Arktický uhlíkový cyklus zem-oceán

Arktický cyklus uhlíka je ovplyvňovaný antropogénnym otepľovaním klímy a extrémnymi udalosťami, ako sú vlny horúčav a požiare v boreálnych a tundrových oblastiach. Tieto zmeny majú priamy alebo nepriamy vplyv na cyklus uhlíka v Arktíde prostredníctvom topenia morského ľadu a ľadovcov, zvýšeného odtoku vody z pevniny, otepľovania a topenia zamrznutej pôdy a zrútenia pobrežia. Tieto procesy vedú k zvýšenej fyzickej a biologickej degradácii, zmenám v hydrologických tokoch a zmenám v dynamike sedimentov v krajine.

Zásoby uhlíka v Arktíde:

• Arktída je heterogénny systém s rôznorodou krajinou a ekosystémami, kde sa organický uhlík (OC) nachádza v dlhodobých a krátkodobých rezervoároch alebo je v pohybe.
• Medzi hlavné rezervoáre OC patria pevninské sedimenty, morské sedimenty a vodný stĺpec.
• Permafrostové pôdy obsahujú 540 ± 10 Pg C, čo predstavuje 62 % celkovej zásoby SOC v severnej cirkumpolárnej oblasti. Z toho 174 ± 3 Pg C (20 %) sa nachádza v sezónne zamrznutej aktívnej vrstve a približne 292 ± 7 Pg C (19 %) v nezamrznutých a sezónne zamrznutých pôdach v oblastiach bez permafrostu. Hlboké zásoby terrOC (organického uhlíka pevninského pôvodu) v permafroste môžu byť tiež značné, napríklad pleistocénny ľadom bohatý permafrost obsahuje 297 – 436 Pg C.
• Odhaduje sa, že v horných 30 cm permafrostu sa nachádza približne 21 Pg C, priamo pod aktívnou vrstvou.
• Celkový hydrologicky prístupný SOC (SOCHA) je 487 ± 8 Pg, ktorý pozostáva zo zásob v aktívnej vrstve (174 ± 3 Pg), horných 30 cm permafrostu (21 ± 0,4 Pg) a pôd bez permafrostu (292 ± 7,4 Pg).

Uvoľňovanie uhlíka:

• Rozmrazovanie permafrostu vedie k uvoľňovaniu predtým zamrznutého organického uhlíka, ktorý sa môže degradovať a mobilizovať.
• Termokrasové javy, pri ktorých dochádza k zrúteniu pôdy v dôsledku topenia ľadu, vedú k laterálnemu transportu SOC do vodných ekosystémov.
• Odhaduje sa, že pobrežná erózia uvoľňuje 4,9 – 14 Tg C ročne. Diaľkovo snímané pozorovania pobrežnej erózie naznačujú, že úbytok uhlíka sa pohybuje medzi 2,03 a 2,74 Tg C ročne.
• Riečne systémy transportujú významné množstvá DOC (rozpustený organický uhlík), POC (časticový organický uhlík) a DIC (rozpustený anorganický uhlík) do Severného ľadového oceánu. Ročné riečne toky sa odhadujú na 39,5 (17 – 90) Tg DOC, 8,21 (1,5 – 37) Tg POC a 65,4 (23 – 102) Tg DIC.

Morské sedimenty:

• Morské sedimenty sú kľúčové receptory a miesta ukladania terrOC (pevninského organického uhlíka).
• Celková zásoba OC v hornom 1 cm sedimentov pre sedem arktických šelfových morí sa odhaduje na 529 ± 107 Tg C.
• Aktualizovaný odhad naznačuje, že zásoba OC v morských sedimentoch je 82 ± 35 Pg C v hĺbke 0 – 100 cm.

Vodný stĺpec:

• DOC predstavuje najväčší podiel OC vo vodnom stĺpci.
• Ročné priemerné zásoby DOC sa odhadujú na 506 ± 14 Tg pre šesť vysoko arktických šelfových morí.
• Ročná čistá primárna produkcia (NPP) v Severnom ľadovom oceáne sa odhaduje na 241 (138, 422) Tg na základe diaľkového snímania a 691 ± 18 Tg na základe modelovania NEMO-PISCES.

Bilancia uhlíka:

• Arktický oceán je silný čistič uhlíka, ale severná cirkumpolárna oblasť je slabý čistič s veľkými neistotami.
• Odhaduje sa, že emisie z narušenia pôdy a vnútrozemských vôd znižujú pevninský čistič uhlíka.

Neistoty a priority výskumu:

• Medzi hlavné neistoty patrí množstvo uhlíka v hlbokých pôdach (> 3 m), množstvo a distribúcia ľadu v pôde a permafrostových rašeliniskách.
• Priority zahŕňajú mapovanie ľadu v pôde, rašelinísk a mokradí v celej Arktíde a zahrnutie obsahu organického uhlíka a ľadu v pôde do Globálnej terestriálnej siete pre permafrost (GTN-P).
• Je potrebné zlepšiť pozorovacie pokrytie a charakterizáciu parametrov krajiny na podporu rozsiahleho modelovania a detekcie zmien v heterogénnych arktických oblastiach.
• Lepšie pochopenie arktických bodov zlomu, klimatických spätných väzieb a ich prepojenia s prechodmi od zdroja k úbytku uhlíka je nevyhnutné.

Celkovo si komplexnosť arktického cyklu uhlíka vyžaduje ďalší výskum a monitorovanie na zníženie neistôt a zlepšenie projekcií budúceho vývoja. Spring

Slovník kľúčových pojmov

• Permafrost: Trvalo zamrznutá zem, ktorá zostáva pod 0 °C minimálne dva roky po sebe.
• Organický uhlík (OC): Zlúčeniny uhlíka, ktoré pochádzajú z rastlinných alebo živočíšnych zdrojov.
• Pôdny organický uhlík (SOC): Organický uhlík uložený v pôde.
• Rozpustený organický uhlík (DOC): Organický uhlík, ktorý je rozpustený vo vode.
• Tuhý organický uhlík (POC): Organický uhlík, ktorý je vo forme častíc vo vode.
• Rozpustený anorganický uhlík (DIC): Anorganické formy uhlíka rozpustené vo vode, ako sú uhličitan, bikarbonát a oxid uhličitý.
• Primárna produkcia (NPP): Rýchlosť, akou rastliny alebo iné organizmy produkujú organickú hmotu prostredníctvom fotosyntézy.
• Termokrast: Krajina charakterizovaná nerovnomerným povrchom v dôsledku rozmrazovania ľadom bohatého permafrostu.
• Top-down odhady: Odhady tokov uhlíka založené na atmosférických meraniach a inverzných modeloch.
• Bottom-up odhady: Odhady tokov uhlíka založené na meraniach na úrovni ekosystému a škálovacích metódach.
• Ebulitívne emisie: Uvoľňovanie plynov, ako je metán, z vodných systémov prostredníctvom bublín.
• Prítokové police (Inflow shelves): Šelfy v Arktickom oceáne, ktoré prijímajú vody z nižších zemepisných šírok.
• Odtokové police (Outflow shelves): Šelfy v Arktickom oceáne, kde arktické vody prúdia na juh do subpolárnych oceánov.
• Akumulácia organického uhlíka v sedimentoch (OC MAR): Miera akumulácie organického uhlíka v sedimentoch morského dna.
• CO2, CH4: Oxid uhličitý a metán