Войти
Оценка экономической ценности экосистем голубого углерода на гектар. На основе данных за 2009 год из ЮНЕП / ГРИД-Арендал. Голубой углерод означает углекислый газ, удаленный из атмосферы прибрежными океанами экосистемами, в основном мангровые заросли, солончаки, водоросли и потенциально макроводоросли в результате роста растений и накопления и захоронения органических веществ в почве.
Исторически океан, атмосфера, почва и наземные лесные экосистемы были крупнейшими естественными поглотителями углерода (C). Новое исследование роли растительных прибрежных экосистем выявило их потенциал как высокоэффективных поглотителей углерода и привело к научному признанию термина «голубой углерод». «Голубой углерод» обозначает углерод, который фиксируется через прибрежные экосистемы океана, а не через традиционные наземные экосистемы, такие как леса. Хотя растительные среды обитания океана покрывают менее 0,5% морского дна, они ответственны за более чем 50% и, возможно, до 70% всего накопления углерода в океанических отложениях. Мангровые заросли, солончаки и водоросли составляют большую часть океанской растительности местообитаний, но составляют лишь 0,05% растительной биомассы на суше. Несмотря на небольшой размер, они могут накапливать сопоставимое количество углерода в год и являются высокоэффективными поглотителями углерода. Морские травы, мангровые заросли и солончаки могут улавливать углекислый газ (CO. 2 ) из атмосферы путем связывания углерода в их нижележащих отложениях, в подземной и подземной биомассе и в мертвой биомассе.
В растительной биомассе, такой как листья, стебли, ветви или корни, голубой углерод может удерживаться от лет до десятилетий и от тысяч до миллионов лет в нижележащих отложениях растений. Текущие оценки долгосрочной способности захоронения голубого углерода C варьируются, и исследования продолжаются. Хотя прибрежные экосистемы, покрытые растительностью, занимают меньшую площадь и имеют меньшую надземную биомассу, чем наземные растения, они могут повлиять на долгосрочное связывание углерода, особенно в стоках наносов. Одна из основных проблем, связанных с Blue Carbon, заключается в том, что скорость потери этих важных морских экосистем намного выше, чем у любой другой экосистемы на планете, даже по сравнению с тропическими лесами. Текущие оценки предполагают потерю 2-7% в год, что означает не только потерю секвестрации углерода, но и потерю среды обитания, что важно для управления климатом, защиты прибрежных районов и здоровья.
Луговые водоросли Водоросли представляют собой группу из примерно 60 покрытосеменных видов, которые адаптировались к водной жизни и могут расти на лугах вдоль берегов всех континентов, кроме Антарктиды. Луга водорослей образуются на максимальной глубине до 50 метров, в зависимости от от качества воды и доступности света, и может включать до 12 различных видов на одном лугу. Эти луга морских водорослей представляют собой высокопродуктивные среды обитания, которые обеспечивают множество экосистемных услуг, включая стабилизацию отложений, среду обитания и биоразнообразие, лучшее качество воды, а также связывание углерода и питательных веществ. В настоящее время задокументированная площадь водорослей составляет 177 000 км, но считается, что общая площадь недооценена, поскольку многие участки с большими лугами водорослей не были тщательно задокументированы. Наиболее распространенные оценки составляют от 300 000 до 600 000 км, при этом до 4 320 000 км подходящей среды обитания водорослей по всему миру. Хотя водоросли составляют лишь 0,1% площади дна океана, они составляют примерно 10-18% от общего захоронения углерода в океане. В настоящее время глобальные луга морских водорослей, по оценкам, хранят до 19,9 Пг (гигатонн, или миллиарда тонн) органического углерода. Углерод в основном накапливается в морских отложениях, которые бескислородны и, таким образом, постоянно сохраняют органический углерод в масштабах десятилетий-тысячелетий. Высокие скорости накопления, низкий уровень кислорода, низкая проводимость осадка и более медленные скорости микробного разложения - все это способствует захоронению углерода и его накоплению в этих прибрежных отложениях. По сравнению с наземными средами обитания, которые теряют запасы углерода в виде CO 2 во время разложения или таких возмущений, как пожары или вырубка лесов, морские поглотители углерода могут удерживать C в течение гораздо более длительных периодов времени. Скорость связывания углерода на лугах из морских водорослей варьируется в зависимости от видов, характеристик наносов и глубины местообитаний, но в среднем скорость захоронения углерода составляет примерно 138 г С м / год. Средам обитания морских водорослей угрожают прибрежные эвтрофикация, повышение температуры морской воды, усиление седиментации и прибрежного развития, а также повышение уровня моря, что может снизить доступность света для фотосинтеза. Убыль водорослей ускорилась за последние несколько десятилетий: с 0,9% в год до 1940 г. до 7% в год в 1990 г., что составляет около 1/3 мировых потерь со времени Второй мировой войны. Ученые поощряют защиту и продолжение исследований этих экосистем на предмет хранения органического углерода, ценной среды обитания и других экосистемных услуг.
Мангровые леса Мангровые заросли представляют собой древесные галофиты, которые образуют приливные леса и обеспечивают множество важных экосистемных услуг, включая защиту прибрежных районов, рассадники прибрежных рыб и ракообразных, лесные товары, отдых, фильтрация питательных веществ и связывание углерода. Мангровые заросли расположены в 105 странах, а также в особых административных районах Китая (Гонконг и Макао ), четырех заморских провинций Франции Мартиники, Гвиана, Гваделупа и Майотта, а также оспариваемая территория Сомалиленд. Они растут вдоль береговых линий в субтропических и тропических водах, в основном в зависимости от температуры, но также меняются в зависимости от осадков, приливов, волн и течения воды. Поскольку они растут на пересечении суши и моря, у них есть полуземные и морские компоненты, включая уникальные приспособления, включая воздушные корни, живородящие эмбрионы и высокоэффективные механизмы удержания питательных веществ. В глобальном масштабе в 2012 году мангровые заросли накопили 4,19 ± 0,62 пг (ДИ 95%) углерода, при этом на Индонезию, Бразилию, Малайзию и Папуа-Новую Гвинею приходится более 50% мировых запасов. 2,96 ± 0,53 мкг глобального запаса углерода содержится в почве и 1,23 ± 0,06 мкг в живой биомассе. Из этих 1,23 Пг приблизительно 0,41 ± 0,02 Пг находится в подземной биомассе в корневой системе и приблизительно 0,82 ± 0,04 Пг - в надземной живой биомассе.
Глобальный покров мангровых зарослей оценивается между 83 495 и 167 387 км. км в 2012 г., при этом в Индонезии приходилось примерно 30% всей площади мангровых лесов в мире. На мангровые леса приходится примерно 10% глобального захоронения углерода, при этом предполагаемая скорость захоронения углерода составляет 174 г C м / год. Мангровые заросли, как и водоросли, обладают потенциалом связывания углерода в больших количествах. На их долю приходится 3% глобального поглощения углерода тропическими лесами и 14% захоронения углерода в прибрежных водах мирового океана. Мангровые заросли естественным образом нарушаются наводнениями, цунами, прибрежными штормами, такими как циклоны и ураганы, молниями, болезнями и вредителями, а также изменениями качества или температуры воды. Несмотря на то, что они устойчивы ко многим из этих природных нарушений, они очень чувствительны к антропогенному воздействию, включая городское развитие, аквакультуру, горнодобывающую промышленность и чрезмерную эксплуатацию моллюсков, ракообразных., рыба и древесина. Мангровые заросли обеспечивают глобально важные экосистемные услуги и секвестрацию углерода и, таким образом, являются важной средой обитания, которую необходимо сохранять и восстанавливать, когда это возможно.
Приливные болота Болота, приливные экосистемы с преобладанием травянистой растительности, которые можно найти во всем мире на побережьях от Арктики до субтропики. В тропиках на смену болотам приходят мангровые заросли в качестве доминирующей прибрежной растительности. Болота обладают высокой продуктивностью, при этом большая часть первичной продукции приходится на подземную биомассу. Эта подземная биомасса может образовывать отложения глубиной до 8 метров. Болота обеспечивают ценную среду обитания для растений, птиц и молоди рыб, защищают прибрежную среду обитания от штормовых нагонов и наводнений и могут снизить нагрузку биогенными веществами на прибрежные воды. Подобно местам обитания мангровых зарослей и водорослей, болота также служат важными поглотителями углерода. Болота изолируют C в подземной биомассе из-за высокой скорости органического осаждения и анаэробного разложения. Соляные болота покрывают во всем мире от 22 000 до 400 000 км, а предполагаемая скорость захоронения углерода составляет 210 г C м / год. Приливные болота подвергались воздействию людей на протяжении веков, включая модификации для выпаса скота, сенокоса, рекультивации для сельского хозяйства, развития и портов, пруды-испарители для производства соли, модификации для аквакультуры, борьбы с насекомыми, приливной силы и защиты от наводнений. Болота также подвержены загрязнению нефтью, промышленными химикатами и, как правило, эвтрофикацией. Интродуцированные виды, повышение уровня моря, перекрытие рек и уменьшение осадконакопления - это дополнительные долгосрочные изменения, которые влияют на среду обитания болот и, в свою очередь, могут повлиять на потенциал связывания углерода.
Водоросли И то, и другое макроводоросли и микроводоросли исследуются как возможные средства связывания углерода. Поскольку в водорослях отсутствует комплекс лигнин, связанный с наземными растениями, углерод из водорослей выбрасывается в атмосферу быстрее, чем углерод, улавливаемый на суше. Водоросли были предложены в качестве краткосрочного хранилища углерода, которое можно использовать в качестве исходного сырья для производства различных биогенных топлива. Микроводоросли часто рассматриваются как потенциальное сырье для производства углеродно-нейтрального биодизеля и биометана из-за высокого содержания в них липидов. С другой стороны, макроводоросли не обладают высоким содержанием липидов и имеют ограниченный потенциал в качестве сырья для биодизельного топлива, хотя их все же можно использовать в качестве сырья для производства другого биотоплива. Макроводоросли также были исследованы как сырье для производства biochar. Биочар, произведенный из макроводорослей, содержит больше важных для сельского хозяйства питательных веществ, чем биочар, произведенный из наземных источников. Еще один новый подход к улавливанию углерода с использованием водорослей - это комплексные системы улавливания углерода и производства водорослей на основе бикарбонатов (BICCAPS), разработанные в сотрудничестве между Университетом штата Вашингтон в США и Даляньским океаническим университетом в Китае. Многие цианобактерии, микроводоросли и макроводоросли могут использовать карбонат в качестве источника углерода для фотосинтеза. В BICCAPS алкалифильные микроводоросли используют углерод, уловленный из дымовых газов в форме бикарбоната. В Южной Корее макроводоросли используются в рамках программы смягчения последствий изменения климата. В стране создан прибрежный пояс удаления CO 2 (CCRB), который состоит из искусственных и естественных экосистем. Цель состоит в том, чтобы улавливать углерод с использованием больших площадей леса водорослей. Морская пермакультура также фиксирует углерод в проектах по выращиванию морских водорослей на шельфе Тасмании и Филиппин с потенциальным использованием от тропиков до океанов умеренного пояса.
Восстановление мангровых лесов, лугов из водорослей, болот и лесов водорослей было осуществлено во многих странах. Эти восстановленные экосистемы могут действовать как поглотители углерода. Было обнаружено, что восстановленные луга из морских водорослей начинают поглощать углерод в донных отложениях в течение примерно четырех лет. Это было время, необходимое для того, чтобы луг достиг достаточной плотности побегов, чтобы вызвать отложение наносов. Точно так же мангровые плантации в Китае показали более высокую скорость осаждения, чем бесплодные земли, и более низкие скорости осаждения, чем существующие мангровые леса. Считается, что такая закономерность в скорости осаждения является функцией молодого возраста плантации и более низкой плотности растительности.
Глобальное распределение голубого углерода 
Круговорот углерода Морские травы, мангровые заросли и болота - это типы прибрежных местообитаний, покрытых растительностью, которые покрывают примерно 49 миллионов гектаров во всем мире. Морские травы варьируются от полярных до тропических регионов, мангровые леса встречаются в тропических и субтропических экосистемах. и приливные болота встречаются в основном в регионах с умеренным климатом, например, на восточном побережье США. По мере того как среды обитания, в которых улавливается углерод, изменяются и уменьшаются, это накопленное количество C выбрасывается в атмосферу, продолжая текущие ускоренные темпы изменения климата. Воздействие на эти места обитания во всем мире прямо или косвенно приведет к высвобождению ранее накопленного углерода, который был поглощен отложениями этих мест обитания. Уменьшение растительности прибрежных местообитаний наблюдается во всем мире; примеры, наблюдаемые в мангровых зарослях, связаны с расчисткой прудов для креветок, например, в Индонезии, в то время как морские травы имеют как естественные причины, связанные с патогенами, так и могут усугубляться антропогенным воздействием. Трудно подсчитать количественные темпы сокращения, однако, по оценкам исследователей, измерения показывают, что если экосистемы голубого углерода продолжат сокращаться по любому количеству причин, 30-40% приливных болот и морских водорослей и примерно 100% мангровых зарослей могут исчезнуть. в следующем столетии.
Уменьшение количества морских водорослей связано с рядом факторов, включая засуху, проблемы с качеством воды, методы ведения сельского хозяйства, инвазивные виды, патогены, рыболовство и изменение климата. Остается более 35% мировой среды обитания мангровых зарослей. По данным Всемирного фонда дикой природы, сокращение среды обитания происходит из-за перекрытия рек, расчистки для аквакультуры, развития и т. Д., Перелова рыбы и изменения климата. Около 16% мангровых зарослей, оцененных МСОП, внесены в Красный список МСОП ; из-за развития и по другим причинам каждый шестой мангровый лес в мире находится под угрозой исчезновения. Плотины угрожают средам обитания, замедляя поступление пресной воды в мангровые заросли. Разрушение коралловых рифов также играет роль в здоровье среды обитания мангровых зарослей, так как энергия медленных волн рифов снижается до уровня, к которому мангровые деревья более терпимы. Соляные болота, возможно, не являются обширными по сравнению с лесами во всем мире, но они имеют коэффициент захоронения углерода, который более чем в 50 раз выше, чем в тропических лесах. Скорость захоронения была оценена в 87,2 ± 9,6 Тг C год, что выше, чем в тропических лесах, 53 ± 9,6 Тг C год. С 1800-х годов солончаки были нарушены из-за развития и непонимания их важности. Снижение на 25% с того времени привело к уменьшению площади потенциального стока углерода в сочетании с высвобождением когда-то захороненного C. Последствиями все более деградированной болотной среды обитания являются уменьшение запасов углерода в отложениях, уменьшение биомассы растений и, следовательно, уменьшение в фотосинтезе, уменьшающем количество CO 2, поглощаемом растениями, невозможности переноса C в стеблях растений в отложения, возможном ускорении эрозионных процессов из-за отсутствия биомассы растений и ускорении захоронения Выброс C в атмосферу.
Причины исчезновения мангровых зарослей, водорослей и болот включают изменения в землепользовании, последствия, связанные с климатом и засухой, плотины, построенные в водоразделе, приближение к аквакультуре и сельскому хозяйству, освоение земель и море- повышение уровня из-за изменения климата. Увеличение этой деятельности может привести к значительному сокращению доступной среды обитания и, таким образом, к увеличению выбросов углерода из отложений. По мере усиления антропогенного воздействия и изменения климата эффективность поглощения голубого углерода будет снижаться, а выбросы CO 2 будут еще больше увеличиваться. Данные о скоростях выброса CO 2 в атмосферу в настоящее время не являются надежными; тем не менее, проводятся исследования для сбора более точной информации для анализа тенденций. Потеря подземной биомассы (корней и корневищ) приведет к выбросу CO 2, превратив эти среды обитания в источники, а не поглотители углерода.
Органический углерод изолируется от океанической системы только в том случае, если достигает дна моря и покрывается слоем наносов. Пониженный уровень кислорода в подземных средах означает, что крошечные бактерии, которые поедают органические вещества и вдыхают CO 2, не могут разлагать углерод, поэтому он навсегда удаляется из системы. Органическое вещество, которое тонет, но не погребено в достаточно глубоком слое донных отложений, подвергается повторному взвешиванию в результате изменения океанских течений, биотурбации организмами, живущими в верхнем слое морских отложений, и разложения гетеротрофные бактерии. Если происходит какой-либо из этих процессов, органический углерод возвращается в систему. Связывание углерода имеет место только в том случае, если скорость захоронения отложениями превышает долгосрочные скорости эрозии, биотурбации и разложения.
Седиментация скорость, с которой плавающие или взвешенные твердые частицы опускаются и накапливаются на дне океана. Чем быстрее (энергичнее) ток, тем больше осадка он может собрать. По мере замедления течения отложений частицы выпадают из суспензии и оседают на морском дне. Другими словами, быстрый ток может собирать много тяжелых зерен, а медленный - только крошечные. Как вы можете себе представить, разные места в океане сильно различаются по количеству взвешенных наносов и скорости их осаждения.
открытый океан имеет очень низкие скорости осаждения, потому что большая часть отложений, образующих здесь, уносится ветром. Ветровой перенос составляет лишь небольшую часть от общего количества наносов, поступающих в Мировой океан. Кроме того, в открытом океане обитает гораздо меньше растений и животных, которые можно было бы похоронить. Следовательно, скорость захоронения углерода в открытом океане относительно низкая.
Прибрежные окраины имеют высокие скорости оседания из-за поступления наносов реками, на которые приходится подавляющее большинство отложений, поступающих в океан. В большинстве случаев отложения оседают у устья реки или переносятся в прибрежном направлении из-за воздействия волн. Местами отложения попадают в подводные каньоны и выносятся за пределы шельфа, если каньон достаточно велик или шельф узкий. На прибрежных окраинах также обитают разнообразные и многочисленные морские виды, особенно в местах, где периодические апвеллинги. Больше морской флоры и фауны в сочетании с более высокими темпами осаждения на прибрежных окраинах создают горячие точки для захоронения углерода.
Морские каньоны являются магнитами для наносов, потому что течения переносят отложения на шельф в прибрежном направлении, путь течения перпендикулярно пересекает каньоны. Когда такое же количество воды внезапно оказывается на гораздо более глубокой воде, он замедляется и осаждает осадок. Из-за экстремальных условий осадконакопления скорость захоронения углерода в каньоне Назаре около Португалии в 30 раз больше, чем на прилегающем континентальном склоне. Только на этот каньон приходится около 0,03% глобального захоронения наземного органического углерода в морских отложениях. Может показаться, что это не так уж и много, но подводный каньон Назарре составляет лишь 0,0001% площади дна мирового океана.
Люди изменяют циклы отложений в массовом масштабе в течение тысяч лет с помощью ряда механизмов.
Первое серьезное изменение в глобальном круговороте отложений произошло, когда люди начали очищать землю для выращивания сельскохозяйственных культур. В естественной экосистеме корни растений удерживают осадок во время дождя. Деревья и кустарники уменьшают количество осадков, попадающих в грязь, и создают препятствия, которые должны обтекать лесные ручьи. Когда вся растительность удалена, осадки попадают прямо на грязь, нет корней, которые могли бы удерживать отложения, и ничто не мешало ручью размывать берега, когда он течет прямо с горы. Из-за этого расчистка земель вызывает увеличение скорости эрозии по сравнению с естественной системой.
Первые плотины датируются 3000 г. до н.э. и были построены для контроля паводковых вод в сельском хозяйстве. Когда нагруженный наносами речной поток достигает водохранилища плотины, вода замедляется по мере накопления. Поскольку более медленная вода не может нести столько осадка, практически весь осадок выпадает из взвеси до того, как вода пройдет через плотину. В результате большинство плотин практически на 100% являются уловителями наносов. Кроме того, использование дамб для борьбы с наводнениями снижает способность нижележащих каналов образовывать наносы. Поскольку подавляющее большинство отложений происходит во время крупнейших паводков, снижение частоты и интенсивности паводковых потоков может резко изменить производительность. В течение тысяч лет было слишком мало плотин, чтобы оказывать значительное влияние на глобальные циклы отложений, за исключением локальных воздействий на несколько дельт рек, таких как Нил, которые были значительными. Однако популяризация гидроэнергетики в прошлом веке вызвала огромный бум строительства плотин. В настоящее время только треть крупнейших рек мира беспрепятственно впадают в океан.
В естественной системе берега реки меандрируют взад и вперед, как различные каналы размываются, срастаются, открываются или закрываются. Сезонные наводнения регулярно затопляют берега рек и наносят питательные вещества на прилегающие поймы. Эти услуги необходимы для природных экосистем, но могут доставлять неудобства людям, которые любят строить инфраструктуру и заниматься развитием вблизи рек. Реки в населенных пунктах часто разделены на каналы, что означает, что их берега, а иногда и русла защищены твердым материалом, таким как камни или бетон, которые предотвращают эрозию и фиксируют течение на месте. Это препятствует седиментации, потому что у реки остается гораздо меньше мягкого субстрата, чтобы унести ее вниз по течению.
Плотность растительности в мангровых лесах, луговых водорослях и приливных болотах является важным фактором в скорости захоронения углерода. Плотность растительности должна быть достаточной, чтобы изменить потоки воды, чтобы уменьшить эрозию и увеличить осаждение наносов.
Повышение улавливания и связывания углерода наблюдается как в мангровых зарослях, так и в экосистемах морских водорослей. которые были подвергнуты высокому содержанию питательных веществ намеренно или из-за отходов человеческой деятельности. Преднамеренное удобрение использовалось при восстановлении луговых водорослей. На лугу устанавливают насесты для морских птиц, а птичий помет является источником удобрений. Удобрение позволяет быстрорастущим разновидностям морских водорослей укорениться и расти. Видовой состав этих лугов заметно отличается от исходного луга из морских водорослей, хотя после восстановления луга и прекращения удобрения луга возвращаются к видовому составу, который больше напоминает нетронутый луг. Исследования, проведенные на мангровых почвах Красного моря, показали, что увеличение питательных веществ в этих почвах не увеличивает минерализацию углерода и последующее высвобождение CO 2. Этот нейтральный эффект удобрения не наблюдался для всех типов мангровых лесов. Уровень улавливания углерода в этих лесах также увеличился из-за увеличения темпов роста мангровых зарослей. В лесах с увеличением дыхания также наблюдалось увеличение роста мангровых зарослей до шести раз по сравнению с нормальными темпами.
A Министерства энергетики США в исследовании 2001 г. предлагалось воспроизвести естественный процесс связывания углерода в океане путем объединения воды, богатой газом CO 2, с карбонатом [CO. 3] для получения бикарбоната [HCO. 3] суспензия. На практике инженерный процесс может включать гидратацию CO 2 из дымовых газов электростанции и пропускание его через пористый слой известняка для «фиксации» углерода в насыщенном раствор бикарбоната. Затем этот раствор можно было бы отложить в море и погрузить в океанские глубины. Стоимость этого процесса, от захвата до захоронения в океане, оценивалась в диапазоне от 90 до 180 долларов за тонну CO 2 и сильно зависела от расстояния, необходимого для транспортировки известняка, морской воды и полученного раствора бикарбоната..
Ожидаемые выгоды от производства бикарбоната по сравнению с прямым закачиванием газа CO 2 заключаются в значительно меньшем изменении кислотности океана и более длительном периоде захоронения до того, как уловленный углерод будет выпущен обратно в атмосферу.
Портал по океанам 