습지 메탄 배출량

Wetland methane emissions

매년 대기메탄 167Tg을 기부하는 습지;[1] 습지는 세계에서 가장 큰 자연적인 대기 메탄원이며, 따라서 기후 변화에 관한 주요 관심 영역으로 남아 있다.[2][3][4] 습지는 물이 고인 토양과 끊임없이 존재하는 의 존재에 맞춰 진화하고 적응해 온 식물동물 종의 독특한 공동체가 특징이다. 이 높은 수준의 수분 포화는 메탄 생산에 도움이 되는 조건을 만든다.

메탄생성 또는 메탄생성은 대부분 산소가 부족한 환경에서 발생한다. 따뜻하고 습한 환경에서 사는 미생물들은 대기 중에 확산될 수 있는 것보다 더 빨리 산소를 소비하기 때문에 습지는 메탄노겐 활동뿐만 아니라 발효를 위한 이상적인 혐기성 환경이다. 그러나, 메탄노제스의 수준은 산소의 이용가능성, 토양의 온도, 토양의 구성에 따라 변동할 수 있다; 유기 물질이 풍부한 토양을 가진 더 따뜻하고 혐기적인 환경은 메탄노제스의 효율을 높일 수 있을 것이다.[5]

발효는 어떤 종류의 미생물이 필수 영양소를 분해하기 위해 사용하는 과정이다. 아세토카스틱 메탄노제시스라고 불리는 과정에서 분류영역 고고학의 미생물은 아세테이트와 H-CO를22 메탄과 이산화탄소로 발효시켜 메탄을 생산한다.

H3C-COOH → CH4 + CO2

습지와 고고학의 종류에 따라 메탄을 생산하는 또 다른 과정인 수소영양성 메탄생식도 발생할 수 있다. 이 과정은 고고학이 수소를 이산화탄소로 산화시켜 메탄과 물을 산출한 결과로 일어난다.

4H2 + CO2 → CH4 + 2H2O

습지 분류

습지는 흔히 경관 위치, 식물, 수문학적 체계에 의해 분류된다.[6] 습지 수업은 습지, , , 늪지, 펜스, 피아트랜드, 머스크, 프레리 포트홀(육지 형태),[7] 포코신 등을 포함한다. 습지 수업의 특성은 메탄 배출의 규모를 알리는 데 도움을 줄 수 있다. 그러나 습지계급은 공간적으로나 일시적으로 메탄 배출량의 변동성이 높은 것으로 나타났다.[8]

습지에서의 메탄 방출 경로

일단 생성되면, 메탄은 분자 확산, 식물을 통한 수송, 그리고 이불화라는 세 가지 주요 경로를 통해 대기에 도달할 수 있다. 1차 생산성은 식물이 습지의 메탄 생산 과정에 필요한 탄소의 많은 부분을 제공할 뿐만 아니라 그것의 운송에도 영향을 줄 수 있기 때문에 직접적으로 그리고 간접적으로 메탄 방출에 연료를 공급한다.

확산

프로파일을 통한 확산은 메탄이 토양과 물의 몸체를 통해 대기에 도달하는 움직임을 말한다. 통로로서의 확산의 중요성은 토양과 식물의 종류에 따라 습지마다 다르다.[9] 예를 들어, 피아트랜드에서는, 부패하지는 않지만, 유기 물질은 메탄의 비교적 느린 확산으로 귀결된다.[10] 게다가, 메탄은 물보다 흙을 통해 더 빨리 이동할 수 있기 때문에, 확산은 더 건조하고 느슨하게 압축된 토양을 가진 습지에서 훨씬 더 큰 역할을 한다.

아렌치마

plant aerenchyma
여기에 나타난 바와 같이 식물의 침전물을 통한 식물 매개 메탄 유량은 식물이 출현하는 습지의 총 메탄 유량의 30-100%를 기여할 수 있다.[11]

식물의 아렌치마는 특정 종류의 식물의 조직 내에 있는 혈관 같은 수송관을 말한다. 아렌치마가 있는 식물은 식물 뿌리로 직접 가스를 이동시킬 수 있는 다공성 조직을 가지고 있다. 메탄은 이 수송 시스템을 이용하여 토양에서 대기로 직접 이동할 수 있다.[10] 아렌치마에 의해 만들어진 직접적인 "흔들림"은 메탄이 산소에 의한 산화를 우회할 수 있게 해주며, 이 산소는 식물들에 의해서도 뿌리까지 운반된다.

이불화

Evullition은 메탄의 거품이 공기 중으로 갑자기 방출되는 것을 말한다. 이 거품들은 메탄가스가 토양을 형성하면서 시간이 지남에 따라 메탄가스가 쌓이는 결과로 발생한다. 이렇게 갇힌 메탄 주머니의 크기가 커지면 흙의 수준도 서서히 높아지게 된다. 이 현상은 너무 많은 압력이 쌓일 때까지 계속되며, 거품이 "펌프"되어 메탄을 토양을 통해 너무 빨리 운반하여 토양의 메탄생성 유기체에 의해 소비될 시간이 없다. 이 가스의 방출과 함께, 토양의 수준은 한 번 더 떨어진다.

습지의 이불화는 피에조미터라고 불리는 섬세한 센서에 의해 기록될 수 있는데, 이것은 흙 안에 압력 주머니의 존재를 감지할 수 있다. 유압 헤드는 또한 압력이 증가하여 방출되는 결과로 토양의 미묘한 상승과 하락을 감지하는 데 사용된다. 피에조계와 수압 헤드를 이용하여, 미국 북부 피아트랜드에서 메탄의 공급원으로서 이설화의 중요성을 결정하기 위한 연구가 수행되었다. Evullisation이 사실 미국 북부의 메탄 배출의 중요한 원천이라고 판단되었을 뿐만 아니라, 상당한 강우량 후에 압력이 증가했다는 것도 관찰되어 강우량이 습지의 메탄 배출과 직접 관련이 있음을 시사했다.[12]

습지로부터의 메탄 배출량 제어 요인

습지에서 나오는 메탄 방출의 크기는 대개 와이드 공분산, 경사도 또는 실내 유동 기법을 사용하여 측정되며, 물표, 메탄 유발 박테리아와 메탄 유발 박테리아의 비교 비율, 수송 메커니즘, 온도, 기질 유형, 식물 수명 및 기후를 포함한 몇 가지 요인에 따라 달라진다. 이러한 요인들은 습지의 메탄 유속을 효과적이고 제어하기 위해 함께 작용한다.

전반적으로 대기 중 메탄 순유속의 주요 결정요인은 메탄가스를 메탄가공성 박테리아에 의해 산화되는 메탄가공성 박테리아에 의해 수면으로 배출되는 메탄가스의 비율이다.[8] 이 비율은 차례로 환경 내 메탄의 다른 제어 요인에 의해 영향을 받는다. 또한, 메탄 방출 경로는 메탄이 대기 중으로 이동하는 방법에 영향을 미치며, 따라서 습지의 메탄 유량에 동일한 영향을 미친다.

워터 테이블

가장 먼저 고려해야 할 제어 인자는 물 테이블의 수위다. 수영장과 물 테이블 위치는 메탄 생산이나 산화가 일어날 수 있는 지역을 결정할 뿐만 아니라, 메탄이 공기 중으로 얼마나 빨리 확산될 수 있는지를 결정한다. 물을 통해 이동할 때, 메탄 분자는 빠르게 움직이는 물 분자와 부딪혀 표면에 도달하는 데 더 오랜 시간이 걸린다. 그러나, 흙을 통한 여행은 훨씬 더 쉬워지고 대기 중으로 더 쉽게 확산된다. 이 이동 이론은 가뭄으로 인해 물 테이블이 떨어진 후 메탄의 상당한 유속이 발생한 습지에서 이루어진 관측에 의해 뒷받침된다.[8] 만약 물 테이블이 표면 위나 위에 있다면, 메탄 수송은 주로 사멸과 혈관 또는 가압식물의 매개 수송을 통해 이루어지기 시작하고, 가압식 환기를 사용하는 식물에서 낮 동안 높은 수준의 방출이 발생한다.[8]

온도

온도는 또한 환경 온도, 특히 토양의 온도는 박테리아에 의한 생산이나 소비의 신진대사율에 영향을 미치기 때문에 고려해야 할 중요한 요소다. 덧붙여 메탄 플럭스는 계절과 함께 매년 발생하기 때문에, 온도 변화가 물 테이블 레벨과 결합하여 계절의 순환을 유발하고 조절한다는 것을 암시하는 증거가 제공된다.[13]

기질구성

토양과 기질 이용가능성의 구성은 메탄생성 박테리아와 메탄생성 박테리아에 이용 가능한 영양소를 변화시켜 메탄 생산과 소비율에 직접적인 영향을 미친다. 예를 들어, 아세테이트나 수소와 이산화탄소의 농도가 높은 습지 토양들은 메탄 생산에 도움이 된다. 또한, 식물 생물의 종류와 식물 분해량은 산도뿐만 아니라 박테리아에게 이용 가능한 영양소에 영향을 미친다. Sphagnum의 페놀 화합물과 같은 식물 침출물은 또한 메탄 생산과 소비에 영향을 주기 위해 토양 특성과 상호작용할 수 있다.[14] 셀룰로오스의 지속적인 가용성과 약 6.0의 토양 pH는 메탄 생산과 소비를 위한 최적의 조건을 제공하도록 결정되었지만, 기질 품질은 다른 요인에 의해 무시될 수 있다.[8] 토양 pH와 성분은 여전히 물 테이블과 온도의 효과와 비교되어야 한다.

순 생태계 생산

습지에서 나오는 메탄 배출과 직접적인 관련이 있는 것으로 나타난 요인이 모두 순생태계 생산(NEP)과 기후변화다. 수심이 높은 습지에서는 메탄 방출과 함께 NEP가 증가하고 감소하는 것으로 나타났는데, 이는 기질 가용성과 토양 조성이 있는 NEP와 메탄 방출 플럭스 둘 다에 기인한 것일 가능성이 가장 크다. 하부 수반이 있는 습지에서는 토양의 안팎으로 산소가 이동하면 메탄 산화와 메탄생성 억제가 증가해 메탄 배출과 NEP의 관계가 무효화될 수 있는데, 이는 메탄생산이 토양 깊은 곳에서의 인자에 의존하게 되기 때문이다.

기후 변화는 메탄 배출에 영향을 미치는 모든 요인인 수표, 온도, 습지 내의 식물 구성 등 생태계 내의 많은 요인에 영향을 미친다. 그러나, 기후 변화는 또한 주변 대기의 이산화탄소 양에도 영향을 미칠 수 있는데, 이는 이산화탄소 수치가 두 배로 증가한 지역에서 메탄 유속이 80% 감소하는 것을 보여주듯이 대기 중의 메탄 가스를 감소시킬 것이다.[8]

습지의 인간개발

인간은 종종 개발, 주택, 농업이라는 이름으로 습지를 배수한다. 습지를 배출함으로써, 물 테이블은 낮아지고, 토양 내 메탄가공성 박테리아에 의한 메탄의 소비를 증가시킨다.[8] 그러나 배수 작업으로 인해 물이 포화상태에 이른 도랑들이 발달하는데, 이는 따뜻하고 습한 환경 때문에 결국 다량의 메탄을 배출하게 된다.[8] 따라서 메탄 방출에 대한 실제 효과는 여러 가지 요인에 따라 강하게 끝나게 된다. 배수구가 충분히 떨어져 있지 않으면 포화 도랑이 형성되어 작은 습지 환경을 조성할 것이다. 게다가, 만약 물 테이블이 충분히 낮아진다면, 그 습지는 실제로 메탄의 원천에서 메탄을 소비하는 싱크대로 바뀔 수 있다. 마지막으로, 원래의 습지의 실제 구성은 배수와 인간의 발달에 의해 주변 환경이 어떻게 영향을 받는지를 변화시킨다.

참조

  1. ^ "Global Methane Budget". Global Carbon Project. Retrieved 4 December 2018.
  2. ^ Houghton, J. T. 외 (Eds.) (2001) 미래 기후 변화 예측, 기후 변화 2001: 정부간 기후변화위원회 제3차 평가보고서에 대한 과학근거, 작업그룹 I의 기여도, 881 pp.
  3. ^ 브리검, S. D., 카딜로-퀴로즈, H., 켈러, J. K.와 짱, Q. (2013), 습지에서 나오는 메탄 방출: 생물화학, 미생물, 지역적 규모에서 전지구적 규모로 모델링 관점. Glob Change Biol, 19: 1325–1346. doi:10.111/gcb.12131
  4. ^ Comyn-Platt, Edward (2018). "Carbon budgets for 1.5 and 2 °C targets lowered by natural wetland and permafrost feedbacks" (PDF). Nature. 11 (8): 568–573. Bibcode:2018NatGe..11..568C. doi:10.1038/s41561-018-0174-9. S2CID 134078252.
  5. ^ Christensen, T. R., A. Ekberg, L. Strom, M. Mastepanov, N. Panikov, M. Oquist, B. H. Svenson, H. Nykanen, P. J. Martikainen, and H. Oskarsson (2003), Factors controlling large scale variations in methane emissions from wetlands, Geophys. 레트, 30, 1414, doi:10.1029/2002GL016848.
  6. ^ US EPA, OW (2015-04-09). "Classification and Types of Wetlands". US EPA. Retrieved 2021-05-15.
  7. ^ Tangen Brian A., Finocchiaro Raymond G., Gleason Robert A. (2015). "Effects of land use on greenhouse gas fluxes and soil properties of wetland catchments in the Prairie Pothole Region of North America". Science of the Total Environment. 533: 391–409. Bibcode:2015ScTEn.533..391T. doi:10.1016/j.scitotenv.2015.06.148. PMID 26172606.CS1 maint: 여러 이름: 작성자 목록(링크)
  8. ^ a b c d e f g h 부비에, 질 L. 그리고 무어, 팀 R. (1994년). "북쪽 습지에서 나오는 메탄 방출에 대한 생태학적 관점." 생태와 진화의 동향. 9 (12): 460-464. doi:10.1016/0169-5347(94)90309-3.
  9. ^ Tang J., Zhuang Q., White, J.R., Shannon, R.D. (2008). "Assessing the role of different wetland methane emission pathways with a biogeochemistry model". AGU Fall Meeting Abstracts. 2008: B33B–0424. Bibcode:2008AGUFM.B33B0424T.CS1 maint: 작성자 매개변수 사용(링크)
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  11. ^ Bridgham, Scott D.; Cadillo-Quiroz, Hinsby; Keller, Jason K.; Zhuang, Qianlai (2013-02-11). "Methane emissions from wetlands: biogeochemical, microbial, and modeling perspectives from local to global scales". Global Change Biology. 19 (5): 1325–1346. Bibcode:2013GCBio..19.1325B. doi:10.1111/gcb.12131. ISSN 1354-1013. PMID 23505021.
  12. ^ 글레이저, P.H.J.P.찬턴,P.모린,D.O.로젠베리,D.O.로젠베리.I. 시겔, O. 루드, L.I. 차사르, A.S. 리브 2004. "북부의 넓은 피틀랜드에서 깊은 사멸 유속을 나타내는 지표로서 표면변형"
  13. ^ Turetsky, Merritt R.; Kotowska, Agnieszka; Bubier, Jill; Dise, Nancy B.; Crill, Patrick; Hornibrook, Ed R. C.; Minkkinen, Kari; Moore, Tim R.; Myers-Smith, Isla H. (2014-04-28). "A synthesis of methane emissions from 71 northern, temperate, and subtropical wetlands". Global Change Biology. 20 (7): 2183–2197. Bibcode:2014GCBio..20.2183T. doi:10.1111/gcb.12580. ISSN 1354-1013. PMID 24777536.
  14. ^ Medvedeff, Cassandra A.; Bridgham, Scott D.; Pfeifer-Meister, Laurel; Keller, Jason K. (2015). "Can Sphagnum leachate chemistry explain differences in anaerobic decomposition in peatlands?". Soil Biology and Biochemistry. 86: 34–41. doi:10.1016/j.soilbio.2015.03.016. ISSN 0038-0717.