Ожидается, что изменение климата приведёт к более частым и сильным засухам, за которыми, в свою очередь, последует растрескивание почвы, выброс большего количества углекислого газа и дальнейшее потепление планеты.

Пожалуй, нет более универсального образа засухи, чем перекрещивание трещин в пересохшей почве. Почвы сжимаются по мере высыхания, образуя трещины в земле, что может привести к утечке углекислого газа и других парниковых газов. 

Теперь исследователи предположили, что более глубокие и частые засухи, прогнозируемые в связи с изменением климата, приведут к увеличению выбросов парниковых газов через трещины в почве. 

Исследователи уже знали, что засуха может усилить растрескивание почвы, что трещины в почве могут увеличить выбросы парниковых газов и что, по прогнозам, изменение климата сделает засуху более интенсивной и частой во многих засушливых частях мира. 

«В этой статье всё это собрано воедино», — сказал почвовед Келли Кейлор (Kelly Caylor) из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, не участвовавший в новом исследовании. Это показывает, как вызванные засухой изменения в физической структуре почв (в данном случае растрескивание) также могут способствовать изменению климата, добавил он. 

Почвы являются крупнейшим хранилищем земного углерода на планете. Когда растения растут, они захватывают углекислый газ из воздуха и превращают его в биомассу. Когда животные или другие организмы потребляют эту биомассу, они расщепляют её на углекислый газ для получения энергии и выпускают обратно в атмосферу — точно так же, как мы делаем каждый раз, когда выдыхаем. Но биомасса, захороненная в почве, имеет тенденцию оставаться там, не позволяя органическим веществам возвращаться в воздух в виде углекислого газа. Органический материал, захороненный в почве, всё ещё разлагается, просто это происходит медленнее, чем на поверхности. Микробы и грибки в почвах поедают захороненную биомассу, чтобы расщепить её, высвобождая часть захваченного углерода в виде углекислого газа и связывая часть остатков в виде тёмного, богатого углеродом вещества, называемого гумусом, который остаётся в почве. 

Баланс между захоронением углерода и пережёвыванием микробов в конечном итоге определяет, сколько углерода могут хранить почвы. Таким образом, всё, что даёт импульс микробам, может ускорить разложение углерода в почве. Как правило, микробы поедают органический углерод быстрее, когда температура выше. 

Исторически сложилось так, что почвоведы, интересующиеся тем, как изменение климата влияет на углерод в почве, в основном сосредотачивались на влиянии температуры, сказал Кейлор. Но растёт понимание того, что засуха тоже имеет значение, как и физическая структура почв. Сюда входят трещины в почве, которые, по словам Кейлора, исследователи часто рассматривают скорее как неприятность, которую следует избегать при полевых измерениях, чем заслуживающие отдельного изучения. 

Бесконечный цикл? 

Когда почва высыхает и сжимается, в зависимости от типа почвы образуются трещины глубиной до нескольких метров. (Они легче всего образуются в мелкозернистых, богатых глиной почвах). Трещины подвергают более глубокие слои почвы воздействию свежего, богатого кислородом воздуха и воды — двух веществ, которые подобны керосину для микробного метаболизма. Поскольку вокруг много органического материала, который почвенные микробы могут разлагать, недостаток воды или кислорода зачастую является единственным, что удерживает их от пережёвывания и выделения почвенного углерода. 

Инженер-геотехник Фаршид Вахедифард (Farshid Vahedifard) из Университета Тафтса и его коллеги установили связь между изменением климата, засухой, трещинами в почве и выбросами парниковых газов, изучая, как засуха меняет структуру почвы таким образом, что может поставить под угрозу земляную архитектуру, такую ​​​​как плотины и дамбы. 

«Трещины от высыхания из-за засухи не являются чем-то новым», — сказал он. Ни окисление углерода в почве, ни изменение климата не являются проблемой, добавил он. «Но одна вещь, которая привлекла мое внимание, — это динамика между ними. Мы начали изучать это, и я понял, что, похоже, существует петля обратной связи». 

По мере повышения средней температуры на планете исследователи ожидают, что засуха усилится и станет более частым явлением во многих засушливых регионах. Увеличение числа засух приведёт к увеличению трещин в почве, за которым последует выделение большего количества углекислого газа из почвы. Этот дополнительный углекислый газ, в свою очередь, способствует изменению климата — цепочка, которая проходит полный круг в самоускоряющейся петле обратной связи. 

Вахедифард и его коллеги опубликовали свое исследование в журнале Environmental Research Letters. 

По словам Кейлора, антропогенные выбросы парниковых газов существенно превышают увеличение выбросов углекислого газа из почвы. Но, добавил он, небольшие изменения в процессах, которые происходят на больших участках поверхности Земли, включая многие засушливые регионы, на самом деле могут привести к большим сдвигам. 

В петле обратной связи может быть нечто большее, чем просто углекислый газ, отметил Вахедифард. «Есть несколько оставшихся без ответа вопросов о динамике высыхания почвы, растрескивания, засух и выбросов парниковых газов». Вполне возможно, что эта обратная связь может включать и другие парниковые газы, такие как метан и закись азота. А вода, просачивающаяся по трещинам в глубокие почвы, также может растворять запасы неорганического минерального углерода — до сих пор неясно, какой эффект это будет иметь. 

Даже учитывая эти открытые вопросы, следующий шаг очевиден, сказал Вахедифард: количественная оценка силы обратной связи. Если исследователи смогут выяснить, насколько каждый шаг влияет на следующий, у них будет больше возможностей смягчить его последствия. «Я считаю, что это имеет несколько последствий с разных точек зрения — от моделирования изменения климата до сельского хозяйства, управления земельными ресурсами, а также инфраструктуры», — сказал Вахедифард. «Эта петля обратной связи была упущена из виду».

 

Ссылка: https://eos.org/articles/cracking-soils-could-accelerate-climate-change