多年凍土中的陽光和微生物如何為大氣添加碳

永久凍土10 8Rose Cory站在北極的融水流中,收集樣本並分析溪流水的化學成分。 土壤有機質使溪流呈現金黃色。 在水中,太陽可以從土壤中吸收碳,削弱它並使微生物分解並以二氧化碳的形式釋放到大氣中。 (圖片來源:Rose Cory / U。密歇根州)

新的研究表明,多年凍土中含有陽光弱化的碳並將其轉化為二氧化碳的微生物可能為溫室氣體進入大氣提供了一條主要途徑。

研究人員已經知道,在北極地區永久凍結的土壤或永久凍土帶上的陽光會分解永久凍土中的碳並將溫室氣體釋放到大氣中,但他們不知道這個過程是如何發生的。

此前,密歇根大學最近的博士生,該研究的第一作者科林沃德表示,深層永久凍土帶中的微生物群落可以迅速適應消耗太陽減弱的碳。 多年凍土通常埋在地下,一旦解凍後就可以暴露在陽光下,衝到一條溪流中,陽光照射會使永久凍土中的碳減弱,將其轉化為微生物群落喜歡消耗的碳。

這項新的研究表明,陽光使永久凍土成為微生物的盛宴,因為它為他們提供了他們喜歡吃的同種碳 - 他們適應代謝的碳。

隨著越來越多的永久凍土融化 - 北極地區以比世界其他地區快兩倍的速度變暖 - 它有能力向大氣中釋放出大量的二氧化碳碳。 如果永久凍土帶中的所有碳轉化為二氧化碳,它將使大氣中的碳量增加一倍以上。 地球與環境科學副教授羅斯科里說,很少有預測未來氣候情景的模型包括永久凍土帶來的碳排放。

“在自助餐中吃大量的選擇和一些不是很好的選擇,而不是在自助餐中,每道菜都是你最喜歡的,這是不同的,”她說。 “陽光將一些永久凍土土壤碳轉化為微生物的'最愛',這有助於他們將更多的碳轉化為二氧化碳。”

permafrost2 10 8一股融水流穿過北極的積雪。 土壤有機質使溪流呈現金黃色。 (圖片來源:Jason Dobkowski / U。密歇根州)


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北極地區的永久凍土在溫暖和融化之前不會被微生物分解。 一旦它發生,原生微生物群落開始分解這種土壤碳,慢慢地吃它,並在此過程中,將其變成二氧化碳。

然而,並非所有土壤碳的分解都發生在土壤中。 夏季的雪和雨將土壤碳排放到陽光照射的溪流和湖泊中,太陽會削弱土壤中的碳。 以前的研究表明,微生物能夠更好地將太陽弱化碳轉化為二氧化碳,但他們不知道為什麼。

為了確定陽光如何幫助產生二氧化碳,Cory和她的團隊在暴露在陽光下之前和之後以及在將有機物質餵養到天然細菌群落之前和之後對土壤樣品進行超高分辨率質譜分析。 他們看到細菌群落在暴露在陽光下的永久凍土土壤樣品中釋放出更多的二氧化碳。

他們根據另一種方法檢查了他們的結果:通過微生物檢查微生物群落組成和基因表達。 研究人員發現,在陽光照射後,微生物會重新調整其代謝機制以消耗日曬弱的碳。

弄清楚太陽光如何有助於二氧化碳從地球釋放到大氣中,為研究人員提供了關於如何確定永久凍土釋放的二氧化碳的速率和數量的更多信息。

“這可能是導致地球變暖的最大反饋方法,”科里說。 “我們正在爭先恐後地計算出永久凍土將轉化為二氧化碳的程度。”

研究人員在期刊上報導了他們的工作 自然通信.

資源: 密歇根大學

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