эко

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 5591 (2023) Цитировать эту статью

993 доступа

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Эколого-морфодинамическая активность крупных тропических рек Южной и Центральной Америки анализируется для количественной оценки потока углерода от прибрежной растительности во внутренние воды. Мы провели многовременной анализ спутниковых данных для всех крупнейших рек Неотропиков (т.е. шириной > 200 м) за период 2000–2019 гг. с пространственным разрешением 30 м. Мы разработали количественную оценку высокоэффективного механизма углеродного насоса. Показано, что морфодинамика рек стимулирует экспорт углерода из прибрежной зоны и способствует чистой первичной продукции посредством комплексного процесса посредством омоложения и колонизации пойм. Показано, что только на этот насосный механизм приходится 8,9 миллионов тонн в год мобилизации углерода в этих тропических реках. Мы выявляем признаки речной эко-морфологической активности, которые служат показателем способности мобилизации углерода, связанной с речной деятельностью. Мы обсуждаем связь речной миграции и мобилизации углерода и влияние на интенсивность выбросов углекислого газа при строительстве планируемых плотин гидроэлектростанций в Неотропиках. Мы рекомендуем, чтобы будущая водная политика этих рек, ориентированная на выбросы углерода, включала аналогичный анализ.

Реки – это не просто пассивные и статичные транспортные системы, которые доставляют воду и наносы из верховьев в океаны, но вместо этого они активно влияют на глобальный углеродный баланс1,2. Хотя латеральный экспорт углерода из наземных экосистем признан ключевым путем в биогеохимическом углеродном цикле3, количественная оценка мобилизации углерода динамикой рек обычно игнорируется4,5,6,7. Изучая связь между нагрузкой наносами, динамикой рек и потоком углерода в тропических регионах Америки, мы показываем, что морфодинамика рек играет центральную роль в потоках углерода между наземными системами, речными коридорами и атмосферой.

Посредством глобальной оценки динамики и плотности растительности в Водно-наземной переходной зоне (ATTZ) мы показываем, что крупнейшие тропические реки Неотропиков ежегодно рекрутируют 8,90 ± 0,84 миллиона тонн углерода в виде биомассы из живой древесной прибрежной растительности. Изучая экоморфодинамический механизм перекачки углерода, мы определили, что это пополнение может способствовать благотворному циклу поглощения углерода, который в основном откладывается в поймах рек, но, вероятно, даже дальше, в океанах.

Согласно классической концепции речного континуума8, крупнозернистые органические вещества, выносимые из пойм рек, фрагментируются и разлагаются по мере продвижения вниз по течению с последующей трансформацией в твердые и растворенные органические вещества (POM и DOM соответственно), а затем выделяются газы. Однако судьба LWD, рекрутируемого речными водами, еще далеко не полностью объяснена. Например, было продемонстрировано, что реки с высоким содержанием наносов легко закапывают древесину, по крайней мере, с той же скоростью, что и древесина, экспортируемая в устья9. Несколько исследований предоставили доказательства того, что, попав в канал, LWD может сохраняться в аллювии чрезвычайно долгое время10,11. Это говорит о том, что некоторые процессы упускаются из виду при составлении баланса выбросов углерода в реках7. Действительно, хранение речных отложений является ключевым аспектом биогеохимического круговорота12, поскольку часть биосферного органического углерода сохраняется в наземных резервуарах в течение тысячелетних временных масштабов, прежде чем достичь конечных депоцентров в морских бассейнах13.

Подобно биологическому углеродному насосу14, посредством которого чистая продукция фитопланктона и его окончательное попадание в море переносят углерод из атмосферы во внутреннюю часть океана и в отложения морского дна, мы предполагаем, что фотосинтетическая фиксация прибрежной растительностью, пополнение прибрежной растительности, ее транспорт и захоронение взаимосвязаны. в комплексной взаимосвязи, в которой реки перекачивают углерод из атмосферы в долгосрочные запасы (т.е. поймы и океан). Мы предполагаем, что мобилизация углерода запускается двухступенчатым механизмом накачки. Первый шаг относится к экоморфодинамическому экспорту углерода из пойм рек (далее синтетически называемому eCE), тогда как второй шаг, а именно к расширенной чистой первичной продукции (ENPP), состоит из фиксации углерода, чему способствует вторжение растительности на голые земли. прибрежные территории, созданные в результате морфодинамической деятельности. Поэтому мы определяем экоморфодинамический углеродный насос (eCP) как комбинацию этих двух процессов, которые работают каскадно и которые в основном активизируются миграцией русел в извилистых реках (рис. 1b), а также переливами и наводнениями в многоводных реках. -нити реки. Первые представляют собой одиночные каналы с извилистой формой в плане, состоящей из ряда правильных кривых (меандров), движущихся и развивающихся во времени. Миграция меандра происходит из-за береговой эрозии на внешнем берегу изогнутых русел и формирования отмелей и пойм на внутреннем берегу. Для последних характерно наличие нескольких сообщающихся между собой русел, разделенных срединными русловыми перевалами или островами, заросшими растительностью.

10 cm in diameter and 1 m in length); (c) Sediments, litter humus, and soil organic carbon (SOC); (d) In-stream biomass which decomposition process produces Particulate Organic Matter (POM) and Dissolved Organic Matter (DOM). In this paper, we refer to carbon fluxes of live woody vegetation as the wood directly recruited from compartment (a) and delivered to the other compartments through bank erosion, flooding, uprooting and burial. We do not focus on SOC, whose dynamics have already been well explored elsewhere16,17./p> 200 m) in the Neotropics (i.e., South and Central America). Yellow-to-red arrows refer to ENPP (see main text). SCW: atmospheric $\hbox {CO}_2$ uptake from Silicate and Carbonate Weathering; ICW Inorganic Carbon input from Weathering; Bu: Burial; PF: Photosynthetic fixation; RZ: Riparian Zone. Meaning, definitions, source literature of fluxes F1–F4 and of all other arrows are reported in Supplementary Table S1. (b) In meandering rivers, channel-migration-driven capture of woody biomass is exported from the outer bank into the stream (eCE). Young biomass then colonizes the inner newly deposited point bar, driving further $\hbox {CO}_2$-fixation from the atmosphere (Enhanced Net Primary Production - ENPP), stabilizing the bar and promoting further river migration (feedback effect). Hydraulic energy (dashed blue arrows) drives morphodynamics and channel migration, while solar energy (dashed yellow arrows) drives the consequent $\hbox {CO}_2$-fixation from the atmosphere. The output of the pump is the mobilization of LWD and POM, which is eventually stored in river channel sediments downstream (sediment spiralling) or farthest in oceans./p> 0.3 TgC/year. The areas dynamically affected by these rivers occupy 35$\%$ of the total area considered. They include: (1) Extensive Exporters (eCEA < 50 MgC/ $\hbox {km}^2$ year), which are major contributors due to their large fluvial corridors, such as the Rio Negro; (2) Intensive Exporters (eCEA > 90 MgC/ $\hbox {km}^2$ year) with less extensive fluvial corridors but high migration rates (Mr > 4 $\times $ 10$^{-2}$ channel widths per year, Ref.25) such as the Ucayali River./p> 95%, after Ref.33). See Supplementary Discussion for details about the analysis of an additional group of rivers (defined as moderately altered by Ref.33, not considered in the main analysis). (f) Magnified view of Andean-foreland forest basin and distribution of planned new large hydroelectric dams (>1 MW, see Ref.36) shown by pink triangles. (l) Correlation between sediment transport, migration rate, and carbon export (data on migration rate and sediment transport from ref.25, in the river marked with * the migration rate was derived from the relationship Mr = 0.043.$\hbox {TSS}^{0.28}$, as suggested by Ref.25, where TSS is the total suspended sediment. (h) The longitudinal sequence of signatures in the frequency distribution (FD) for Amazon River corridor biomass density (NS, negatively skewed; MM, multimodal; PS, positively skewed.)/p>

In terms of areal efficiency, the eco-morphodynamic Carbon Pump of lowland tropical rivers is a high-performance machine. In the Amazon basin, the carbon exported annually per unit area of river-driven forest loss may be computed as eCE/$\hbox {A}_{RDFL}$ = 218–275 MgC/$\hbox {km}^2$ year (Table 1). This value is higher than other widely known fluxes of the carbon cycle, such as POC fluxes from eroded peatlands (< 78 MgC/$\hbox {km}^2$ year, Ref.53), the rate of carbon storage in upland blanket peatland (55 MgC/$\hbox {km}^2$ year, ref.54) and mass wasting in tropical steep lands (3–39 MgC/$\hbox {km}^2$ year, Ref.55). Furthermore, by examining the mineral weathering of silicate soils, we may refer to angiosperm-deciduous systems, which induce an estimated average loss rate of calcium ions of 4 Mg/$\hbox {km}^2$ year$$ > 2.3.CO;2 (1989)." href="/articles/s41598-023-32511-w#ref-CR56" id="ref-link-section-d345714672e2241"56. This corresponds to 2.4 MgC/$\hbox {km}^2$ year for the Urey reaction stoichiometry, a value 100 times smaller than the present process. Net oceanic upwelling C-flux per unit area due to thermohaline and Ekman circulations is instead a thousand times smaller57./p>0\), forest loss anticipated the non-RDE. Albeit counter-intuitive, even in this case, a positive causal connection can be possible. For example, a slow land conversion (e.g., from forest to cropland) that takes some years to cover a portion of territory observable through a MODIS-based dataset (coarse resolution 500 m) while was suddenly detected as forest change in the Landsat-based products (resolution of 30 m). In each plot performing a forest loss during the observation window, fire events were detected by using the MODIS-based dataset75. We set/p> 400\) MgC/$\hbox {km}^2$./p> 0.4) provides PS, negatively skewed (Sk $> -$ 0.4) provides NS, whereas moderate skewness (− 0.4 < Sk < 0.4) provides BS distributions. If only one of either (i) or (ii) is satisfied (i.e., just one sub-sample mode is detected to be distant from the median) the difference D = $\hbox {F}_{MR} - \hbox {F}_{ML}$ is computed to distinguish between NS (D < 0) and PS (D > 0) distributions. If the condition related to D is not satisfied the algorithm uses again $\hbox {S}_k$ to classify biomass density distributions in NS, PS or BS classes./p>

\)2.3.CO;2 (1989)./p>

Блог