Permafrost karbon döngüsü - Permafrost carbon cycle

Bir dizinin parçası
Karbon döngüsü
Organik madde formları.webp
Bölgelere göre

permafrost karbon döngüsü daha büyük globalin bir alt döngüsüdür karbon döngüsü. Permafrost 0'ın altında kalan yüzey altı malzemesi olarak tanımlanırÖ C (32Ö F) En az iki yıl üst üste. Sürekli donmuş topraklar uzun süre donmuş kaldığından, bu süre boyunca donmuş yapılarında büyük miktarlarda karbon ve diğer besinleri depolarlar. Permafrost, küresel karasal karbon rezervuarları belirlenirken nadiren dikkate alınan büyük bir karbon rezervuarını temsil eder. Ancak yeni ve devam eden bilimsel araştırmalar bu görüşü değiştiriyor.[1]

Donmuş toprak karbon döngüsü (Arktik Karbon Döngüsü), karbonun donmuş topraktan karasal bitki örtüsüne ve mikroplara transferini ele alır. atmosfer bitki örtüsüne ve nihayet kriyojenik süreçler nedeniyle gömme ve çökelme yoluyla donmuş topraklara geri dönüyor. Bu karbonun bir kısmı küresel karbon döngüsü yoluyla okyanusa ve dünyanın diğer kısımlarına aktarılır. Döngü değişimini içerir karbon dioksit ve metan karasal bileşenler ile atmosfer arasında ve ayrıca metan olarak kara ve su arasında karbon transferi, çözünmüş organik karbon, çözünmüş inorganik karbon, parçacıklı inorganik karbon ve parçacıklı organik karbon.[2]

Depolama

Genel olarak topraklar, dünyadaki en büyük karbon rezervuarlarıdır. karasal ekosistemler. Bu aynı zamanda Kuzey Kutbu'ndaki donmuş toprak altında kalan topraklar için de geçerlidir. 2003 yılında Tarnocai, vd. Kuzey ve Orta Latitudes Toprak Veritabanını, bölgedeki karbon stoklarının belirlenmesi için kullandı. kriyosoller— toprak yüzeyinin iki metre içinde permafrost içeren topraklar.[3] Donmuş topraktan etkilenen topraklar, dünyanın kara alanının yaklaşık% 9'unu kaplar, ancak toprak organik karbonunun% 25 ila% 50'sini depolar. Bu tahminler, donmuş toprakların önemli bir karbon havuzu olduğunu göstermektedir.[4] Bu topraklar sadece büyük miktarda karbon içermekle kalmaz, aynı zamanda karbonu da kriyoturbasyon ve kriyojenik süreçler.[3][5]

Süreçler

Karbon, permafrost tarafından üretilmez. Karasal bitki örtüsünden türetilen organik karbon, toprak kolonuna dahil edilmeli ve daha sonra etkin bir şekilde depolanması için permafrost ile birleştirilmelidir. Permafrost iklim değişikliklerine yavaş tepki verdiğinden, karbon depolama karbonu uzun süre atmosferden uzaklaştırır. Radyokarbon tarihlendirme teknikleri, permafrost içindeki karbonun genellikle binlerce yaşında olduğunu ortaya koymaktadır.[6][7] Permafrostta karbon depolaması, iki temel sürecin sonucudur.

  • Karbonu yakalayan ve depolayan ilk süreç singenetik permafrost büyümesi.[8] Bu süreç, toprak yüzeyi yüksekliğinin dikey olarak artmasıyla sonuçlanan permafrost, aktif katman, biyosfer ve atmosfer arasında kalınlık ve enerji alışverişinin olduğu sabit bir aktif katmanın sonucudur. Bu toprağın sertleşmesi, Aeolian veya akarsu sedimantasyon ve / veya turba oluşumu. Turba birikim oranları 0,5 mm / yıl kadar yüksekken, sedimantasyon 0,7 mm / yıl artışa neden olabilir. Sırasında bol miktarda tökezlemeden kaynaklanan kalın silt birikintileri son buzul maksimum olarak bilinen kalın karbon bakımından zengin topraklar oluşturur Yedoma.[9] Bu süreç gerçekleşirken, biriken organik ve mineral toprak, permafrost yüzeyi yükseldikçe permafrost ile birleşir.
  • Karbon depolamaktan sorumlu ikinci süreç kriyoturbasyon donma-çözülme döngüleri nedeniyle toprağın karışması. Kriyoturbasyon, karbonu yüzeyden toprak profili içindeki derinliklere taşır. Don kabarması kriyoturbasyonun en yaygın şeklidir. Sonunda, yüzeyden kaynaklanan karbon, permafrost ile birleşecek kadar aktif katmana yeterince derin hareket eder. Kriyoturbasyon ve tortu birikimi birlikte hareket ettiğinde, karbon depolama oranları artar.[9]

Güncel tahminler

Donmuş toprakta depolanan karbon miktarı tam olarak anlaşılamamıştır. Mevcut araştırma faaliyetleri, toprak kolonundaki toprakların karbon içeriğini daha iyi anlamaya çalışmaktadır. Yakın zamanda yapılan araştırmalar (2009), kuzey çevresel donmuş toprak karbon içeriğinin yaklaşık 1700'e eşit olduğunu tahmin etmektedir. Pg.[5] (1 Pg = 1 Gt = 1015g) Donmuş toprakta depolanan karbon miktarının bu tahmini, şu anda atmosferde bulunan miktarın iki katından fazladır.[1] Donmuş topraktaki karbon içeriğine ilişkin bu en son değerlendirme, toprak sütununu 0-30 cm, 0-100 cm ve 1-300 cm olmak üzere üç ufka böler. En üstteki ufuk (0-30 cm) yaklaşık 200 Pg organik karbon içerir. 0-100 cm horizon, tahmini olarak 500 Pg organik karbon içerir ve 0-300 cm horizon, tahmini 1024 Pg organik karbon içerir. Bu tahminler, donmuş topraklarda önceden bilinen karbon havuzlarını ikiye katladı.[3][4][5] Ek karbon stokları var Yedoma (400 Pg), karbon bakımından zengin lös Sibirya'da ve Kuzey Amerika'nın izole edilmiş bölgelerinde bulunan tortular ve Kuzey Kutbu boyunca deltaik tortular (240 Pg). Bu yataklar genellikle geleneksel çalışmalarda incelenen 3 m'den daha derindir.[5] Donmuş toprakta depolanan büyük miktarda karbon nedeniyle birçok endişe ortaya çıkmaktadır. Yakın zamana kadar, permafrostta bulunan karbon miktarı iklim modellerinde ve küresel karbon bütçelerinde hesaba katılmıyordu.[1][9] Buzun çözülmesi, donmuş toprakta depolanan büyük miktarlarda eski karbonu atmosfere salabilir.

Permafrosttan karbon salınımı

Ayrıca bakınız: Arktik metan salınımı

Arktik topraklarda ve permafrostta depolanan karbon, birkaç farklı mekanizma nedeniyle serbest kalmaya yatkındır. Permafrostta depolanan karbon, ya karbondioksit (CO) olarak atmosfere geri salınır.2) veya metan (CH4). Aerobik solunum karbondioksit salgılarken anaerobik solunum metan salgılar.

  • Mikrobiyal aktivite, solunum yoluyla karbonu serbest bırakır. Isınma koşullarına bağlı artan mikrobiyal ayrışmanın, atmosfere giden ana karbon kaynağı olduğuna inanılıyor. Çözülmüş permafrost dahil organik topraklardaki mikrobiyal ayrışma oranı, çevresel kontrollere bağlıdır. Bu kontroller arasında toprak sıcaklığı, nem mevcudiyeti, besin mevcudiyeti ve oksijen mevcudiyeti bulunmaktadır.[9]
  • Metan klatrat veya hidratlar donmuş toprakların içinde ve altında meydana gelir. Donmuş toprakların düşük geçirgenliği nedeniyle, metan gazı dikey olarak toprak kolonundan geçemez. Permafrost sıcaklığı arttıkça, geçirgenlik de artar ve bir kez hapsolmuş metan gazının dikey olarak hareket edip kaçmasına izin verir. Ayrılma Kuzey Kutbu kıyı şeridi boyunca gaz hidratlarının oranı yaygındır, ancak gaz hidratlarının karasal permafrosttan ayrışmasına ilişkin tahminler belirsizliğini korumaktadır.[2]
  • İklim değişikliğinin bir sonucu olarak termokarst / permafrost bozunması ve Kuzey Kutbu boyunca artan ortalama yıllık hava sıcaklıkları, atmosfere büyük miktarlarda karbon salmakla tehdit ediyor. Isınan iklimde permafrostun uzamsal boyutu azalır ve büyük miktarlarda depolanmış karbon salınır.[1]
  • Hava ve donmuş toprak sıcaklıkları değiştikçe, yer üstü bitki örtüsü de değişir. Artan sıcaklıklar, toprak karbonunun yüzeyde büyüyen bitki örtüsüne transferini kolaylaştırır. Bu aktarım, karbonu topraktan çıkarır ve bitkilerin onu işlediği, depoladığı ve solunarak atmosfere taşıdığı karasal karbon havuzuna yeniden yerleştirir.[10]
  • Kuzey ormanlarındaki orman yangınları ve tundra yangınları, manzarayı değiştirir ve yanma yoluyla büyük miktarlarda depolanan organik karbonu atmosfere salar. Bu yangınlar yandığında organik maddeleri yüzeyden uzaklaştırır. Toprağı yalıtan koruyucu organik paspasın kaldırılması, altta yatan toprağı ve permafrostu arttırır. Güneş radyasyonu bu da toprak sıcaklığını, aktif tabaka kalınlığını arttırır ve toprak nemini değiştirir. Toprak nemi ve doygunluktaki değişiklikler, oksik toprakta anoksik ayrışmaya neden olur.[11]
  • Hidrolojik süreçler karbonu giderir ve harekete geçirerek aşağı akışa taşır. Süzme, çöp düşüşü ve erozyon nedeniyle mobilizasyon meydana gelir. Mobilizasyonun esas olarak Kuzey Kutbu'ndaki artan birincil üretimden kaynaklandığına inanılıyor, bu da akarsulara giren yaprak döküntülerinin artmasına ve akışın çözünmüş organik karbon içeriğinin artmasına neden oluyor. Toprak organik karbonunun donmuş topraktan sızması, iklimin ısınması ve nehir ve akarsu kıyılarındaki erozyonun karbonu önceden donmuş topraktan serbest bırakmasıyla da hızlanır.[6]

Karbon, toprak, bitki örtüsü ve atmosfer arasında sürekli olarak dönüyor. Şu anda, permafrost topraklardan gelen karbon akışı minimum düzeydedir, ancak araştırmalar, gelecekteki ısınma ve permafrost bozunmasının CO2'yi artıracağını göstermektedir.2 topraktan akı. Çözülme, aktif tabakayı derinleştirerek on yıllardır depolanan eski karbonu yüzyıllara, bin yıllara kadar açığa çıkarır. Isınma koşullarından salınacak karbon miktarı çözülme derinliğine, çözülen topraktaki karbon içeriğine ve ortamdaki fiziksel değişikliklere bağlıdır.[7] Toprakta depolanan büyük hacimlere rağmen tüm karbon havuzunun harekete geçme ve atmosfere girme olasılığı düşüktür. Sıcaklıkların yükseleceği tahmin edilmekle birlikte, bu, donmuş toprakların tamamen kaybolması ve tüm karbon havuzunun mobilizasyonu anlamına gelmez. Isınma sıcaklıkları erime derinliğini artırsa veya termokarsting ve permafrost bozunmasını artırsa bile, permafrostun altında kalan zeminin çoğu donmuş olarak kalacaktır.[4]

Çevresel etkiler

Daha sıcak koşulların, donmuş toprak boyutunda uzamsal düşüşlere ve aktif katman. Permafrostun boyut ve hacmindeki bu azalma, depolanan toprak organik karbonunun karbondioksit ve metan olarak biyosfer ve atmosfere taşınmasını sağlar.[1] Ek olarak, bu değişikliklerin ekosistemleri etkilediğine ve yüzeyde bulunan bitki örtüsünü değiştirdiğine inanılıyor.[10] Bitkiler tarafından artan karbon alımının, permafrost bozunması ile açığa çıkan karbon miktarına kıyasla nispeten küçük olması beklenmektedir. Tundra bitki örtüsü m'de 0,4 kg karbon içerir2 Kuzey ormanlarına geçiş yer üstündeki karbon havuzunu m başına 5 kg karbona çıkarabilir.2. Tundra toprağı ise bunun on katını içerir.[9]

Ek olarak, permafrost topraklardan ani ve sabit karbondioksit ve metan salınımı, olumlu geribildirim ısınmanın atmosfere karbondioksit saldığı döngü. Bu karbondioksit, bir Sera gazı, atmosferik konsantrasyonların artmasına ve ardından ısınmaya neden olur.[5] Bu senaryonun potansiyel olduğu düşünülüyor kaçak iklim değişikliği senaryo.

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ a b c d e Zimov SA, Schuur EA, Chapin FS (Haziran 2006). "İklim değişikliği. Sürekli buzlanma ve küresel karbon bütçesi". Bilim. 312 (5780): 1612–3. doi:10.1126 / science.1128908. PMID  16778046.
  2. ^ a b McGuire, A.D., Anderson, L.G., Christensen, T.R., Dallimore, S., Guo, L., Hayes, D.J., Heimann, M., Lorenson, T.D., Macdonald, R.W. ve Roulet, N. (2009). "Kuzey Kutbu'ndaki karbon döngüsünün iklim değişikliğine duyarlılığı". Ekolojik Monograflar. 79 (4): 523–555. doi:10.1890/08-2025.1. hdl:11858 / 00-001M-0000-000E-D87B-C.CS1 bakım: birden çok isim: yazarlar listesi (bağlantı)
  3. ^ a b c Tarnocai, C., Kimble, J., Broll, G. (2003). "Kuzey ve Orta Latitudes Toprak Veritabanını kullanarak Kriyosollerde karbon stoklarının belirlenmesi" (PDF). Phillips, Marcia'da; Springman, Sarah M; Arenson, Lukas U (editörler). Permafrost: 8. Uluslararası Permafrost Konferansı Bildirileri, Zürih, İsviçre, 21–25 Temmuz 2003. Londra: Momenta. sayfa 1129–34. ISBN  978-90-5809-584-8.CS1 bakım: birden çok isim: yazarlar listesi (bağlantı)
  4. ^ a b c Bockheim, J.G. & Hinkel, K.M. (2007). "Arktik Alaska'nın permafrosttan etkilenmiş topraklarında" Derin "organik karbonun önemi". Toprak Bilimi Topluluğu Amerika Dergisi. 71 (6): 1889–92. Bibcode:2007SSASJ..71.1889B. doi:10.2136 / sssaj2007.0070N. Arşivlenen orijinal 17 Temmuz 2009'da. Alındı 5 Haziran 2010.
  5. ^ a b c d e Tarnocai, C., Canadell, J.G., Schuur, E.A.G., Kuhry, P., Mazhitova, G. ve Zimov, S. (2009). "Kuzey kutup çevresi permafrost bölgesindeki toprak organik karbon havuzları" (PDF). Küresel Biyojeokimyasal Çevrimler. 23 (2): GB2023. Bibcode:2009GBioC..23.2023T. doi:10.1029 / 2008GB003327. Arşivlenen orijinal (PDF) 15 Ekim 2015.CS1 bakım: birden çok isim: yazarlar listesi (bağlantı)
  6. ^ a b Guo, L., Chien-Lu Ping ve Macdonald, R.W. (Temmuz 2007). "Değişen iklimde permafrosttan arktik nehirlere organik karbonun mobilizasyon yolları. ". Jeofizik Araştırma Mektupları. 34 (13): L13603. Bibcode:2007GeoRL..3413603G. doi:10.1029 / 2007GL030689.CS1 bakım: birden çok isim: yazarlar listesi (bağlantı)
  7. ^ a b Nowinski NS, Taneva L, Trumbore SE, Welker JM (Ocak 2010). "Bir kar derinliği manipülasyon deneyinde daha derin aktif katmanların bir sonucu olarak eski organik maddenin ayrışması". Oekoloji. 163 (3): 785–92. Bibcode:2010Oecol.163..785N. doi:10.1007 / s00442-009-1556-x. PMC  2886135. PMID  20084398.
  8. ^ Anderson, D. A .; Bray, M. T .; Fransızca, H. M .; Shur, Y. (1 Ekim 2004). "Syngenetic permafrost büyümesi: Fairbanks, Alaska yakınlarındaki CRREL tünelinden kriyostratigrafik gözlemler". Permafrost ve Periglasiyal Süreçler. 15 (4): 339–347. doi:10.1002 / ppp.486. ISSN  1099-1530.
  9. ^ a b c d e Schuur, EAG, Bockheim, J., Canadell, JG, Euskirchen, E., Field, CB, Goryachkin, SV, Hagemann, S., Kuhry, P., Lafleur, PM, Lee, H., Mazhitova, G., Nelson, FE, Rinke, A., Romanovsky, VE, Skiklomanov, N., Tarnocai, C., Venevsky, S., Vogel, JG ve Zimov, SA (2008). "Permafrost Karbonun İklim Değişikliğine Kırılganlığı: Küresel Karbon Döngüsü için Çıkarımlar". BioScience. 58 (8): 701–714. doi:10.1641 / B580807.CS1 bakım: birden çok isim: yazarlar listesi (bağlantı)
  10. ^ a b Kane, E.S. & Vogel, J.G. (Şubat 2009). "Kuzey Kara Ladin Ormanlarında Toprak Sıcaklığındaki Değişikliklerle Toplam Ekosistem Karbon Depolama Modelleri" (PDF). Ekosistemler. 12 (2): 322–335. doi:10.1007 / s10021-008-9225-1. Arşivlenen orijinal (PDF) 16 Temmuz 2011'de. Alındı 5 Haziran 2010.
  11. ^ Meyers-Smith, I.H., McGuire, A.D., Harden, J.W., Chapin, F.S. (2007). "Bir permafrost çökmesi ve bitişik yanmış ormandaki karbon değişimi üzerindeki bozulmanın etkisi" (PDF). Jeofizik Araştırmalar Dergisi. 112 (G4): G04017. Bibcode:2007JGRG..11204017M. doi:10.1029 / 2007JG000423.CS1 bakım: birden çok isim: yazarlar listesi (bağlantı)

Dış bağlantılar