科学者たちは30年間、中央メリーランドの呼吸する塩性湿地を見てきました。 つまり、彼らはチェサピーク湾の生態系が大気から二酸化炭素を引き出し、一部の炭素を地下に貯蔵し、その一部をメタンガスの形で大気中に放出する方法を研究してきました。
彼らは環境を操作して、地球温暖化、海水面の上昇、汚染された流出水に含まれる栄養素の増加に最も大きな影響を与える温室効果ガスである大気二酸化炭素（CO 2 ）で未来の世界を模倣しました。 今年の春に成長期が始まると、彼らは、未来がどうなるかをより明確に把握することを期待して、パズルのさらに別の部分を探索します。 彼らは、温度が上昇したときに沼地に何が起こるかを知りたい。
「私たちはこの沼地で30年間CO 2を増加させてきましたが、CO 2には温暖化が伴います」と、スミソニアン環境研究センター（SERC）の地球変動研究湿地における新しい研究の主任研究員であるPat Megonigalは言います。 。 「温かい空気は、時間の経過とともに土壌に移動します。 私たちはただその部分を攻撃し始めています。」
環境研究センターの副所長として、メゴニガルは何十人もの科学者が実験を行うこの現場を監督しています。 この湿地には、reや草のパッチの上に建てられた透明なプラスチックの部屋のようなテストプロットが散らばっています。 プラスチックの仕掛けは、遊歩道、ケーブル、ホースが交差する風景に点在しています。 あちこちで、遊歩道は、さまざまな制御ステーションを収容する木製の箱で区切られています。
Megonigalのような研究者は、30年以上にわたってロード川の未開発地域でこの125エーカーの湿地の気候変動を研究してきました。 彼らが学んだことは、湿地や湿原などの湿地が失われると何百万トンもの二酸化炭素が大気中に放出される可能性があるため、湿地の将来だけでなく、差し迫った気候変動にも重要な意味を持ちます。
地球の陸地のわずか4〜6％を占めるにもかかわらず、湿地、沼地、マングローブ林などの湿地は、地球の土壌に蓄積されているすべての炭素の4分の1を保持しています。
すべての植物は大気から二酸化炭素を吸収し、炭素を葉、茎、根に変えます。 しかし、土壌中のバクテリアが落ち葉や他の枯れた植物材料を分解すると、炭素は大気中に放出されます。
しかし、湿地では、水が頻繁に浸水すると、酸素を好む細菌から酸素が奪われ、速度が低下します。 枯れた植物の素材は、乾燥した環境ほど速く腐敗しないので、蓄積し、圧縮されて、炭素が豊富な泥炭に変わります。 この方法で炭素を貯蔵すると、大気中の二酸化炭素の増加が緩和されます。
しかし、話にはもっと暗い側面があります。 湿った湿った状態は発酵のために準備され、メタンは二酸化炭素よりも25〜45倍強力な別の炭素ベースの温室効果ガスを生成します。 実際、湿地は最大の単一メタン源であり、全世界のメタン排出量の推定22％を占めています。
2015年12月、195か国の指導者がパリで、地球温暖化を産業革命前のレベルよりも2℃（華氏3.6度）以内に制限する合意を打ち出しました。 さらに、彼らは、その数を産業革命前のレベルより華氏2.7度に下げる方法を追求することを約束しました。
地球全体で平均すると、気温は過去120年間ですでに華氏1.4度上昇しています。そのため、このような野心的な目標を達成するには、地球温暖化ガスの排出を急速に削減する必要があります。世界中の炭素排出量と炭素貯蔵量との間。 そのために、グローバルリーダーは湿地で何が起こっているのかを理解する必要があります。
「テーブルから何も取ることはできません」と、米国地質調査所の気候と土地利用の変化の主任科学者であるバージニア・バーケットは言います。 「すべてのシステムは、排出量だけでなく、炭素を貯蔵する能力の観点から評価する必要があります。 炭素の隔離、および人間がどのように湿地のようなシステムが炭素を貯蔵する能力を強化できるかは、国際社会によって予測され、期待され、コミットされているこれらの大幅な削減を行うために理解するためにも不可欠です。
パット・メゴニガル（左）のような研究者は、30年以上にわたってロード川の未開発の区画でこの125エーカーの湿地の気候変動を研究しています。 （スミソニアン環境研究センター） ただし、自然の生態系を方程式に組み込むことは簡単ではありません。
炭素湿地がどれだけ吸収し、どれだけ放出し、土壌がどれだけ速く蓄積するか、そして潮will湿地が海の上昇に追いつくか、それとも飲み込むかはすべて、互いに絡み合っており、さまざまな影響に依存しています。
絡み合ったロープの1本の線を引っ張るのと同じように、1つのループが緩み、別のループが締まり、束全体の形状が変化します。 湿地では、温度、塩分、二酸化炭素、および土地から流出する汚染がすべて同時に変化しています。 長年にわたり、科学者たちは結び目を拾い、複雑さを解明してきましたが、理解すべきことははるかに多くあります。
Megonigalの土壌温暖化実験がこの春に進むと、彼は植物の上部から根域の底まで、つまり地表から4フィート半下まで熱を上げます。
春までに、彼のチームは30の新しいテストプロットを沼地の隅に追加します。 Megonigalは、赤外線ヒートランプのバンクと土壌に沈んだ電気ケーブルのグリッドを使用して、プロット内の温度を着実に上昇させます。 増加は、周囲の環境から華氏0度から華氏7.2度までの範囲であり、気候変動を抑制するために何もしなかった場合、2100年に予測される最も暖かい条件に近似します。
彼の主な目標は、塩性湿地における死んだ植物の腐敗と蓄積に影響する要因を理解することです。 泥炭質の土壌が十分に早く構築されると、海面上昇に追いつくことができるかもしれません。 そうでなければ、沼地は単にdrれるかもしれません。
問題は、重要な商業魚の養殖場を提供し、低潮の土地を高潮とb波から緩衝する沼地に依存しているコミュニティのネイルビターです。
数十人の科学者が実験を行うフィールドサイトには、プラスチックの仕掛けが点在し、遊歩道、ケーブル、ホースが交差しています。 （Kimbra Cutlip） 土壌のコアによると、環境研究センターの塩性湿地は4, 000年間生き延びています。 その間、チェサピーク湾は15フィート上昇し、沼地はペースを維持するために着実に成長しました。
世界中の多くの湿地で同じことが行われています。 しかし、気候は変化しており、海面はかつてないほど速く上昇しています。 さらに、汚染により水の化学的性質が変化し、新たに導入された植物や動物の種が生態系の機能の重要な側面を変えている可能性があります。 湿地に流れ込む堆積物の量でさえ、その土地での人間の発達によって急速に変化しています。
Megonigalは、追加された熱が地下の微生物を活性化し、根やその他の有機物の分解速度を高めると予想しています。 もしそうなら、それは沼地のゆっくりした沈下と大気へのより多くのメタンの放出を予見することができました。 それから、多分そうではありません。
イリノイ大学の作物科学および植物生物学の教授であり、ジャーナルGlobal Changeの編集長を務めるスティーブン・ロングは、次のように述べています。 または、温暖化と二酸化炭素の追加により、植物が腐敗するよりも速く成長し、どちらも湿地のレベルを上げる可能性があります。 「何が起こるかを確実に予測することは非常に困難になります。そのため、このような実験は非常に重要です」と彼は言います。
ロングは、スミソニアン湿地で実験を行った多くの研究者の一人です。 彼は、30年前に最初の実験が確立されたとき、自然環境でこの種の仕事をするという考えは革命的だったと言います。 自然界では制御または説明する必要のある要因が非常に多いため、科学界の多くの人はそれができないと考えました。
植物生態学者であり、環境研究センターの名誉科学者であるバート・ドレイクは、1985年にそれらの誤りを証明した男です。
植物の成長は、摂取する炭素の量と相関関係があり、Drakeは最初に沼地の成長を監視するためのエレガントな実験を考案しました。 「よく言って、外に出てすべての植物を測定するのではなく、CO 2フラックスを測定するだけです」と彼は言います。 「私たちの提案をレビューした人々は、私たちが研究室で現場で働くことができると信じていたものをはるかに超えていると思っていました。」
植物生態学者であり、環境研究センターの名誉科学者であるバート・ドレイクは、湿地の成長を監視するためのエレガントな実験を考案しました。 （スミソニアン環境研究センター） ドレイクは、湿地のパッチの上に配置するための一連のオープンボトムの円筒形チャンバーを設計しました。 直径約3フィートで、透明なプラスチックの壁と開いた上部を備えた八角形のアルミニウムパイプフレームがあり、温室のように熱を閉じ込めません。 その後、彼は二酸化炭素をチャンバーにパイプで送り込み、レベルを将来100年に予想されるレベルに上げました。
「チャンバーに入るCO 2の濃度、内部のCO 2 、および出るCO 2の濃度を監視できました」と彼は言います。 即座の結果では、ドレイクの部屋のスゲは活力を増して成長し、追加の二酸化炭素を容易に吸収するが、草は変わらなかったことが示された。 このパターンは、科学者が実験室で見たものと一致し、彼の方法が機能することを証明しました。 彼は、他の方法では制御できない環境で制御された研究を成功裏に管理していました。 ドレイクは、植物がどのように水と栄養素を使用し、二酸化炭素が豊富な環境と相互作用したかについての他の観察を信頼することができました。 「この種のアプローチでは、炭素または損失の正味の増加を測定し、温度、降雨、日光と相関させて測定することができます。」
この種の実験が可能であることの実証として、Drakeは彼のプロジェクトが30年続くフィールドサイトの基盤になり、世界中の他の環境で同様の作業を促すことを決して期待していませんでした。 現在、二酸化炭素の増加が植物群落に及ぼす影響に関するこれまでで最長のフィールド調査であり、現在も継続中です。
「私たちはそれを研究してきましたが、大気中の二酸化炭素は13パーセントまたは14パーセントのようになりました」とドレイクは言います。 「海面は10〜15 cm（4〜6インチ）のようになりました。」さらに、彼と現在このサイトで実験を行った数十人の研究者は、あらゆる環境条件で沼地を観察することができました。 、雨期から乾燥期まで、温暖期から低温期まで、長い成長期と短い時期。
「このような長い継続的な研究を行うことで、他の方法では得られない膨大な量の情報が本当に得られます」とLong氏は言います。 「[ドレイク]はセットアップ時にまったく新しいものを引き受けました。 それは非常に大胆なことであり、成功しました。」
Drakeの初期の発見の1つは、二酸化炭素を沼地に増やすと、メタンガスの排出量が増えることでした。 彼らはまた、高二酸化炭素環境でより速く成長する能力にもかかわらず、スゲ植物が草を追い越さないことを学びました。
それぞれの発見はより多くの質問を導き、現場は指数関数的に成長しました。 ドレイクの後を追ったメゴニガルのような科学者は、設計を改善し、PVCの溶接アルミニウムフレームを切り替え、チャンバーを拡大し、さらなる研究のためにそれらを追加しました。 その過程で、新しい実験が生態系の複雑な相互作用をより深く掘り下げてきました。
植物の成長は、摂取する炭素の量と相関関係があり、バートドレイク（測定値の確認）は最初に、湿地の成長を監視するためのエレガントな実験を考案しました。 （スミソニアン環境研究センター） 科学者が土地からの流出の増加をシミュレートするために土壌中の窒素を増やしたとき、彼らはすべての植物が同じ反応をするわけではなく、二酸化炭素と利用可能な水によって反応が変わることを発見しました。 一歩一歩、彼らは重要な相互作用をいじめ、次の100年で沼地がどのように見えるかについての窓を探してきました。
2015年、メゴニガルは、彼と彼の同僚が植物を異なる水位にさらし、上昇する海面にどのように反応するかを調べる研究を発表しました。 「湿地が水没し始めると、より多くの炭素を保存し、実際に海面上昇に追いつくことができるはずだと予想しました」とメゴニガルは言います。 彼らの考えは、水が頻繁に浸水すると、土壌の最上層の酸素レベルが低く保たれるというものでした。 それは死んだ植物の根を分解する微生物を遅くし、より多くの土壌を蓄積させます。
しかし、それは起こったことではありません。 微生物のための小さなシュノーケルのように、根は空気中の酸素を土壌に運びます。つまり、土壌が水の下でどれだけ長く過ごしても問題ではありません。 重要なのは、微生物に酸素を供給している根の数です。 Megonigalは、ルートが多いほど、分解が多くなることを発見しました。
「モデルでの分解の表現方法は、植物の影響に対処していません」とMegonigal氏は言います。 「だから私たちのモデルは、少なくともこの1つの研究に基づいて、ほとんどの部分が間違っている。 気候変動を理解する上で非常に重要なのは相互作用であるため、これらの組み合わせに焦点を合わせる必要があります。」
政策立案者にとって、湿地の生存に影響を与える要因の組み合わせを理解することは、単に何が起こるかを知ること以上のものです。 土地の積極的な管理は、地球温暖化を防ぐためのいくつかの国の戦略の重要な部分になるでしょう。
US Geological SurveyのBurkett氏によると、これ以上緊急性はありません。 「[湿地]は自然にメタンを放出しますが、数十億トンの炭素も貯蔵し、その管理方法は炭素の隔離と放出の速度に影響します。」
湿地の自然水文学を維持または復元すると、炭素を貯蔵する能力が向上する可能性がありますが、それらを農業やエビの池に変換すると、土壌に貯蔵されたものが二酸化炭素として放出される可能性があります。
「政策立案者にとっての重要なメッセージは、湿地は複雑なシステムであるということです」と彼女は言います。「これらの湿地システムにおける炭素の長期貯蔵を強化するには、それらの炭素の生物地球化学的循環を理解する必要があります。 これは、世界各国がパリで行ったコミットメントを支援する科学的努力です。」
このフィールドプロジェクトで科学者が学んだことは、湿地や沼地などの湿地が失われると何百万トンもの二酸化炭素が大気中に放出される可能性があるため、湿地の未来だけでなく、差し迫った気候変動にとっても重要です。 （トム・モッツァー）
