Emisje metanu z terenów podmokłych - Wetland methane emissions
Dostarczanie do atmosfery około 167 Tg metanu rocznie; Mokradła są największym naturalnym źródłem z metanu atmosferycznego na świecie, a zatem pozostaje głównym obszarem zainteresowania w odniesieniu do zmian klimatycznych . Mokradeł charakteryzują zawodnionym gleb i charakterystyczny zbiorowiska roślin i zwierząt gatunków , które rozwinęły się i przystosowanych do stałej obecności wody . Tak wysoki stopień nasycenia wodą stwarza warunki sprzyjające produkcji metanu.
Większość metanogenezy lub produkcji metanu zachodzi w środowiskach ubogich w tlen . Ponieważ drobnoustroje żyjące w ciepłych, wilgotnych środowiskach zużywają tlen szybciej niż mogą dyfundować z atmosfery, tereny podmokłe są idealnym środowiskiem beztlenowym do fermentacji, a także aktywności metanogenu . Jednak poziom metanogenezy może się zmieniać, ponieważ zależy od dostępności tlenu , temperatury gleby i składu gleby; cieplejsze, bardziej beztlenowe środowisko z glebą bogatą w materię organiczną pozwoliłoby na bardziej wydajną metanogenezę.
Fermentacja to proces wykorzystywany przez niektóre rodzaje mikroorganizmów do rozkładania niezbędnych składników odżywczych . W procesie zwanym metanogenezą acetoklastyczną mikroorganizmy z domeny klasyfikacyjnej archeony produkują metan poprzez fermentację octanu i H 2 - CO 2 do metanu i dwutlenku węgla .
H 3 C-COOH → CH 4 + CO 2
W zależności od terenu podmokłego i rodzaju archeonów może również wystąpić metanogeneza hydrogenotroficzna , inny proces, w którym powstaje metan. Proces ten zachodzi w wyniku utleniania wodoru przez archeony dwutlenkiem węgla z wytworzeniem metanu i wody.
4H 2 + CO 2 → CH 4 + 2 H 2 O
Klasyfikacja terenów podmokłych
| Część serii na |
| Obieg węgla |
|---|
 |
Tereny podmokłe są często klasyfikowane według położenia krajobrazu, roślinności i reżimu hydrologicznego. Podmokłych klasy obejmują bagna , bagna , bagna , mokradła , torfowisk , muskegs Prairie dziurę (ukształtowanie powierzchni) i pocosins ; charakterystyka klas terenów podmokłych może pomóc w informowaniu o wielkości emisji metanu. Jednak klasy terenów podmokłych wykazały dużą zmienność w zakresie emisji metanu w wymiarze przestrzennym i czasowym.
Drogi emisji metanu na terenach podmokłych
Po wytworzeniu metan może dotrzeć do atmosfery trzema głównymi drogami: dyfuzji molekularnej , transportu przez aerenchymy roślin i wrzenia. Produktywność pierwotna napędza emisje metanu zarówno bezpośrednio, jak i pośrednio, ponieważ elektrownie nie tylko dostarczają dużo węgla potrzebnego do procesów produkcji metanu na terenach podmokłych, ale mogą również wpływać na jego transport.
Dyfuzja
Dyfuzja przez profil odnosi się do przemieszczania się metanu w górę przez glebę i zbiorniki wodne w celu przedostania się do atmosfery. Znaczenie dyfuzji jako ścieżki różni się w zależności od terenu podmokłego w zależności od rodzaju gleby i roślinności. Na przykład na torfowiskach masowa ilość martwej, ale nie rozkładającej się materii organicznej powoduje stosunkowo powolną dyfuzję metanu przez glebę. Dodatkowo, ponieważ metan może przemieszczać się w glebie szybciej niż woda, dyfuzja odgrywa znacznie większą rolę na terenach podmokłych o suchej, luźniej ubitej glebie.
Aerenchyma
Aerenchyma roślinna odnosi się do przypominających naczynia rurek transportowych w tkankach niektórych rodzajów roślin. Rośliny z aerenchyma posiadają porowatą tkankę, która umożliwia bezpośrednie przemieszczanie się gazów do i z korzeni roślin. Metan może przemieszczać się bezpośrednio z gleby do atmosfery za pomocą tego systemu transportowego. Bezpośrednie „bocznikowanie” utworzone przez aerenchyma pozwala metanowi ominąć utlenianie przez tlen, który jest również transportowany przez rośliny do ich korzeni.
Wrzenie
Ebullicja odnosi się do nagłego uwolnienia bąbelków metanu do powietrza. Pęcherzyki te powstają w wyniku narastania metanu w glebie, tworząc kieszenie gazowego metanu. Ponieważ te kieszenie uwięzionego metanu będą się powiększać, poziom gleby również będzie się powoli podnosić. Zjawisko to trwa do momentu, aż narasta ciśnienie tak bardzo, że bańka „wyskoczy”, przenosząc metan w górę przez glebę tak szybko, że nie ma czasu na jego konsumpcję przez organizmy metanotroficzne w glebie. Wraz z uwolnieniem gazu poziom gleby ponownie spada.
Wstrząsy na terenach podmokłych mogą być rejestrowane przez delikatne czujniki, zwane piezometrami , które mogą wykrywać obecność kieszeni ciśnieniowych w glebie. Głowice hydrauliczne są również używane do wykrywania subtelnego unoszenia się i opadania gleby w wyniku narastania i uwalniania ciśnienia. Za pomocą piezometrów i głowic hydraulicznych przeprowadzono badania na torfowiskach północnych Stanów Zjednoczonych, aby określić znaczenie wrzenia jako źródła metanu. Nie tylko ustalono, że wrzenie jest w rzeczywistości znaczącym źródłem emisji metanu na torfowiskach północnych Stanów Zjednoczonych, ale zaobserwowano również wzrost ciśnienia po znacznych opadach deszczu, co sugeruje, że opady są bezpośrednio związane z emisją metanu na terenach podmokłych.
Czynniki kontrolujące emisję metanu z terenów podmokłych
Wielkość emisji metanu z terenów podmokłych jest zwykle mierzona za pomocą kowariancji wirów , technik gradientu lub strumienia w komorze i zależy od kilku czynników, w tym zwierciadła wody , porównawczego stosunku bakterii metanogennych do bakterii metanotroficznych , mechanizmów transportu, temperatury, rodzaju podłoża , życia roślin i klimat. Czynniki te współdziałają, aby wpływać i kontrolować przepływ metanu na terenach podmokłych.
Ogólnie rzecz biorąc, głównym wyznacznikiem strumienia netto metanu do atmosfery jest stosunek metanu wytwarzanego przez bakterie metanogenne, który przedostaje się na powierzchnię, do ilości metanu, który jest utleniany przez bakterie metanotroficzne przed dotarciem do atmosfery. Na ten stosunek mają z kolei wpływ inne czynniki kontrolujące metan w środowisku. Dodatkowo drogi emisji metanu wpływają na sposób, w jaki metan przemieszcza się do atmosfery, a tym samym mają równy wpływ na strumień metanu na terenach podmokłych.
Stół wodny
Pierwszym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, jest poziom zwierciadła wody . Nie tylko lokalizacja basenu i zwierciadła wody określa obszary, w których może mieć miejsce produkcja lub utlenianie metanu, ale także określa, jak szybko metan może dyfundować do powietrza. Podczas podróży przez wodę molekuły metanu wpadają na szybko poruszające się molekuły wody, przez co dotarcie na powierzchnię zajmuje więcej czasu. Podróż przez glebę jest jednak znacznie łatwiejsza i powoduje łatwiejszą dyfuzję do atmosfery. Ta teoria ruchu jest poparta obserwacjami poczynionymi na terenach podmokłych, gdzie wystąpiły znaczne strumienie metanu po opadnięciu zwierciadła wody z powodu suszy . Jeśli zwierciadło wody znajduje się na powierzchni lub nad powierzchnią, transport metanu zaczyna się głównie poprzez wrzenie i transport za pośrednictwem instalacji naczyniowej lub ciśnieniowej, z wysokimi poziomami emisji występującymi w ciągu dnia z roślin stosujących wentylację ciśnieniową.
Temperatura
Temperatura jest również ważnym czynnikiem, który należy wziąć pod uwagę, ponieważ temperatura otoczenia – a w szczególności temperatura gleby – wpływa na tempo metabolizmu produkcji lub konsumpcji przez bakterie. Dodatkowo, ponieważ przepływy metanu występują corocznie wraz z porami roku, dostępne są dowody sugerujące, że zmiany temperatury w połączeniu z poziomem wód gruntowych współdziałają w celu wywołania i kontrolowania cykli sezonowych.
Skład podłoża
Skład gleby i dostępność podłoża zmienia składniki pokarmowe dostępne dla bakterii metanogennych i metanotroficznych, a tym samym bezpośrednio wpływa na tempo produkcji i zużycia metanu. Na przykład, gleby podmokłe o wysokim poziomie octanu lub wodoru i dwutlenku węgla sprzyjają produkcji metanu. Dodatkowo rodzaj życia roślin i stopień ich rozkładu wpływa na składniki odżywcze dostępne dla bakterii oraz na kwasowość . Odcieki roślinne, takie jak związki fenolowe z Sphagnum, mogą również oddziaływać z właściwościami gleby, wpływając na produkcję i zużycie metanu. Określono stałą dostępność celulozy i pH gleby około 6,0 w celu zapewnienia optymalnych warunków produkcji i zużycia metanu; jednak na jakość podłoża mogą wpływać inne czynniki. pH i skład gleby należy nadal porównywać z wpływem wody gruntowej i temperatury.
Produkcja ekosystemu netto
Produkcja ekosystemu netto (NEP) i zmiany klimatyczne to wszystkie czynniki, które, jak wykazano, mają bezpośredni związek z emisją metanu z terenów podmokłych. Na terenach podmokłych o wysokim poziomie wód gruntowych wykazano, że NEP rośnie i maleje wraz z emisją metanu, najprawdopodobniej ze względu na fakt, że zarówno NEP, jak i emisje metanu zmieniają się wraz z dostępnością substratu i składem gleby. Na terenach podmokłych o niższych poziomach wód gruntowych ruch tlenu do i z gleby może zwiększyć utlenianie metanu i hamowanie metanogenezy, znosząc związek między emisją metanu a NEP, ponieważ produkcja metanu zależy od czynników głęboko w glebie.
Zmieniający się klimat wpływa na wiele czynników w ekosystemie, w tym zwierciadło wody, temperaturę i skład roślin na terenach podmokłych – wszystkie czynniki, które wpływają na emisje metanu. Jednak zmiana klimatu może również wpłynąć na ilość dwutlenku węgla w otaczającej atmosferze, co z kolei zmniejszyłoby dodawanie metanu do atmosfery, o czym świadczy 80% spadek strumienia metanu na obszarach o podwojonym poziomie dwutlenku węgla.
Rozwój człowieka terenów podmokłych
Ludzie często osuszają tereny podmokłe w imię rozwoju, budownictwa i rolnictwa. Odwadniając tereny podmokłe obniża się poziom wód gruntowych, zwiększając zużycie metanu przez bakterie metanotroficzne w glebie. Jednak w wyniku osuszania powstają rowy nasycone wodą, które ze względu na ciepłe, wilgotne środowisko wydzielają duże ilości metanu. W związku z tym rzeczywisty wpływ na emisję metanu silnie kończy się w zależności od kilku czynników. Jeśli odpływy nie są wystarczająco oddalone od siebie, powstaną nasycone rowy, tworząc mini środowisko podmokłe. Ponadto, jeśli poziom wód gruntowych zostanie wystarczająco znacznie obniżony, teren podmokły może faktycznie zostać przekształcony ze źródła metanu w zlew, który go zużywa. Wreszcie, rzeczywisty skład pierwotnych terenów podmokłych zmienia sposób, w jaki na otaczające środowisko wpływa odwadnianie i rozwój człowieka.