Дайджест за апрель 2024 г.: обзор последних исследований в области газообмена между поверхностью и атмосферой

Новости проекта

Международная группа исследователей оценили углеродные запасы мангровых лесов Амазонии и продемонстрировали их значимость для климатических стратегий

Исследование, проведенное в мангровых лесах Амазонии, выявило, что эти экосистемы содержат значительные запасы углерода — 468 ± 67 Мг на гектар. Это значительно больше, чем углеродные запасы в биомах на возвышенностях Бразилии, которые в настоящее время учитываются в национальных программах компенсации углерода. Преобразование мангровых лесов в другие виды землепользования приводит к выделению значительного количества углекислого газа — до 1228 Мг CO2-эквивалента на гектар, что в три раза выше, чем при преобразовании тропических лесов Амазонки.

Исследование подчеркивает важность включения мангровых лесов в REDD+ программы и в стратегии смягчения изменений климата Бразилии, особенно в свете их высокой углеродной ценности и потенциала для предотвращения выбросов парниковых газов. Остановка вырубки мангровых лесов в правовой Амазонии может предотвратить выбросы на уровне 0,9 ± 0,3 тераграмм CO2-эквивалента в год, что сопоставимо с ежегодной абсорбцией углерода на площади 82400 га вторичных лесов.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications

Группа из Гейдельберга провела детальный анализ метана и подтвердила недооценку биогенных источников в базе EDGAR v6.0

Исследование, проведённое Антье Хойзель и Мартиной Шмидт из Института физики окружающей среды Университета Гейдельберга, анализировало шестилетние непрерывные измерения изотопного состава метана в Гейдельберге, Германия. Целью было изучение вклада различных источников метана и сравнение с данными инвентаризации выбросов. Использовался анализатор спектроскопии с полостным кольцом (CRDS) для измерения δ(13C,CH4) in situ, а метод Килинга применялся для оценки вклада источников метана на разных временных масштабах.

Исследование показало, что средняя изотопная подпись источника углерода для Гейдельберга составила -52,3±0,4‰ и демонстрировала годовой цикл, с более обеднёнными значениями летом по сравнению с зимой. Это указывает на сильные сезонные вариации в биогенных источниках метана, которые не полностью учитываются в глобальных базах данных, таких как EDGAR v6.0, что приводит к переоценке выбросов метана из менее истощенных источников.

Сравнение с инвентаризационными данными показало, что региональные данные (LUBW) более точно отражают реальные выбросы метана по сравнению с глобальной базой данных EDGAR v6.0, которая переоценивает выбросы метана из источников, связанных с естественным газом и отходами. Это исследование подчёркивает важность использования изотопных анализов метана in situ для верификации и улучшения инвентарных оценок выбросов метана на региональном и глобальном уровнях.

Исследование опубликовано в журнале Atmospheric Chemistry and Physics

Ученые анализировали выбросы метана и продемонстрировали влияние климатических изменений на Бореально-Арктические болота

Исследование, проведенное Кунсяодзя Юань и коллегами, описывает анализ выбросов метана (CH4) из водно-болотных угодий Бореально-Арктического региона за период 2002-2021 годов. Используя данные наблюдений и машинное обучение, исследователи выявили значительное увеличение выбросов метана на 8,9% с сильной межгодовой изменчивостью, особенно в начале лета. Основными факторами, влияющими на увеличение выбросов, стали потепление (52,3%) и продуктивность экосистем (40,7%).

В 2016 году, когда температура воздуха была на 2°C выше нормы, зафиксированы самые высокие годовые выбросы метана (22,3 ТгCH4 в год), особенно над Западно-Сибирской низменностью. Однако существующие модели Глобального углеродного проекта не смогли адекватно отразить наблюдаемую величину и тенденцию изменения выбросов метана, что может привести к ошибкам в прогнозах будущих выбросов в ответ на усиление потепления и озеленения региона.

Такие данные подчеркивают важность учета региональных особенностей и изменений климата в моделях для более точного прогнозирования и понимания влияния водно-болотных угодий на глобальный бюджет метана и климатические обратные связи.

Исследование опубликовано в журнале Nature Climate Change

Исследователи разработали классификацию использования водорослей для уменьшения углеродного следа

Исследование, опубликованное в журнале WIREs Climate Change, подчеркивает роль морских водорослей в смягчении последствий климатических изменений. В статье анализируются четыре основных пути использования водорослей для уменьшения углеродного следа:

1. Секвестрация углерода - водоросли, выращиваемые и оставленные в море, абсорбируют углекислый газ из атмосферы. Исследуется потенциал углерода, который в конечном итоге переносится в глубокие слои океана.

2. Индуцированная секвестрация - предложен подход к сознательному затоплению водорослей в глубоких слоях океана для увеличения биологической помпы и углеродного поглощения.

3. Снижение выбросов углерода - использование продуктов на основе водорослей вместо традиционных продуктов с высоким углеродным следом (например, пластиков или ископаемого топлива).

4. Предотвращение выбросов углерода - применение водорослей и их производных в производственных процессах для сокращения выбросов парниковых газов, например, добавление водорослей в корм животным для снижения метановых выбросов.

Статья подчеркивает необходимость различения этих путей и критического анализа каждого из них для оценки их реального вклада в смягчение климатических изменений. Предложенная классификация направлена на уменьшение путаницы в понимании роли морских водорослей и способствует разработке основанных на них решений. Это важно, так как ошибки в понимании могут препятствовать развитию эффективных стратегий использования водорослей в борьбе с изменением климата.

Исследование опубликовано в журнале WIREs Climate Change

Исследователи проанализировали потоки углерода в арктической тундре и выявили важность учета ландшафтной гетерогенности

Исследование Сары М. Людвиг и её коллег посвящено анализу гетерогенности выбросов в тундре и их влиянию на углеродный бюджет в период вегетации. В работе анализируются потоки метана (CH4) и углекислого газа (CO2), зарегистрированные с помощью ковариационного метода на территории дельты Юкон-Кускоквим в Аляске. Исследователи применили методы моделирования футпринта и метод Марковской цепи Монте-Карло (MCMC) для разделения наблюдений вихревой ковариации на составляющие потоки от почвенно-растительного покрова, базируясь на высокоразрешающих картах региона.

Ключевыми моментами исследования являются идентификация и количественная оценка "горячих точек" выбросов углерода, таких как позднесезонные выбросы из водно-болотных угодий и малых водоемов. Исследователи также установили четкую сезонность потоков NEE (чистого экосистемного обмена) в тундре. Основной вывод заключается в том, что традиционные методы заполнения пробелов в данных, основанные на предположении о гомогенности ландшафта, хуже аппроксимируют данные, чем методы, учитывающие ландшафтную неоднородность. При масштабировании наблюдений, учет гетерогенности ландшафта позволил более точно оценить углеродный бюджет, в то время как предположение о гомогенности приводило к значительному завышению оценок поглощения CO2 и занижению выбросов CH4.

Исследование подчеркивает важность учета гетерогенности ландшафта для повышения точности прогнозирования углеродных бюджетов в арктических условиях. Это открывает путь для более эффективного использования данных ковариационных измерений в экологических и климатических исследованиях.

Исследование опубликовано в журнале Biogeosciences

Ученые провели симуляции и продемонстрировали устойчивость подводной вечной мерзлоты в Арктике

Исследование, описанное в статье, посвящено изучению устойчивости подводной вечной мерзлоты и связанной с ней зоны стабильности гидратов метана на шельфе Арктики в будущем. В рамках исследования были проведены симуляции на 100 тысяч лет вперёд с использованием модели SMILES, которая учитывала различные значения теплового потока из недр Земли, а также идеализированные сценарии выбросов CO2 и изменения параметров орбиты Земли.

Ключевые выводы из исследования:

• На внешнем шельфе подводная вечная мерзлота исчезает до начала антропогенных выбросов или в течение нескольких столетий после начала.
• На средней и мелководной части шельфа подводная вечная мерзлота сохраняется как минимум 5 тысяч лет после начала выбросов CO2, а возможно и значительно дольше.
• Зона стабильности гидратов метана (ЗСГМ) на средней и мелководной части шельфа исчезает не раньше чем через 3 тысячи лет после начала выбросов CO2.
• Таяние вечной мерзлоты и уменьшение ЗСГМ в основном происходят снизу, что сильно зависит от потока тепла из недр Земли. Однако таяние вечной мерзлоты сверху в основном определяется применяемым сценарием воздействия CO2.
• В целом, потепление, вызванное выбросами CO2, может значительно усилить потерю подводной мерзлоты на Арктическом шельфе в течение 1 тысячи лет после начала выбросов, но оно менее значимо для соответствующей потери ЗСГМ.

Эти результаты подчеркивают сложность взаимодействия между климатическими изменениями, антропогенными воздействиями и геотермальными процессами, которые влияют на стабильность подводной вечной мерзлоты и гидратов метана.

Исследование опубликовано в журнале Theoretical and Applied Climatology

Ученые обнаружили, что осушенный лес на бедных питательными веществами торфяниках в бореальной Швеции является активным углеродным поглотителем

Исследование показывает, что осушенные торфяные леса в бореальной зоне Швеции могут функционировать как активные поглотители углерода, несмотря на их прошлое использование под производство биомассы. В ходе исследования был оценен чистый экосистемный углеродный баланс (NECB) для осушенного торфяного леса с низким содержанием питательных веществ и соседнего естественного болота, интегрируя данные о потоках углекислого газа (CO2) и метана (CH4), а также потерях растворенного органического (DOC) и неорганического углерода. Исследование показало, что за два гидрологических года осушенный лес служил чистым поглотителем углерода с NECB -115 ± 5 гС м-2 год-1, в то время как прилегающее болото было почти углеродно-нейтральным с показателем 14,6 ± 1,7 гС м-2 год-1. Важным аспектом является влияние структуры леса на баланс углерода, где разреженные сосновые участки показали большую эффективность поглощения углерода по сравнению с густыми елово-березовыми участками. Это открытие подчеркивает потенциал осушенных торфяных лесов в борьбе с изменением климата и важность учета всех компонентов углеродного цикла при оценке их экологической роли.

Исследование опубликовано в журнале Global Change Biology

Китайские специалисты исследовали модельные климатические сценарии и продемонстрировали эффективность мульчирования в адаптации к изменениям климата

Исследование, проведенное на Лёссовом плато с 2020 по 2100 год, оценивает влияние климатических изменений на урожайность и потенциал глобального потепления (ПГП) кукурузы, озимой пшеницы и картофеля в условиях мульчирования пластиковой пленкой (МПП) и без мульчирования (CK). Используя модель DeNitrification-DeComposition (DNDC) и данные проекта CMIP6, исследование показывает, что мульчирование пленкой улучшает урожайность и снижает выбросы парниковых газов, что способствует синергии между продовольственной безопасностью и уменьшением углеродных выбросов. Анализ показал, что регионы с осадками менее 400 мм оптимальны для кукурузы, а с осадками более 400 мм — для озимой пшеницы, что позволяет достигать высокой урожайности и низких выбросов ПГ. Результаты предоставляют базу для разработки управленческих практик и выбора посевных площадей в ответ на климатические изменения, способствуя устойчивому развитию засушливых агроэкосистем в Китае.

Исследование опубликовано в журнале Agricultural and Forest Meteorology

Китайские ученые изучили воздействие соломы на почву и выявили динамику выбросов азотсодержащих парниковых газов

Исследование анализирует долгосрочное влияние возвращения соломы в почву на запасы органического углерода (SOC), урожайность и выбросы азотных газов (N2O и NO) в китайской системе земледелия пшеница-кукуруза. Возвращение соломы рассматривается как метод улучшения связывания органического углерода в почве (SOC) и повышения урожайности, но также влияет на оборот азота и связанные выбросы N2O и NO. Результаты эксперимента за период 2005-2020 годов показали, что насыщение SOC достигается через 12-13 лет после начала возвращения соломы. Выбросы N2O увеличились на 9-49%, а выбросы NO снизились на 12-28% по сравнению с сжиганием или удалением соломы. Несмотря на то, что увеличение запасов SOC ведет к росту выбросов N2O, что может нивелировать климатические преимущества секвестрации углерода, урожайность при возвращении соломы была выше, и, как следствие, годовые выбросы N2O в пересчете на урожай остались неизменными. Это исследование подчеркивает необходимость действий для снижения риска увеличения выбросов N2O при долгосрочном увеличении SOC из-за возвращения соломы.

Исследование опубликовано в журнале Agricultural and Forest Meteorology

Группа ученых из Университета Мичигана внедрила микроволновые технологии в процесс DAC и продемонстрировала потенциал для сокращения затрат и энергии

Исследование посвящено изучению возможности и технико-экономических преимуществ использования микроволн для улучшенного прямого улавливания углекислого газа (CO2) из атмосферы. Экспериментальная установка включает использование одномодового аппликатора и цеолитовых бусин 13x, расположенных в виде панели, что представляет собой уменьшенную модель потенциальной промышленной установки. Показано, что микроволновое облучение быстро и эффективно десорбирует CO2, достигая примерно 90% десорбции за 10 минут, что значительно быстрее, чем традиционные методы на основе кондукции, и при этом процесс происходит при низкой температуре около 50 °C.

Технико-экономические преимущества включают уменьшение времени регенерации, что позволяет создать более компактную систему с сохранением её пропускной способности, значительное снижение энергопотребления за счет селективности микроволнового нагрева и снижение риска термической деградации сорбентов, что увеличивает их срок службы. Обсуждается потенциал использования резонансной десорбции CO2 с помощью нетепловой плазмы для дальнейшего улучшения эффективности процесса. Исследование подчеркивает значимость и перспективность применения микроволновых технологий для разработки нового поколения систем DAC.

Исследование опубликовано в журнале Environmental Research Letters