Микробы значительно сокращают выбросы метана из грунтовых вод
Грунтовые воды часто содержат метан, но объём этого важного парникового газа, который может попасть в поверхностные воды или атмосферу, до конца не изучен. Группа учёных из Института биогеохимии Общества Макса Планка и Йенского университета показала, что микробы в грунтовых водах значительно сокращают выбросы метана. Это стало известно из [исследования](https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2508773122), опубликованного в PNAS.
Исследователи использовали высокочувствительный метод с радиоактивным углеродным индикатором, чтобы продемонстрировать, что микробы потребляют более половины метана из грунтовых вод до того, как он может быть высвобожден. Этот микробный «фильтр» метана ограничивает вклад грунтовых вод в пресноводные водоёмы и водно-болотные угодья, которые являются крупнейшим природным источником метана в атмосферу.
Метан — мощный парниковый газ, и его способность удерживать тепло делает его гораздо опаснее, чем углекислый газ в краткосрочной перспективе — примерно в 84 раза сильнее за 20 лет. Поэтому быстрое сокращение выбросов метана — один из самых быстрых способов замедлить глобальное потепление.
Используя усовершенствованную методику с радиоактивным углеродным индикатором, Беатрис М. Хайнце, Валери Ф. Шваб, Кирстен Кюсель и Сьюзан Трамбор из Института биогеохимии Общества Макса Планка и Йенского университета измерили потребление микробного метана в грунтовых водах с разной литологией и концентрациями метана.
Работа проводилась в сотрудничестве со Стефаном Шлёмером и Андреасом Роскамом из Федерального института наук о Земле и природных ресурсов и Государственного агентства по водному хозяйству, прибрежным территориям и охране природы.
«Наши результаты показывают наличие высокоактивного микробного фильтра метана в грунтовых водах, который играет решающую роль в ограничении выбросов метана в поверхностные воды, почвы и атмосферу», — говорит докторская исследовательница Хайнце.
Команда отобрала пробы грунтовых вод из неглубоких карбонатных и песчаных водоносных горизонтов в центральной и северной Германии с концентрацией метана, которая варьировалась в пять порядков величины — от едва заметной до перенасыщенной. Скорость микробного окисления метана также варьировалась в пять порядков величины и сильно коррелировала с концентрацией метана в грунтовых водах.
«Наш метод не только позволил нам количественно оценить микробное окисление метана, но и определить, сколько метана микробы использовали для производства биомассы», — объясняет Хайнце. «Мы обнаружили, что микробы в грунтовых водах в основном используют метан для получения энергии, а не для создания биомассы».
Для разработки и усовершенствования этих методов Хайнце провела исследовательскую стажировку в Калифорнийском университете в Ирвине при поддержке Фонда научного обмена Кластера передового опыта «Баланс микромира». Эти визиты позволили ей изучить и применить передовые методы на основе радиоактивного углерода для анализа микробного окисления метана в грунтовых водах.
Оборот метана, то есть время, необходимое микробам для полного потребления доступного метана, составлял от нескольких дней до нескольких десятилетий, в зависимости от концентрации.
«Хотя на многих участках мы ожидаем, что метан будет полностью потреблён микробами в грунтовых водах, некоторые участки в северной Германии с самой высокой концентрацией метана могут быть значительным источником метана для водно-болотных угодий или рек, откуда он может попасть в атмосферу», — говорит Трамбор, директор Института биогеохимии Общества Макса Планка в Йене.
«Наше исследование подчёркивает значительную неопределённость в отношении роли пресных вод как естественных источников метана и важности установления надёжных базовых показателей для будущих оценок», — отмечают авторы.
Учитывая взаимосвязь между скоростью окисления метана и концентрацией метана, авторы собрали опубликованные данные о концентрациях метана в грунтовых водах по всему миру. Экстраполируя наблюдаемую взаимосвязь между концентрацией метана и микробным окислением, они подсчитали, что метанокисляющие микробы удаляют от 167 до 778 тераграмм метана ежегодно — это эквивалентно примерно двум третям метана, производимого в грунтовых водах по всему миру.
Для сравнения, текущие оценки показывают, что внутренние воды и водно-болотные угодья выделяют от 164 до 329 тераграмм метана в год.
Помимо воздействия на климат, метан в высоких концентрациях представляет опасность для качества грунтовых вод. «Наш метод может помочь выявить потенциальные риски даже в водоносных горизонтах, которые считаются чистыми и безопасными для будущего использования», — говорит Кирстен Кюсель, руководитель Кластера передового опыта «Баланс микромира» в Йенском университете.
«Эти результаты подчёркивают насущную необходимость в устойчивом управлении грунтовыми водами для защиты как климата, так и ресурсов питьевой воды», — заключают авторы.
Исследование проводилось в рамках Collaborative Research Center AquaDiva под руководством Кирстен Кюсель, Сьюзан Трамбор и Кай Тотше. AquaDiva — это междисциплинарная инициатива, направленная на понимание взаимодействий между поверхностными и подземными экосистемами и их реакции на изменения окружающей среды.
Предоставлено [Friedrich Schiller University of Jena](https://phys.org/partners/friedrich-schiller-university-of-jena/)