Tích tụ chất hữu cơ trong hồ ôxy
của Đại học Minnesota
Hình vẽ khái niệm cho thấy sự khác biệt giữa hồ lưu vực mở (A) và hồ kín (B) và việc sản xuất DOM ngoan cố (RDOM). Mặc dù dựa trên công việc trong nghiên cứu này, mô hình khái niệm này có thể áp dụng cho hầu hết các hệ thống nước ngọt với thời gian lưu trú của nước là một biến số quan trọng. Các lưu vực lộ thiên được kết nối chặt chẽ với lưu vực của chúng và có thời gian cư trú ngắn, cung cấp CDOM và thúc đẩy sự đa dạng của vi sinh vật. CDOM hấp thụ bức xạ mặt trời làm giảm bức xạ mặt trời đến độ sâu của cột nước. Sự hấp thụ CDOM cũng dẫn đến việc tạo ra các loại oxy phản ứng, tạo điều kiện cho vi khuẩn phân hủy và tiêu thụ DOC. Hầu hết sản lượng DOC do thực vật phù du và đại thực sinh là không bền (LDOM) và bị phân hủy bởi các quá trình quang hóa và vi sinh vật thành chủ yếu là các hợp chất không bền khác và CO2, dẫn đến sản xuất ít hệ sinh thái ròng do sự cân bằng giữa quang hợp (P) và hô hấp (R ). Trong lưu vực kín, các hồ có thời gian cư trú lâu dài, các kết nối với lưu vực bị cắt đứt với ít CDOM và vi sinh vật đầu vào. Do đó, mức độ ánh sáng trong hồ cao hơn, làm tăng vai trò của quá trình quang hợp đồng thời làm giảm sự đa dạng của vi sinh vật có khả năng phân hủy DOC, tạo điều kiện cho P> R. Những điều kiện này cùng với quy mô thời gian dài hơn cho sự phân hủy DOM dẫn đến tăng kích thước hồ bơi của RDOM. Ảnh: Thư giới hạn và Hải dương học (2022). DOI: 10.1002 / lol2.10265
Khi chúng ta đốt nhiên liệu hóa thạch, nó không chỉ tạo ra carbon dioxide, tác nhân gây ra biến đổi khí hậu mà còn tiêu thụ oxy mà chúng ta thở. Tuy nhiên, lượng oxy trong khí quyển do thực vật tạo ra gần như cân bằng với lượng tiêu thụ của động vật, giữ ở mức khoảng 21% khí quyển. Điều này đặt ra một câu hỏi lớn liên quan đến sự tồn tại của chúng ta và tương lai của đa dạng sinh học: điều gì giữ cho mức độ oxy trong bầu khí quyển của chúng ta tương đối ổn định?
Oxy giúp phân hủy chất hữu cơ để giải phóng carbon dioxide — một quá trình bạn có thể thấy trong đống phân trộn ở sân sau. Tuy nhiên, ở một số nơi trên Trái đất, các chất hữu cơ như mảnh vụn thực vật có thể tồn tại hàng nghìn năm bất chấp sự hiện diện của lượng oxy dồi dào. Giáo sư James Cotner của Đại học Khoa học Sinh học muốn hiểu rõ hơn tại sao điều này lại xảy ra và tác động của nó đối với quá trình hấp thụ carbon và biến đổi khí hậu.
Trong một nghiên cứu gần đây được công bố trên tạp chí Limnology and Oceanography Letters, Tiến sĩ Cotner và các đồng tác giả N.J. Anderson và Christopher Osburn đã lấy mẫu các hồ ở Greenland, nơi các hợp chất hữu cơ hòa tan có thể tích tụ với nồng độ lớn hơn 200 lần so với nồng độ trong đại dương. Một số trong số những hồ này nằm ngay cạnh những hồ có nồng độ thấp hơn nhiều, và họ muốn hiểu tại sao chất hữu cơ được bảo tồn trong một số hồ mà không phải những hồ khác. Họ đo độ mặn của các hồ để xác định mối liên hệ giữa các hồ với lưu vực sông và sử dụng phương pháp xác định niên đại bằng cacbon phóng xạ để đo tuổi của chất hữu cơ. "Công trình của chúng tôi dường như cho thấy thủy văn và ánh sáng mặt trời có thể có ảnh hưởng lớn đến quá trình cô lập." Cotner nói.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng:
Các hồ ít mặn được kết nối tốt với các lưu vực xung quanh sẽ phân hủy chất hữu cơ nhanh hơn nhiều so với các hồ bị cô lập, tức là mặn hơn.
Tiếp xúc với ánh sáng mặt trời và sản xuất các chất chuyển hóa của vi khuẩn khi chúng bị bỏ đói chất dinh dưỡng có thể tạo điều kiện tích tụ chất hữu cơ trong các hồ ít kết nối.
Thủy văn là một phần quan trọng của chu trình carbon trên bề mặt Trái đất, và cả các quá trình tự nhiên và do con người điều khiển như nông nghiệp đều tác động đến kết nối thủy văn với các tác động đối với cả chu trình carbon và oxy trong khí quyển của chúng ta.
"Chúng tôi hơi bị sốc khi thấy rằng tuổi của chất hữu cơ hòa tan tương quan rất tốt với độ mặn của nước hồ, cho thấy rằng chất hữu cơ rất cũ có thể tồn tại trong các hồ không liên quan tốt đến cảnh quan xung quanh của chúng." John Anderson, một đồng tác giả từ Đại học Loughborough cho biết.
Nghiên cứu sâu hơn trong lĩnh vực này có thể tiết lộ thêm về cách thức cô lập carbon trong tự nhiên, điều này cũng có thể có ý nghĩa đối với những nỗ lực của con người trong việc cô lập carbon. Cotner cho biết: “Công việc trong tương lai của chúng tôi sẽ tập trung vào tầm quan trọng của tannin, hợp chất humic và chất dinh dưỡng cũng như vai trò của các vi sinh vật khác nhau trong đất đối với sự phân hủy chất hữu cơ trong nước ngọt.
