ในช่วงสองสามทศวรรษที่ผ่านมา อาร์กติกร้อนขึ้นเร็วกว่าส่วนอื่นๆ ของโลกถึงสองเท่า ในเวลาเดียวกัน การวัดคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศในระยะยาวแสดงให้เห็นว่าปริมาณคาร์บอนที่ดูดซับและปล่อยออกมาจากพืชและดิน - ระบบนิเวศบนบก - ในแถบอาร์กติกเพิ่มขึ้นอย่างมากทุกปี

นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าระบบนิเวศบนบกนี้มีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงที่พวกเขาเห็นในวัฏจักรคาร์บอนของอาร์กติก

แต่พวกเขาขาดเทคนิคในการวัดการดูดซับคาร์บอนและปล่อยอย่างอิสระ และนี่คือกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจว่าชีวมณฑลตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดจากการปล่อยเชื้อเพลิงฟอสซิลอย่างไร

ผลการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสารProceedings of the National Academy of Sciencesได้ให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่เกี่ยวกับกระบวนการที่สำคัญนี้เหนือภูมิภาคอาร์กติกและเหนือ โดยอาศัยแบบจำลองการวัดบรรยากาศของสารเคมีที่เกี่ยวข้อง นั่นคือ คาร์บอนิลซัลไฟด์

นำโดยนักวิจัยจาก National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) ทีมนักวิทยาศาสตร์นานาชาติได้พัฒนาวิธีใหม่ในการวิเคราะห์การวัดบรรยากาศของก๊าซคาร์บอนิลซัลไฟด์ในบรรยากาศ ร่วมกับการวัดCO 2 ในบรรยากาศเพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณทั้งหมด ของคาร์บอนที่ถูกดูดซับโดยพืชพรรณในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

Dr Parvadha Suntharalingam จาก School of Environmental Sciences ของ UEA และผู้ร่วมวิจัยกล่าวว่า "งานนี้ให้ข้อมูลใหม่และมีค่าแก่เราเกี่ยวกับกระบวนการควบคุมการดูดซึมCO 2โดยพืชบนบกในพื้นที่เหนือของอาร์กติก .

"คาร์บอนิลซัลไฟด์ถูกพืชใช้ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ต่างจาก CO 2ตรงที่ไม่ถูกปล่อยกลับเข้าสู่บรรยากาศโดยกระบวนการหายใจของระบบนิเวศ ดังนั้นจึงทำให้เรามีวิธีแยกกระบวนการหลักสองอย่าง นั่นคือ การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจ ซึ่งควบคุมนั้น วิธีการแลกเปลี่ยนCO 2ระหว่างพืชพันธุ์บนบกกับบรรยากาศ

"งานวิจัยชิ้นนี้เป็นการประมาณการใหม่เกี่ยวกับการดูดซับคาร์บอนโดยระบบนิเวศบนบกในภูมิภาคละติจูดสูงในอเมริกาเหนือ

"ช่วยลดความไม่แน่นอนเมื่อเทียบกับการประเมินครั้งก่อน และยังตรวจสอบอิทธิพลของปัจจัยแวดล้อมอื่นๆ เช่น อุณหภูมิและการแผ่รังสีดวงอาทิตย์ ที่มีต่อกระบวนการควบคุมการดูดซึมคาร์บอนโดยระบบนิเวศละติจูดสูงเหล่านี้

"การวิเคราะห์ของเราแสดงให้เห็นถึงศักยภาพของการใช้การวัดคาร์บอนิลซัลไฟด์เป็นวิธีการที่เป็นอิสระในการรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับกระบวนการวัฏจักรคาร์บอนที่สำคัญ" เธอกล่าวเสริม

หัวหน้านักวิจัย Lei Hu สถาบันสหกรณ์เพื่อการวิจัยทางวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อม (CIRES) ที่ทำงานที่ NOAA ในโคโลราโดกล่าวว่า "ตอนนี้เราสามารถศึกษาว่าระบบนิเวศบนบกของอาร์กติกตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในระดับกระบวนการได้อย่างไร เพราะเราสามารถแยกการดูดซึมสังเคราะห์แสง และการหายใจของระบบนิเวศในระดับภูมิภาค”

คาร์บอนิลซัลไฟด์คืออะไร?

นักวิทยาศาสตร์ทราบมานานแล้วว่าพืชดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์หรือ CO 2เพื่อกระตุ้นการสังเคราะห์ด้วยแสงในช่วงฤดูปลูก แล้วปล่อยกลับสู่บรรยากาศในช่วงฤดูใบไม้ร่วงและฤดูหนาวเมื่อเนื้อเยื่อพืชสลายตัว การให้และรับซึ่งตั้งเทียบกับระดับ CO 2ในชั้นบรรยากาศที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถประเมินโดยตรงว่าการดูดซับCO 2โดยการสังเคราะห์ด้วยแสงเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไปโดยอาศัยการวัด CO 2เพียงอย่างเดียว

อย่างไรก็ตาม พืชต้องการสารอาหารอื่นๆ รวมทั้งกำมะถัน ซึ่งไม่ถูกปล่อยออกมาเมื่อสิ้นสุดฤดูปลูก คาร์บอนิลซัลไฟด์หรือ COS เป็นโมเลกุลธรรมดาที่คล้ายกับ CO 2มาก

ในขณะที่ CO 2ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอมและอะตอมออกซิเจนสองอะตอม COS ประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอนหนึ่งอะตอม อะตอมของออกซิเจนหนึ่งอะตอมและอะตอมของกำมะถัน ผลิตอย่างต่อเนื่องโดยกระบวนการในมหาสมุทร นอกจากนี้ยังสามารถพบได้ในก๊าซภูเขาไฟ การเผาไหม้น้ำมันดิบ หนองบึงและดินที่มีกำมะถัน เช่นเดียวกับไอเสียดีเซล ก๊าซธรรมชาติ และการปล่อยมลพิษของโรงกลั่น

มีอยู่ในบรรยากาศในปริมาณเล็กน้อย (ส่วนในล้านล้าน) การดูดซึมโดยพืชเป็นกระบวนการสำคัญที่กำจัด COS ออกจากบรรยากาศ

ระบบนิเวศของอาร์กติกเปลี่ยนแปลงไปอย่างไร?

ในการศึกษาครั้งใหม่ Hu และทีมนักวิจัยจาก NOAA, University of Colorado, Colorado State University, University of California -- Santa Cruz, NASA/Universities Space Research Association, Rutgers University และ UEA ได้วิเคราะห์การวัดบรรยากาศของคาร์บอนิลซัลไฟด์ที่เก็บรวบรวม จากเครือข่ายอ้างอิงก๊าซเรือนกระจกทั่วโลกของ NOAA ระหว่างปี 2552 ถึง 2556 เพื่อตรวจสอบการหมุนเวียนของคาร์บอนในแถบอาร์กติกในอเมริกาเหนือและเหนือ

การมีส่วนร่วมของ UEA ให้ข้อมูลและข้อมูลเกี่ยวกับแหล่งที่มาของคาร์บอนิลซัลไฟด์ในมหาสมุทรสู่ชั้นบรรยากาศ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกในมหาสมุทรเป็นแหล่งที่ใหญ่ที่สุดของโลกของ COS สู่ชั้นบรรยากาศ ดังนั้นความรู้ที่ถูกต้องเกี่ยวกับฟลักซ์เหล่านี้จึงเป็นสิ่งจำเป็นเมื่อใช้การวัดบรรยากาศเพื่อระบุและหาปริมาณการดูดซึม COS และ CO 2โดยพืชพรรณในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง

ทีมงานประเมินว่าพืชในภูมิภาคนี้ใช้คาร์บอน 3.6 พันล้านเมตริกตันจากชั้นบรรยากาศในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงในแต่ละปี พวกเขายังพบว่าอุณหภูมิที่ร้อนขึ้นทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นในการดูดซึมสุทธิในฤดูใบไม้ผลิและการปล่อยก๊าซสุทธิในฤดูใบไม้ร่วง แต่ไม่เท่ากันเนื่องจากการควบคุมโดยทั้งอุณหภูมิและแสง

ตั้งแต่ปี 2522-2531 ถึง 2553-2562 อุณหภูมิดินในฤดูใบไม้ผลิประจำปีในภูมิภาคเพิ่มขึ้นเฉลี่ย 0.9 องศา ในขณะที่อุณหภูมิฤดูใบไม้ร่วงเพิ่มขึ้น 1.8 องศา นักวิจัยพบว่าในฤดูใบไม้ผลิ อุณหภูมิของดินเพิ่มขึ้นช่วยเพิ่มการดูดซึมคาร์บอนจากการสังเคราะห์แสงเมื่อแสงแดดส่องเข้ามาในบริเวณดังกล่าว ในฤดูใบไม้ร่วง ปริมาณคาร์บอนที่พืชดูดซับจะลดลงตามปริมาณแสงแดดที่ลดน้อยลง แม้ว่าอุณหภูมิของดินจะสูงขึ้นจนถึงปลายฤดูใบไม้ร่วง

ในทางตรงกันข้าม เมื่อพูดถึงการปล่อย CO 2นักวิทยาศาสตร์พบว่าอัตราส่วนใหญ่ควบคุมโดยอุณหภูมิ

ผลลัพธ์ยังสอดคล้องกับการประมาณการผลิตขั้นต้นขั้นต้นขั้นต้นโดยอาศัยการรับรู้ระยะไกลผ่านดาวเทียมทั้งในด้านอวกาศและเวลา ซึ่งช่วยเพิ่มความมั่นใจในผลการวิจัย

ผลกระทบต่ออนาคต

หนึ่งในสิ่งที่ไม่รู้ใหญ่เกี่ยวกับอาร์กติกในอนาคตคือว่าชุมชนพืชรอบซีกโลกเหนือจะยังคงเพิ่มการดูดซึมคาร์บอนต่อไปหรือไม่เมื่อ CO 2ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น วิธีหนึ่งในการได้ภาพที่ชัดเจนขึ้น Hu กล่าวว่าจะทำการวัด COS เพิ่มเติมจากภูมิภาค

หากอุณหภูมิพื้นผิวอาร์กติกยังคงเพิ่มขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูใบไม้ร่วงและฤดูหนาว อาร์กติกอาจเริ่มปล่อย CO 2 ออกมามากกว่าที่มันใช้ ซึ่งทำให้การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศรุนแรงขึ้น

การขยายระบบการสังเกต COS ในชั้นบรรยากาศสามารถปรับปรุงความสามารถของนักวิทยาศาสตร์ในการเฝ้าติดตามปริมาณคาร์บอนที่ปล่อยพืชจากชั้นบรรยากาศออกจากชั้นบรรยากาศเมื่อระดับCO 2เพิ่มขึ้นและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความเข้าใจในการตอบกลับของวัฏจักรสภาพอากาศและคาร์บอนและการคาดการณ์สภาพอากาศในแถบอาร์กติกและ ภูมิภาคทางเหนือ

การศึกษานี้ได้รับทุนสนับสนุนบางส่วนจาก NASA โดยได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่องจาก Global Monitoring Laboratory ของ NOAAสล็อตออนไลน์ 918kiss