Ett team av forskare från University of Massachusetts Amherst som specialiserat sig på att redogöra för koldioxidutsläppen från bäckar, floder och sjöar har nyligen visat att den kemiska processen som kallas "karbonatbuffring" kan stå för majoriteten av utsläppen i mycket alkaliska vatten. Dessutom förvränger karbonatbuffring den mest använda metoden för att spåra ursprunget till CO2 i strömmar.
Forskningen, publicerad i Global Biogeochemical Cycles , föreslår en bättre metod för att spåra ursprunget för flod CO2 utsläpp.
Inlandsvatten, inklusive bäckar, floder och sjöar, står för ungefär 5,5 gigaton CO2 utsläpp årligen – cirka 15 % av vad människor släpper ut. Men nuvarande klimatmodeller har problem med att redogöra för detta kol, säger Matthew Winnick, biträdande professor i Earth, Geographic and Climate Sciences vid UMass Amherst och tidningens huvudförfattare, delvis för att mycket av detta kol tycks produceras kryptiskt, genom karbonatbuffring.
"Processen är lite konstig", säger Winnick. "Det fungerar som en sorts dold reservpool av CO2 , fylla på kol som går förlorat till atmosfären och i slutändan öka mängden CO2 tillgänglig för avgasning."
För att visa hur denna dolda pool fungerar tittade Winnick och hans medförfattare, dåvarande UMass doktorand Brian Saccardi, på studier som fokuserade på kolinnehållet i haven. "Karbonatbuffring är ett riktigt välkänt fenomen i havet", säger Winnick, "och även om haven fungerar annorlunda än inlandsvatten, kunde vi låna de geokemiska ekvationerna för att bygga en serie modeller som kunde stå för ett brett spektrum av flod- och bäckförhållanden."
Så vad är karbonatbuffring? Det börjar med CO2 — som finns överallt:i luften, i jorden och i vattnet. När CO2 löses i vatten kan den reagera och bilda kolsyra, som genom ytterligare reaktioner sedan kan bli bikarbonat och karbonat. Denna reaktion kan också gå omvänt, vilket innebär att höga nivåer av bikarbonat och karbonat kan fungera som reservpooler av CO2 , köra utsläpp. Hela denna balans av CO2 , kallas vatten och karbonat "karbonatbuffring", och karbonatreserverna kan släppas ut som en växthusgas från strömsystem.
Faktum är att Winnick och Saccardi fann att denna dolda pool kan stå för mer än 60 % av CO2 utsläpp under alkaliska förhållanden.
Det finns ännu ett knep som karbonatbuffring har i rockärmen. I den globala uppvärmningens era är det ytterst viktigt att veta både hur mycket kol som släpps ut totalt och varifrån detta kol kommer. "Även om vi inte tror att strömutsläpp bidrar till den globala uppvärmningen, finns det en stor fråga om huruvida dessa utsläpp kommer att förändras när klimatet värms upp, vilket kan förstärka uppvärmningen i framtiden. För att förutsäga förändringar måste vi veta var CO2 kommer från", säger Winnick.
Men att ta reda på vilken molekyl av CO2 kom från vilken källa inte är en enkel uppgift. För att spåra kol, särskilt kol som släpps ut av vattendrag, använder forskare ofta kolisotoper, eller versioner av kol med olika massor, som fungerar som en sorts rättsmedicinsk signatur som kan indikera kolets ursprung.
Winnick och Saccardi upptäckte dock att isotopsignaler i strömmar är mycket känsliga för karbonatbuffrande reaktioner. "Det primära sättet vi använder isotoper för att spåra källor är genom deras relation med CO2 koncentrationer, men karbonatbuffring gör att dessa relationer bryts ner, säger Winnick. Denna nedbrytning kan peka på fel kolbov om den inte tas med på rätt sätt.
Ett sätt att redogöra för karbonatbuffring är att mäta flera isotoper av kol, föreslår den nya studien. Forskare fokuserar vanligtvis bara på en av de två spårisotoperna, på grund av den höga kostnaden för att analysera båda, men teamet har funnit att spårning av ursprunget till båda isotoperna kan hjälpa till att avslöja de dolda källorna till CO2 .
Mer information: Matthew J. Winnick et al, Impacts of Carbonate Buffering on Atmospheric Equilibration of CO2, δ13CDIC och Δ14CDIC in Rivers and Streams, Global Biogeochemical Cycles (2024). DOI:10.1029/2023GB007860
Tillhandahålls av University of Massachusetts Amherst
