Приливные ручьи незаметно вымывают углерод из солончаков и меняют их климатический баланс

Прибрежные солончаки считаются важными природными хранилищами углерода. Растения поглощают углекислый газ, органическое вещество накапливается в насыщенных водой почвах, а недостаток кислорода замедляет его разложение. Благодаря этому приливные болота включают в концепцию голубого углерода — углерода, который связывают и удерживают морские и прибрежные экосистемы. Однако новое исследование показывает, что привычная картина может быть неполной: часть накопленного углерода незаметно покидает солончак вместе с водой.

Главными участниками этого процесса оказались небольшие приливные ручьи. Во время прилива они несут морскую воду вглубь заболоченной территории, а при отливе направляют ее обратно к побережью. Вместе с водой перемещаются растворенные органические вещества, минералы и различные формы углерода. Если учитывать только углерод, остающийся в почве, но игнорировать этот горизонтальный обмен, способность экосистемы к долгосрочному хранению углерода можно оценить неправильно.

Работа, опубликованная в Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, основана на наблюдениях за солончаком в бассейне Баратария на побережье Луизианы. Это сложная переходная зона между сушей и морем, где вода постоянно движется под воздействием приливов, погоды и сезонных изменений. Такие экосистемы трудно исследовать именно потому, что их состояние способно заметно измениться за несколько часов.

Ученые установили в приливном ручье датчики, непрерывно регистрировавшие движение воды, ее химические характеристики и параметры окружающей среды. Одновременно исследователи регулярно отбирали пробы, измеряя концентрации растворенного органического углерода, растворенного неорганического углерода и общую щелочность. Наблюдения продолжались три года, благодаря чему удалось получить необычно подробную картину происходящего.

Продолжительность исследования имеет принципиальное значение. Многие предыдущие работы основывались на значительно более коротких периодах наблюдений. Однако несколько дней или недель могут не отражать реального годового баланса. Приливные циклы меняются, температура воды и биологическая активность зависят от сезона, количество осадков колеблется, а штормы способны за короткое время перестроить движение воды через прибрежный ландшафт.

Трехлетний массив данных позволил сравнить, сколько углерода ручей приносит на территорию болота во время прилива и сколько уносит обратно при отливе. Выяснилось, что система демонстрировала чистый экспорт: растворенного органического и неорганического углерода покидало солончак больше, чем поступало в него с водой.

Причина заключалась не только в объеме движущейся воды. Существенную роль играла разница концентраций углерода между приливным и отливным потоками. Вода, покидающая болото, в среднем несла другой химический сигнал, чем вода, которая туда поступала. Причем эта закономерность проявлялась на разных временных масштабах — от отдельных приливных циклов до месяцев и сезонов.

Фактически солончак нельзя рассматривать как неподвижную природную емкость, в которой углерод просто накапливается слой за слоем. Это открытая биогеохимическая система, постоянно обменивающаяся веществом с окружающими водами. Растения фиксируют углерод, часть органического материала попадает в почву, микроорганизмы перерабатывают его, растворенные соединения переходят в воду, после чего приливные ручьи могут вынести их за пределы болота.

Дальнейшая судьба этого углерода также различается. Органические соединения могут использовать морские микроорганизмы, часть вещества способна переноситься дальше от берега, другая часть в конечном итоге превращается в углекислый газ. Поэтому сам факт экспорта из солончака еще не означает автоматического возвращения всего этого углерода в атмосферу. Для климатического баланса важно установить, куда он попадает после выхода из болотной системы и насколько долго остается связанным.

Именно здесь возникает проблема для оценки голубого углерода. Если исследователь измеряет только скорость накопления богатых органическим веществом осадков, он видит одну сторону углеродного бюджета. Одновременно растворенные соединения могут уходить через сеть небольших каналов и ручьев. При достаточно большом потоке этот процесс способен существенно изменить итоговую оценку того, сколько углерода экосистема действительно удерживает.

В исследованном солончаке перенос растворенного углерода через приливный ручей оказался настолько значительным, что его нельзя считать второстепенной поправкой. Авторы указывают, что способность приливных потоков экспортировать углерод потенциально может превосходить его захоронение в осадках. Это делает горизонтальный, или боковой, перенос одним из важных элементов углеродного баланса прибрежных болот.

Исследователи обнаружили изменения и в общей щелочности воды. Этот показатель связан со способностью водной среды нейтрализовать кислоты и играет важную роль в карбонатной химии океана. Если солончаки экспортируют не только различные формы углерода, но и щелочность, их влияние может распространяться за пределы самих болот и затрагивать химические характеристики прибрежных вод.

Однако результаты одного участка в Луизиане нельзя автоматически переносить на все солончаки мира. Прибрежные болота отличаются растительностью, температурой, соленостью, типом грунта, амплитудой приливов, количеством осадков и поступлением речной воды. В одном регионе ручьи могут активно экспортировать растворенный углерод, тогда как в другом баланс способен выглядеть иначе.

Именно поэтому ученые предлагают проводить аналогичные длительные измерения в большем количестве прибрежных экосистем. Для надежной оценки необходимо одновременно учитывать накопление углерода в почве, газообмен с атмосферой и перенос растворенных соединений водой. Только соединение этих потоков позволяет составить полноценный углеродный бюджет солончака.

Работа также показывает, насколько легко упустить важный природный процесс, если он происходит незаметно. Небольшой ручей, который дважды в сутки наполняется и опустошается вместе с приливом, выглядит гораздо менее значительным, чем толстые слои богатой углеродом болотной почвы. Но именно через такие водные пути огромные прибрежные территории постоянно обмениваются веществом с океаном.

Это не отменяет климатической ценности солончаков. Они продолжают накапливать органическое вещество, поддерживать биоразнообразие, защищать берег от волн и создавать среду обитания для множества организмов. Новые данные лишь показывают, что их роль в глобальном круговороте углерода сложнее простой формулы поглощение плюс захоронение. Чтобы понять реальный климатический эффект этих экосистем, необходимо учитывать не только то, что остается в болоте, но и то, что незаметно уносит вода.