati bahawa tidak semua tumbuhan bertindak balas sama, dan tindak balas mereka berubah bergantung kepada karbon dioksida dan air yang ada. Satu langkah pada satu masa, mereka telah mengusik interaksi penting, mencari tetingkap mengenai apa yang kelihatan seperti rumput dalam 100 tahun akan datang.
Pada tahun 2015, Megonigal menerbitkan satu kajian di mana dia dan rakannya menundukkan tumbuhan ke paras air yang berbeza untuk melihat bagaimana mereka akan bertindak balas terhadap peningkatan paras laut. "Kami menjangkakan bahawa ketika rawa mula meresap, ia sepatutnya mampu mengekalkan lebih banyak karbon dan sebenarnya dapat mengekalkan kenaikan paras laut, " kata Megonigal. Pemikiran mereka adalah bahawa banjir yang lebih kerap dengan air akan memastikan tahap oksigen rendah di lapisan atas tanah. Itu akan memperlahankan mikroba yang mengurai akar tanaman mati dan membolehkan lebih banyak tanah dikumpulkan.
Tetapi itu bukan apa yang berlaku. Seperti snorkel kecil untuk mikrob, akar mengangkut oksigen dari udara ke dalam tanah, yang bermaksud tidak berapa berapa umur yang dibelanjakan di bawah air. Apa yang penting ialah berapa banyak akar yang ada menyampaikan oksigen ke mikrob. Megonigal mendapati bahawa lebih banyak akar yang anda ada, semakin banyak penguraian.
"Penguraian cara yang diwakili dalam model tidak menangani pengaruh tumbuhan, " kata Megonigal. "Jadi model kami, sebahagian besarnya, adalah salah, sekurang-kurangnya berdasarkan satu kajian ini. Kita perlu memberi tumpuan kepada gabungan perkara-perkara ini, kerana ia adalah interaksi mereka yang akan menjadi sangat penting untuk memahami perubahan iklim. "
Bagi pembuat dasar, pemahaman gabungan faktor-faktor yang mempengaruhi survival tanah lembap adalah lebih daripada sekedar mengetahui apa yang akan berlaku. Pengurusan aktif tanah akan menjadi sebahagian penting dari strategi sesetengah negara untuk mengekalkan pemanasan global.
Menurut Burkett dari US Geological Survey, ia tidak boleh lebih mendesak. "[Tanah Lembap] secara semulajadi memancarkan metana tetapi mereka juga menyimpan berbilion tan karbon, dan bagaimana mereka diuruskan mempengaruhi kadar penyerapan karbon dan pembebasan."
Mengekalkan atau memulihkan hidrologi semulajadi ke tanah lembap boleh meningkatkan keupayaan mereka untuk menyimpan karbon, sedangkan penukaran mereka ke pertanian atau kolam udang boleh melepaskan apa yang tersimpan dalam tanah sebagai karbon dioksida.
"Mesej utama bagi pembuat dasar ialah tanah lembap adalah sistem yang kompleks, " katanya "Untuk meningkatkan penyimpanan karbon dalam jangka panjang dalam sistem tanah lembap ini, anda harus memahami berbasikal biogeokimia karbon di dalamnya. Itulah usaha ilmiah yang akan membantu menyokong komitmen yang dibuat di Paris oleh negara-negara di seluruh dunia. "
Apa yang telah dipelajari saintis dalam projek lapangan ini adalah penting, bukan sahaja untuk masa depan tanah lembap, tetapi juga untuk perubahan iklim yang akan berlaku, kerana kehilangan tanah lembap seperti rawa dan rawa boleh membebaskan berjuta-juta ton karbon dioksida ke atmosfera. (Tom Mozdzer)
