Science >> Wetenschap >  >> Natuur

Hoe ademt een rivier? Het antwoord zou kunnen leiden tot een beter begrip van de mondiale koolstofcyclus

De Verenigde Staten herbergen meer dan 250.000 van deze stromende watermassa's die in verbinding staan ​​met kustgebieden en oceanen. Ze variëren in grootte, van kleine stroompjes tot grote rivieren, maar ze nemen allemaal zuurstof op en stoten koolstofdioxide en andere broeikasgassen zoals methaan uit.

De afgelopen jaren heeft een team van wetenschappers onder leiding van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) zich verdiept in cruciaal onderzoek naar de processen en interacties die bijdragen aan de dynamiek van broeikasgassen. Hun werk richt zich op hele netwerken van beken en rivieren, maar ook op het land rondom deze systemen.

Hun werk omvat ook factoren die de manier waarop beken en rivieren ademen kunnen verstoren. Sommige van deze verstoringen vinden buiten stromen plaats, zoals bosbranden, maar hebben nog steeds invloed op de manier waarop stromen ademen doordat ze veranderen hoe materiaal de stromen binnendringt. Het begrijpen van deze gevolgen is essentieel voor het aanpakken van de uitdagingen die verband houden met de waterkwaliteit, de mondiale koolstofcyclus en de klimaatverandering.

PNNL-wetenschappers hebben modellerings-, veld- en laboratoriumstudies uitgevoerd in de Verenigde Staten, waarbij sommige onderzoeken bijzonder intensief waren binnen het Columbia River Basin. Dit gebied beslaat 258.000 vierkante mijlen, en de Colombia-rivier stroomt over 1,270 mijl van de Canadese Rockies naar de Stille Oceaan. Dit bekken omvat weelderige bossen, droge woestijnen en uitgestrekte landbouwgronden. De hoofdcampus van PNNL bevindt zich in het bassin in Oost-Washington.

Ademhaling is een van de processen die van invloed is op de manier waarop rivieren en beken ademen. Door een verzameling chemische reacties die samenwerken, wordt kooldioxide uitgeademd in de atmosfeer en door organismen, waaronder bacteriën en algen. Krediet:Sara Levine | Pacific Northwest National Laboratory

Onderzoek onder leiding van PNNL heeft modellen en gegevens opgeleverd die kunnen helpen voorspellen hoe de beken en rivieren van het land en de gemeenschappen die daarvan afhankelijk zijn, kunnen worden beschermd. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Water .

"Ons team gebruikt modellen en gegevens om nieuwe inzichten te verwerven en voorspellingen te ontwikkelen die de beslissingen van toezichthouders en beheerders van natuurlijke hulpbronnen zullen ondersteunen", zegt Timothy Scheibe, een PNNL Lab Fellow en aardwetenschapper die een van de leiders van dit onderzoek is. P>

Modellen en gegevens kunnen helpen bij het informeren van praktijken op het gebied van water- en landgebruikbeheer, inclusief hoe te reageren op natuurrampen zoals natuurbranden en droogte. Ze kunnen ook helpen informeren hoe toekomstige veranderingen in het milieu natuurlijke en menselijke systemen kunnen beïnvloeden die belangrijk zijn voor de gezondheid van onze planeet.

Wat is ademhaling?

Een van de drijvende krachten achter het begrip hoe beken en rivieren ademen is een reeks processen die bekend staan ​​als ademhaling:een verzameling chemische reacties die samen bepalen hoeveel koolstof vast blijft zitten en hoeveel als koolstofdioxide in de atmosfeer terechtkomt.

Ademhaling combineert koolstof en zuurstof om energie te genereren voor levende organismen. Dit proces creëert ook enige "uitlaat" in de vorm van kooldioxide die wordt "uitgeademd" door organismen zoals algen en bacteriën in stroom- en rivierecosystemen. Door de ademhaling in vele soorten beken en rivieren te bestuderen, kunnen onderzoekers ontdekken waarom sommige systemen meer ademen dan andere.

Het begrijpen van het ‘waarom’ is essentieel. Dat is wat onderzoekers in staat stelt de toekomst van beken en rivieren te voorspellen.

Het is ook belangrijk om te begrijpen of water of sediment in rivieren en beken meer ademhaling heeft. Om dit te beantwoorden werkte PNNL samen met onderzoekers van de Washington State University en de University of Montana. Het team ontdekte dat in de Columbia River de meeste ademhaling wordt gedaan door organismen in het water. Dit komt waarschijnlijk omdat de Columbia River veel water bevat waarin ademhaling kan plaatsvinden.

Maar in andere stroomsystemen doen microben in sedimenten het grootste deel van de ademhaling. Sommige sedimenten "ademen" veel sneller dan andere, en maken daardoor meer koolstofdioxide aan.

Onderzoekers van het Pacific Northwest National Laboratory proberen te voorspellen hoeveel kooldioxide beken en rivieren verlaat na bosbranden. Krediet:Sara Levine | Pacific Northwest National Laboratory

Het PNNL-team heeft aangetoond dat de hoeveelheid koolstofdioxide die door sedimenten wordt geproduceerd, verband houdt met de grootte van de rotsen waaruit rivierbeddingen bestaan. Grotere stenen leiden vaak tot meer ademhaling. Dat is belangrijk, want hoe sneller sedimenten ademen, hoe beter ze verontreinigende stoffen uit beken en rivieren kunnen verwijderen.

Wat is organisch materiaal?

Naast gassen als zuurstof en kooldioxide bevatten beken en rivieren deeltjes van dode organismen zoals planten en algen. Dit staat bekend als organisch materiaal, en het is de ‘brandstof’ of ‘voedsel’ dat de ademhaling aandrijft en een rol speelt in de waterkwaliteit en de gezondheid van in het water levende soorten. De samenstelling van organisch materiaal wordt gedeeltelijk bepaald door landgebruik, verontreinigende stoffen, bosbeheer en natuurlijke en menselijke verstoringen. Het begrijpen van de relatie ervan met de ademhaling kan dus aanleiding geven tot andere praktijken op het gebied van land- en waterbeheer.

Het PNNL-team leidde onderzoek naar hoe veranderingen in de soorten organisch materiaal veranderingen in de ademhaling veroorzaken. In een reeks onderzoeken toonde het team aan dat de ademhaling in sedimenten verband houdt met de chemie van organisch materiaal. De Grenzen in het water Uit een studie, uitgevoerd in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Nebraska, zijn algemene regels voor diverse stromen gebleken die bepalen hoe de chemie van organisch materiaal verband houdt met de ademhaling van sediment.

PNNL-wetenschappers onthulden ook hoe natuurbranden de organische stof in stromen na een natuurbrand kunnen veranderen. Het team ontdekte dat er een verband bestond tussen de samenstelling van organisch materiaal en de manier waarop branden het landschap beïnvloedden tijdens de eerste storm na een grote natuurbrand in 2020. Dit maakt het moeilijk om erachter te komen hoe microben verschillende soorten organisch materiaal gebruiken om de ademhaling in stromen te stimuleren. en rivieren.

Er zijn tienduizenden verschillende verbindingen waaruit organisch materiaal bestaat. Er zijn ook verschillende organismen die organisch materiaal als brandstof gebruiken. Dit maakt het moeilijk om erachter te komen hoeveel ademhaling er plaatsvindt tussen verschillende soorten organisch materiaal en organismen in beken en rivieren.

Ondanks de uitdagingen hebben PNNL en samenwerkende onderzoekers algemene regels onthuld voor de manier waarop deze complexe systemen werken. Deze regels stellen wetenschappers in staat andere belangrijke uitdagingen op te lossen, zoals hoe de waterkwaliteit te verbeteren en te voorspellen hoeveel koolstofdioxide de beken en rivieren zal verlaten na grote gebeurtenissen zoals bosbranden.

"Begrijpen welke principes processen reguleren en hoe ze in systemen werken, is een belangrijk doel van ons werk", legt PNNL-aardwetenschapper Allison Myers-Pigg uit. "Deze kennis biedt een basis voor het bouwen van modellen die de toekomstige gezondheid van beken en rivieren kunnen voorspellen, inclusief hoe ze kunnen worden beïnvloed door grote verstoringen. Zonder deze kennis kunnen we geen nauwkeurige voorspellingen doen."

Meer informatie: Firnaaz Ahamed et al., Onderzoek naar de determinanten van de biologische beschikbaarheid van organisch materiaal door middel van substraat-expliciete thermodynamische modellering, Frontiers in Water (2023). DOI:10.3389/frwa.2023.1169701

Geleverd door Pacific Northwest National Laboratory




Meer >

Meer >

Hoofdlijnen

  1. Hoe de droogrot Serpula lacrymans zich aanpasten aan een nieuwe ecologische habitat
  2. Twee soorten spitssnuitdolfijnen duren erg lang, diepe duiken voor hun grootte
  3. Uit langetermijnonderzoek blijkt dat biologische landbouw leidt tot aanpassingen in het genetisch materiaal van planten
  4. Een samensmelting van microben:onderzoek toont aan dat omstandigheden met weinig voedingsstoffen de virale infectie veranderen
  5. Difference Between Triglycerides & Phospholipids
  6. Beschermde wateren bevorderen de heropleving van de westkust-zeebaars
  7. Snellere Salmonella-test verhoogt voedselveiligheid voor mens en dier
  8. Mensen gebruiken niet zoveel denkkracht als we graag denken
  9. Uitbraken van hondsdolheid bij vee in Costa Rica houden verband met ontbossing

Wetenschap