Wykorzystanie potencjału tlenu do badania ziemskiego obiegu węgla
Badanie obiegu węgla w ziemskiej przyrodzie może ujawnić cenne informacje na temat zdrowia ekosystemów, co jest szczególnie istotne w kontekście dwóch poważnych kryzysów, którym stawiamy obecnie czoła – zmiany klimatu i zaniku różnorodności biologicznej. Tlen (O2) jest silnie powiązany z dwutlenkiem węgla (CO2) poprzez fotosyntezę i oddychanie roślin, dzięki czemu jest doskonałym, choć dotychczas niewykorzystanym, źródłem informacji na temat ekosystemów oraz globalnego obiegu węgla. Jednak gromadzenie bardzo precyzyjnych pomiarów tlenu w skali ekosystemu lądowego jest niezwykle trudnym technicznie przedsięwzięciem w porównaniu z pomiarami CO2. Jednym z powodów jest fakt, że w atmosferze występuje znacznie wyższe stężenie tlenu. Oznacza to, że pomiar musi być tak samo precyzyjny, jednak stosunek analizowanych pierwiastków jest znacznie wyższy. „Można to porównać do próby wykorzystania wagi łazienkowej w celu sprawdzenia, czy badana osoba ogoliła się o poranku”, wyjaśnia Alexander Knohl, profesor bioklimatologii na Uniwersytecie w Getyndze i koordynator projektu OXYFLUX. Zespół finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu OXYFLUX z powodzeniem opracował nowatorski system pomiaru tlenu, wraz ze specjalnie zaprojektowanymi komorami do pomiaru wymiany gazowej z gałęzi drzew, pni i powierzchni gleby oraz precyzyjnym urządzeniem do analizy tlenu i dwutlenku węgla. „To pozwoliło nam prowadzić – po raz pierwszy na świecie – wysoce precyzyjne i ciągłe pomiary stosunku wymiany tlenu i dwutlenku węgla przez różne elementy ekosystemu podczas całego sezonu wegetacyjnego”, mówi Knohl.
Opracowanie innowacyjnego urządzenia do analizy tlenu
Nowe urządzenie do analizy tlenu to wyjątkowy system, w którego skład wchodzi ruchoma naczepa zapewniająca możliwość kontroli temperatury, a także urządzenia do przeprowadzania analiz, jednostkę kalibracyjną, jednostkę obsługi gazu i systemy osuszania powietrza. „Zaprojektowaliśmy i zbudowaliśmy własne komory wymiany gazowej do pomiaru wymiany CO2 i O2 z powierzchni gleby oraz z pni i gałęzi buków”, dodaje Knohl. Opracowany przez badaczy system wielokomorowy został zainstalowany w lesie Leinefelde w Niemczech, wśród 140-letnich drzew bukowych. System ten był w pełni zautomatyzowany i kontrolowany przez specjalne oprogramowanie, które wykonywało niemal ciągłe pomiary wymiany dwutlenku węgla i tlenu przez cały sezon wegetacyjny. Zespół skonstruował ponadto nowe stanowisko eksperymentalne w gospodarstwie rolnym w pobliżu Getyngi, aby mierzyć wahania tlenu, dwutlenku węgla i tlenku azotu (N2O).
Odkrycie niezrównoważonych strumieni
Główną innowacją projektu OXYFLUX było połączenie metod z dwóch dziedzin nauki – wysoce precyzyjnych pomiarów stężeń tlenu stosowanych w nauce o atmosferze oraz pomiarów wymiany gazowej znanej z nauk o ekosystemach. „Było to możliwe dzięki ścisłej współpracy z badaczem Andrew Manningiem i jego zespołem z Uniwersytetu Wschodniej Anglii w Zjednoczonym Królestwie oraz naprawdę świetnym zespołem współpracowników”, przekonuje Knohl. Zespół dostrzegł wyraźny brak równowagi w przepływach tlenu i dwutlenku węgla w różnych elementach ekosystemu, a także w całych ekosystemach, co sugeruje na przykład, że powszechna praktyka pomiaru stężenia samego CO2 może potencjalnie skutkować istotnymi odchyleniami w danych na temat oddychania pni drzew.
Łączenie społeczności akademickich
Projekt zainspirował również społeczność naukowców zajmujących się badaniem strumieni tlenu na lądzie dzięki międzynarodowym warsztatom zorganizowanym w Getyndze, które zgromadziły naukowców z Niemiec, Izraela, Niderlandów, Zjednoczonego Królestwa i Stanów Zjednoczonych. „Projekt OXYFLUX był zaledwie początkiem nowego, ekscytującego programu badawczego, który mój zespół będzie realizować przez następną dekadę”, mówi Knohl i podkreśla, że zespołowi udało się wykazać możliwość prowadzenia precyzyjnych pomiarów strumieni tlenu w ramach badań ekosystemów. „Mamy nadzieję, że zainspirujemy szersze grono ekologów zajmujących się środowiskiem lądowym i atmosferą do wspólnych badań nad tlenem, aby lepiej zrozumieć delikatne ekosystemy naszej planety”, dodaje badacz.
Słowa kluczowe
OXYFLUX, ekosystem, obieg węgla, lądowy, drzewo, pień, gałęzie, atmosfera, tlen, pomiar
