Повышение глобальной температуры создаёт идеальные условия для производства метана микроорганизмами в пресноводных заболоченных территориях. Это угрожает статусу этих критически важных мест обитания как поглотителей углерода.
Метан, мощный парниковый газ, с начала промышленной революции 1760 года стал причиной около 30% антропогенного повышения температуры на Земле. Этот газ в атмосфере в течение 20 лет удерживает тепло в 80 раз эффективнее, чем углекислый газ, — говорит гидрогеолог, доцент Брайс Келли из Университета Нового Южного Уэльса.
Около 60% выбросов метана происходит из-за деятельности человека: при использовании ископаемого топлива (большинство природного газа состоит из метана), на свалках и в сельском хозяйстве. Остальное — из природных источников. Заболоченные территории с их переувлажнёнными почвами, которые затоплены водой хотя бы часть года, являются крупнейшим в мире природным источником метана.
Археи — крошечные фабрики по производству метана
Всё дело в самых крошечных и древних организмах. Археи, производящие метан (метаногенные археи), встречаются в пресноводных заболоченных территориях, торфяниках, рисоводстве и животноводстве (крупный рогатый скот), на свалках и в сточных водах, торфяниках и у термитов.
Везде, где органические вещества разлагаются в отсутствие кислорода, археи размножаются быстрее и производят больше метана. Однако мир становится теплее не только для метаногенных архей, но и для метанотрофов — бактерий, питающихся метаном.
Болота: критические поглотители углерода и производители метана
Болота покрывают около 6% поверхности Земли, существуя везде, где есть переувлажнённые почвы. Большая часть метана поступает из пресноводных болот, относительно мало — из солёных экосистем, таких как мангровые леса.
«Приливы доставляют сульфаты дважды в день в мангровые почвы», — говорит биогеохимик болот, доктор Люк Джеффри из Университета Южного Креста. Микробы, адаптированные к использованию соединений серы, вытесняют производителей метана, а это означает, что мангровые леса производят очень мало метана по сравнению с пресноводными лесами и экосистемами болот.
«Мангровые леса и солончаки, так называемый „синий углерод“, фантастичны, потому что они улавливают много углерода и хранят его в своей почве».
Болота в целом являются критически важными поглотителями углерода, накапливая углерод и смягчая последствия изменения климата, пока растения растут, а отложения, богатые органическими веществами, накапливаются за счёт приливных действий и стока.
Рамсарской конвенцией по водно-болотным угодьям международного значения описаны болота как наиболее важные поглотители углерода на Земле. «Поглотитель» означает, что сохраняется больше углерода, чем теряется, в данном случае — за счёт метаногенеза.
Однако ситуация может измениться.
Как метан из болот попадает в атмосферу
Когда органические вещества разлагаются в болотах, метан, который производят археи, теряется в атмосфере тремя основными способами. Два из них просты: диффузия через почву и воду и выделение с поверхности растений.
Стволы болотных деревьев являются домом как для метаногенных архей, так и для метанотрофных бактерий в своей трёхмерной коре, но производится больше газа, чем потребляется.
«Например, в мягкой обложке мы подсчитали, что около трети метана, который в противном случае попал бы в атмосферу, фактически потребляется метанотрофами, обитающими в коре», — говорит Джеффри.
Третий способ — пузырьки, которые часто можно увидеть всплывающими на поверхность болотной воды. Жуткий «блуждающий огонёк», мерцающий, парящий свет, видимый в болотах ночью, — это пузырьки газа, спонтанно воспламеняющиеся. Иногда также можно почувствовать запах «тухлых яиц», поскольку следы сероводорода также попадают в атмосферу.
Биогеохимик доктор Ральф Абен из Университета Радбуда недавно подсчитал, что такое бурление, которое он и его соавторы называют «эбуллицией», может увеличиться на 6–20% на каждый градус глобального потепления.
Ускорение выбросов метана
Увеличение выбросов метана уже зафиксировано. Средние глобальные выбросы с болот увеличились примерно на 8–10 миллионов тонн каждый год в период с 2007 по 2021 год по сравнению с базовым периодом 2000–2006 годов, — пишет климатолог профессор Чжэнь Чжан из Китайской академии наук и его международная команда соавторов.
С тех пор выбросы ускорились: по оценкам, в 2020 году было выброшено 14–26 миллионов тонн, а в 2021 году — 13–23 миллиона тонн. Тропические болота внесли значительный вклад в это увеличение. Чжан говорит, что прогнозируемое увеличение биогенного метана может компенсировать сокращение выбросов от ископаемого топлива.
Геохимик доктор Марк Лант из Эдинбургского университета соглашается: «Выбросы в результате обратной связи между болотами, климатом и метаном могут компенсировать любые сокращения, достигнутые за счёт таких соглашений, как Глобальный договор по метану».
Причины, по которым болота выделяют больше метана, неясны. Джеффри говорит, что это может быть связано с прямым нагревом при повышении температуры или расширением этих экосистем по мере того, как всё больше почвы становится переувлажнённой из-за увеличения количества осадков.
Улавливание метана горными лесами
Горные леса могут компенсировать часть этого роста выбросов метана. На их долю приходится около 80% всех лесов на Земле, — говорит Джеффри, — и они могут стать чистым поглотителем метана.
Объясняя термин «нагорные», он говорит, что это просто хорошо дренированные территории, не обязательно на вершине горы.
Когда горные леса растут на аэрируемой (проветриваемой), хорошо дренированной почве, в них содержатся метанотрофные бактерии. Но где же метан?
«Некоторые исследования предполагают, что он производится в заболоченной древесине или, возможно, в гниющей сердцевине более крупных старых деревьев, где были обнаружены метаногены. Другие предположили, что, возможно, эти большие старые горные деревья могут извлекать метан из более глубоких слоёв грунтовых вод, и, возможно, он транспортируется из подповерхностной почвы».
«Несмотря на то что поверхность этих почв, по-видимому, является поглотителем метана, возможно, часть этого метана минует окисление в почве и поступает через систему транспирации деревьев», — говорит Джеффри.
Поиск решений для борьбы с ростом выбросов метана в болотах
Посадка большего количества деревьев была бы хорошим началом. Но осушение болот совершенно нелогично, — говорит Джеффри, — потому что есть много других важных функций экосистемы, помимо чистого углеродного баланса.
«Дарители жизни, растительность, биоразнообразие, они помогают во время наводнений и выноса питательных веществ и тому подобного».
Возможно, самая большая глобальная проблема, связанная с болотами, — это антропогенное воздействие, в основном избыток питательных веществ, вызывающих эвтрофикацию, — говорит он.
Питательные вещества и сток увеличивают производство водорослей и других организмов, что повышает производство метана микроорганизмами. «Мы удвоили мировой доступный бюджет азота за счёт производства удобрений, таким образом мы добавили много дополнительных питательных веществ в глобальный круговорот питательных веществ».
Но в этой битве с растущими выбросами метана в болотах всё ещё есть надежда.
«Я всегда полон надежд, — говорит Джеффри. — Я думаю, что есть много людей, которые делают много хороших вещей. Они часто не попадают в заголовки, потому что мы часто слышим только плохие, плохие истории. Но я надеюсь, что люди никогда не перестанут пытаться найти решения, чтобы делать всё лучше».