なぜ河川が地球規模の炭素循環に重要なのか(Why rivers matter for the global carbon cycle)

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EPFLのTom Battin教授は、新しいジャーナル記事の中で、世界の河川ネットワークにおける炭素フラックスに関する我々の現在の理解についてレビューしています。彼は、地球規模の炭素循環における河川の中心的な役割を示し、世界的な河川観測システムの構築を提唱しています。 In a new journal article, EPFL professor Tom Battin reviews our current understanding of carbon fluxes in the world’s river networks. He demonstrates their central role in the global carbon cycle and argues for the creation of a global River Observation System.

2023-01-19 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

◆これまで、地球上の炭素循環に関する理解は、主に海洋と陸域の生態系に限られていました。EPFLの河川生態系研究所(RIVER)を率いるトム・バッティンは、このたび、変化する世界において河川ネットワークが果たす重要な役割について、新たな光を当てました。この研究成果は、『ネイチャー』誌の依頼で執筆された総説で概説されています。
◆彼らの研究は、最新のデータを組み合わせて、陸、大気、海洋を統合した地球規模の炭素フラックスにとって、河川生態系が極めて重要であることを初めて証明したのです。
◆論文の中で、著者らは地球規模の河川生態系の代謝の役割に注目しています。「河川生態系は、人体よりもはるかに複雑な代謝を担っています」とBattinは説明します。「河川生態系は、微生物の呼吸と植物の光合成の複合作用によって、酸素と二酸化炭素の両方を生産しています。生態系の代謝が炭素フラックスに与える影響を評価・定量化するためには、その根底にあるメカニズムを十分に理解することが重要です” と。ブリュッセル自由大学(ULB)の教授で、寄稿者の一人であるPierre Regnierは、こう付け加えています。「河川生態系の代謝は、酸素や温室効果ガスの大気との交換を決定するため、炭素循環をより正確に測定するための重要な第一歩となります。科学者たちはすでに、湖沼、沿岸環境、外洋について、最近の総量を推定しています。私たちの研究は、このパズルに欠けているピースを加え、”青い惑星 “にとって重要なこのプロセスを包括的、統合的、定量的に把握する道を開いたのです」。研究者らは、河川生態系の呼吸と植物の光合成に関する世界的なデータを集計して、この発見にたどり着いた。
◆その結果、河川生態系の代謝と地球規模の炭素循環との間に明確な関連性があることが明らかになった。河川生態系の代謝は、海へ水を送り出す際に、陸上生態系由来の有機炭素を消費し、大気中にCO2を放出する。代謝されずに残った有機炭素は、大気中に放出されなかったCO2とともに海洋に流れ込みます。このような河川からの炭素の投入は、沿岸海域の生物地球化学に影響を与える可能性がある。
◆Battinたちは、地球規模の変化、特に気候変動、都市化、土地利用の変化、ダムなどの流量調節が、河川生態系の代謝や関連する温室効果ガスフラックスにどのような影響を及ぼすかについても論じている。例えば、農地を流れる河川は、肥料から大量の窒素を受け取っています。窒素濃度の上昇は、地球温暖化による気温の上昇と相まって、富栄養化を引き起こし、藻類が大量に発生する原因となる。この藻類が死滅すると、メタンや亜酸化窒素の発生を促し、CO2よりもさらに強力な温室効果ガスが発生する。また、ダムは富栄養化を悪化させ、温室効果ガスの排出をさらに増加させる可能性があります。
◆著者らは、地球規模の炭素循環における河川の役割をより定量化し予測するために、地球規模の河川観測システム(RIOS)の必要性を強調し、論文を結んでいる。RIOSは、河川のセンサーネットワークと衛星画像からのデータを数学的モデルと統合し、河川生態系の代謝に関連する炭素フラックスをほぼリアルタイムで生成します。「RIOSは、河川生態系を診断し、人間による攪乱に対応するためのツールになります」とBattin教授は話します。「河川ネットワークは、私たちが健康のために監視している血管系に匹敵するものです。今こそ、世界の河川ネットワークの健全性を監視する時なのです」。このメッセージは、これ以上ないほど明確なものです。

<関連情報>

変化する世界における河川生態系の代謝と炭素の生物地球化学 River ecosystem metabolism and carbon biogeochemistry in a changing world

Tom J. Battin,Ronny Lauerwald,Emily S. Bernhardt,Enrico Bertuzzo,Lluís Gómez Gener,Robert O. Hall Jr,Erin R. Hotchkiss,Taylor Maavara,Tamlin M. Pavelsky,Lishan Ran,Peter Raymond,Judith A. Rosentreter & Pierre Regnier
Nature  Published:18 January 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41586-022-05500-8

Abstract

River networks represent the largest biogeochemical nexus between the continents, ocean and atmosphere. Our current understanding of the role of rivers in the global carbon cycle remains limited, which makes it difficult to predict how global change may alter the timing and spatial distribution of riverine carbon sequestration and greenhouse gas emissions. Here we review the state of river ecosystem metabolism research and synthesize the current best available estimates of river ecosystem metabolism. We quantify the organic and inorganic carbon flux from land to global rivers and show that their net ecosystem production and carbon dioxide emissions shift the organic to inorganic carbon balance en route from land to the coastal ocean. Furthermore, we discuss how global change may affect river ecosystem metabolism and related carbon fluxes and identify research directions that can help to develop better predictions of the effects of global change on riverine ecosystem processes. We argue that a global river observing system will play a key role in understanding river networks and their future evolution in the context of the global carbon budget.

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