Ett par forskare vid University of Massachusetts Amherst publicerade nyligen resultaten av en studie som är den första som använder en processbaserad modellering för att förstå hur mycket CO₂ floder och bäckar bidrar till atmosfären. Teamet fokuserade på East Rivers vattendelare i Colorados Rocky Mountains och fann att deras nya tillvägagångssätt är mycket mer exakt än traditionella metoder, som överskattade CO₂ utsläpp med upp till en faktor 12. En tidig onlineversion av forskningen publicerades nyligen av Global Biogeochemical Cycles.

Forskare hänvisar till den totala CO₂ cirkulerar genom jorden och atmosfären som kolbudget. Denna budget inkluderar båda antropogena källor till CO₂ , som de som kommer från förbränning av fossila bränslen, såväl som mer naturliga källor till CO₂ som är en del av planetens regelbundna kolcykel. "I den globala klimatförändringens era", säger Brian Saccardi, doktorand i geovetenskap vid UMass Amherst och huvudförfattare till den nya forskningen, "måste vi veta vilka basnivåerna för CO₂ är, var de kommer ifrån och hur de fysiska processerna för koldioxidutsläpp fungerar." Utan en sådan baslinje gör det det svårt att veta hur jorden förändras som CO₂ nivåerna ökar.

Bäckar och floder är en av de många platser som naturligt släpper ut CO₂ – Forskare har länge vetat detta, men det har varit en mycket svår siffra att fastställa. Delvis beror detta på att CO₂ utsläppen fluktuerar snabbt och det har visat sig ogenomförbart att fysiskt övervaka alla jordens flodnät. Och så forskare förlitar sig vanligtvis på statistiska modeller för att uppskatta hur mycket CO₂ bäckar och floder släpper ut. Problemet, förklarar Saccardi, är att modellerna inte tar hänsyn till hela komplexiteten i hur CO₂ rör sig från grundvattnet till bäcken eller floden, vad händer med det när det väl är där och hur mycket som släpps ut till atmosfären.

"Det här är första gången vi redogör för de fysiska processerna själva", säger Matthew Winnick, professor i geovetenskap vid UMass Amherst och tidningens medförfattare. "Vi behöver veta hur varje steg av CO₂s rörelse fungerar, så vi vet hur de kommer att reagera på klimatförändringarna."

Saccardi och Winnick designade, testade och validerade en "processbaserad" modell som förlitar sig på fysikens lagar såväl som empiriska mätningar för att komma fram till dess uppskattningar. Paret gjorde 121 mätningar av bäckar i den avlägsna East River-vattendelaren i Colorado, mot vilka de kunde testa sin nya modell. Och resultaten var tydliga:Enligt forskningen är deras modell mycket mer exakt än standardmetoderna.

Även om Saccardi och Winnick är snabba med att påpeka att deras slutsatser endast gäller East Rivers vattendelare, har de framtida planer på att tillämpa sin processbaserade modell mer brett och misstänker att deras nya metod kan hjälpa till att radikalt omvärdera jordens naturliga kolbudget.