Các đám cháy ở mức độ nghiêm trọng thấp giúp tăng khả năng giữ carbon lâu dài của than bùn

Các đám cháy cường độ cao có thể phá hủy các mỏ than bùn và khiến chúng thải ra một lượng lớn carbon lưu trữ vào khí quyển dưới dạng khí nhà kính, nhưng một nghiên cứu mới của Đại học Duke cho thấy các đám cháy ở mức độ nghiêm trọng thấp gây ra kết quả ngược lại.

Các đám cháy nhỏ hơn giúp bảo vệ carbon được lưu trữ và tăng cường lưu trữ lâu dài của than bùn

Neal Flanagan, trợ lý giáo sư tại Duke Wetland, Trung tâm và Trường Môi trường Nicholas của Công tước nói.

Phản ứng này – mà Flanagan gọi là “hiệu ứng crème brulee” – che chắn than bùn bị ảnh hưởng bởi lửa khỏi sự phân rã. Theo thời gian, hàng rào bảo vệ này giúp làm chậm tốc độ carbon lưu trữ của than bùn được thải trở lại môi trường dưới dạng carbon dioxide và khí mê-tan nóng lên, ngay cả trong thời kỳ hạn hán khắc nghiệt.

Bằng cách ghi nhận hiệu ứng này trên đất than bùn từ Minnesota đến Peru, nghiên cứu này cho thấy sự quan trọng và sắc thái, nhưng phần lớn bị bỏ qua, lửa đóng vai trò trong việc bảo tồn than bùn trên một dải vĩ độ rộng, từ vùng hemi-boreal đến vùng nhiệt đới.

Đây là lần đầu tiên bất kỳ nghiên cứu nào có thể chỉ ra điều đó và nó có ý nghĩa quan trọng đối với việc sử dụng lửa có mức độ nghiêm trọng thấp trong việc quản lý vùng đất than bùn, đặc biệt là vào thời điểm cháy rừng và hạn hán.

Các nhà nghiên cứu đã công bố kết quả đánh giá ngang hàng của họ vào ngày 10 tháng 5 trên tạp chí Global Change Biology .

Đất than bùn là vùng đất ngập nước chỉ chiếm 3% đất đai của Trái đất nhưng lưu trữ một phần ba tổng lượng carbon của hành tinh. Không bị xáo trộn, chúng có thể khóa carbon trong đất hữu cơ trong nhiều thiên niên kỷ do các hợp chất kháng khuẩn tự nhiên gọi là phenolics và aromatics mà các nghiên cứu trước đây của nhóm Duke đã chỉ ra có thể ngăn chặn than bùn khô hơn. Tuy nhiên, nếu một đám cháy âm ỉ, cường độ cao hoặc sự xáo trộn lớn khác phá hủy sự bảo vệ tự nhiên này, chúng có thể nhanh chóng chuyển từ bồn chứa carbon sang nguồn carbon.

Để thực hiện nghiên cứu mới, Flanagan và các đồng nghiệp của ông tại Trung tâm Đầm lầy Duke đã theo dõi một Dịch vụ Cá và Động vật hoang dã Hoa Kỳ đã cấm đốt pocosin, hoặc đầm lầy phủ đầy bụi cây, tại Khu bảo tồn Động vật hoang dã Quốc gia Hồ Pocosin ở miền đông Bắc Carolina năm 2015. Sử dụng cảm biến hiện trường, họ đã đo cường độ thay đổi của đám cháy theo thời gian của nó và ảnh hưởng của nó đến độ ẩm đất, nhiệt độ bề mặt và lớp phủ thực vật. Họ cũng đã phân tích hóa học các mẫu chất hữu cơ đất được thu thập trước và sau vụ cháy.

Sau đó, họ đã tái tạo cường độ và thời gian của đám cháy NC, trong thời gian ngắn đạt tới nhiệt độ 850oF, trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm có kiểm soát trên đất từ ​​than bùn ở Minnesota, Florida và lưu vực sông Amazon của Peru, và phân tích các mẫu đốt bằng phương pháp quang phổ tia X và quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier.

Phân tích cho thấy các đám cháy ở mức độ nghiêm trọng thấp đã làm tăng mức độ ngưng tụ carbon và aromatization trong các mẫu đất, đặc biệt là các vụ thu thập từ bề mặt than bùn. Nói cách khác, các nhà nghiên cứu đã thấy “hiệu ứng crème brulee” trong các mẫu từ mỗi vĩ độ.

Việc ủ trong phòng thí nghiệm dài hạn các mẫu bị cháy cho thấy lượng khí thải CO2 tích lũy thấp hơn đến từ than bùn trong hơn 1-3 năm sau các thử nghiệm.

Flanagan nói: “Ban đầu, có một số tổn thất carbon nhưng về lâu dài, bạn dễ dàng bù đắp điều đó bởi vì cũng làm giảm hô hấp bởi các vi khuẩn thúc đẩy sự phân rã, vì vậy than bùn đang phân hủy với tốc độ chậm hơn rất nhiều”.

Trên toàn cầu, than bùn chứa khoảng 560 gigat carbon được lưu trữ. Đó là cùng một lượng được lưu trữ trong tất cả các khu rừng và gần bằng 597 gigatons được tìm thấy trong khí quyển.

Cải thiện cách chúng ta quản lý và bảo tồn các vùng đất than bùn là rất quan trọng vì tầm quan trọng của chúng đối với ngân sách carbon của Trái đất và cách biến đổi khí hậu đang làm thay đổi chế độ lửa tự nhiên trên toàn thế giới. Nghiên cứu này nhắc nhở chúng ta rằng lửa không chỉ là sự bất thường hủy diệt ở vùng đất than bùn, nó cũng có thể là một phần có lợi trong hệ sinh thái của chúng có ảnh hưởng tích cực đến quá trình bồi tụ carbon của chúng.

Flanagan và Richardson đã tiến hành nghiên cứu cùng với các nhà nghiên cứu của Trung tâm Đầm lầy Duke, Hongjun Wang và Scott Winton. Winton cũng tổ chức các cuộc hẹn tại Viện Hóa sinh và Chất ô nhiễm của ETH Zurich và Viện Khoa học và Công nghệ Thủy sản Liên bang Thụy Sĩ.

Tài trợ chính đến từ bộ phận Khoa học hệ sinh thái mặt đất của Bộ Khoa học Hoa Kỳ (cấp # DE-SC0012272). Hỗ trợ bổ sung đến từ Quỹ Trung tâm Đầm lầy của Đại học Duke và Cơ sở Thiết bị Vật liệu Dùng chung của Đại học Duke.

Nguồn truyện:

Tài liệu được cung cấp bởi Đại học Duke . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.

Tạp chí tham khảo :

1. Neal E. Flanagan, Hongjun Wang, Scott Winton, Curtis J. Richardson. Cháy nghiêm trọng ở mức độ thấp như một cơ chế bảo vệ chất hữu cơ trong vùng than bùn toàn cầu: Sự biến đổi nhiệt làm chậm quá trình phân hủy . Sinh học thay đổi toàn cầu , 2020; DOI: 10.111 / gcb.15102