Rieky a potoky zohrávajú významnú úlohu v globálnom uhlíkovom cykle, pretože slúžia ako dôležitá cesta, ktorou sa oxid uhličitý (CO2) a metán (CH4) uvoľňujú z vodných hladín do atmosféry. Kým sa predtým predpokladalo, že tieto emisie pochádzajú prevažne z nedávnej (do desať rokov starej) produkcie biomasy, nové výskumy s použitím rádiouhlíkového datovania odhaľujú významný a predtým nerozpoznaný tok starého uhlíka (tisícročného alebo staršieho) z pevniny do atmosféry prostredníctvom globálnych riečnych systémov. Tento starý uhlík pochádza z dlhodobých zásob uhlíka v pôde, sedimentoch a geologických formáciách.

Podľa zdrojov môžeme uhlík prítomný v riekach rozdeliť do troch vekových kategórií:

• Dekádny: Uhlík fixovaný biosférou fotosyntézou od roku 1955. Predstavuje rýchly obeh uhlíka v ekosystémoch.
• Miléniový: Biosférický uhlík, starý stovky až tisíce rokov. Často pochádza z hlbších pôdnych profilov alebo staršej rozpustenej/partikulárnej organickej hmoty v riekach.
• Petrogénny: Uhlík starší ako približne 55 000 rokov. Nachádza sa v karbonátových mineráloch a organickej hmote v horninách. Mobilizuje sa zvetrávaním hornín a eróziou.

Globálne riečne emisie CO2 sa odhadujú na 2.0 (1.6-2.2) Pg C ročne. Analýza rádiouhlíka v rozpustenom anorganickom uhlíku (DIC), CO2 a CH4 v riekach zistila, že 59 ± 17% globálnych riečnych emisií CO2 pochádza zo starého uhlíka (miléniového alebo staršieho). To zodpovedá toku 1.2 ± 0.3 Pg C za rok. Tento tok je podobný ako čistá výmena uhlíka v terestrických ekosystémoch.

Uvoľňovanie tohto starého uhlíka je spojené s litológiou povodia (geologickým zložením) a biómom (typom ekosystému). Povodia s prevahou sedimentárnych hornín majú tendenciu uvoľňovať starší uhlík (nižšie hodnoty F14Catm) v porovnaní s vyvretými a metamorfovanými horninami. Zvetrávanie karbonátových minerálov a organického uhlíka v sedimentoch prispieva do riek petrogénnym uhlíkom.

Klimatické faktory a antropogénne vplyvy sú kľúčové pre pochopenie tohto toku starého uhlíka. Analýza údajov naznačila, že priemerné ročné zrážky a teplota boli vo všeobecnosti pozitívne korelované s mladším uhlíkom (vyšším F14Catm) vo veľkých povodiach. Avšak pri extrémnych hodnotách (nad 2000 mm zrážok a nad 20 °C) táto korelácia oslabila, čo môže naznačovať, že veľmi teplé a vlhké alebo suché oblasti môžu potenciálne uvoľňovať starší uhlík. Vyššia nadmorská výška bola spojená s uvoľňovaním staršieho uhlíka, čo môže súvisieť s eróznymi procesmi v horských oblastiach.

Existuje možnosť, že antropogénne narušenia, ako napríklad zmena klímy a využívania krajiny, mohli zvýšiť únik starého uhlíka do atmosféry prostredníctvom riek. V časovom rade pozorovaní (1991–2023) bol zaznamenaný trend starnutia uhlíka v riekach (klesajúce hodnoty F14Catm). To by mohlo naznačovať zvýšené emisie starého uhlíka v dôsledku destabilizácie globálnych zásob pôdneho uhlíka a zmien v rýchlostiach zvetrávania, erózie a oxidácie hornín, ktoré sú dôsledkom klimatických a antropogénnych vplyvov.

Antropogénna zmena klímy môže zvýšiť dodávku CO2 do riek v dôsledku otepľovania pôd a/alebo ich zväčšovania vlhkosti, čo zvyšuje mikrobiálnu respiráciu. Dodávka DIC a CO2 z zvetrávania hornín môže tiež vzrásť s otepľovaním krajiny. Riečne emisie CO2 sú tak citlivé na vstupy zo starých uhlíkových zdrojov a mohli by sa zvýšiť v dôsledku priamych antropogénnych narušení (ako je odvodňovanie, klčovanie, vypaľovanie a poľnohospodárske kultivovanie pôdy), ako aj v dôsledku antropogénnej zmeny klímy.

Objav rozsiahleho toku starého uhlíka prostredníctvom riek si vyžaduje prehodnotenie súčasných modelov uhlíkového cyklu. Znamená to, že len časť riečnych emisií CO2 (odhadom 41 ± 16% alebo 0.9 ± 0.3 Pg C za rok) by mohla obsahovať nedávny uhlík pochádzajúci z antropogénnych emisií. Zvyšok pochádza zo starých zásob, ktoré existovali pred rozsiahlym spaľovaním fosílnych palív. Toto mení naše chápanie toho, kde sa antropogénny uhlík ukladá v hlavných rezervoároch Zeme.

Hoci presné rozdelenie vplyvu antropogénnej zmeny klímy a iných faktorov na pozorovaný trend starnutia uhlíka v riekach ešte nie je úplne jasné, analýza poskytuje dôkaz o predtým nerozpoznanom, planetárnom uvoľňovaní starého uhlíka z pevniny do atmosféry. Riečne emisie sú zraniteľné voči narušeniam cyklov uhlíka (krátkodobého, miléniového, geologického), ktoré môžu smerovať uhlík z povodí do atmosféry cez riečne hladiny. JaroR

Správa bola publikovaná v časopise nature.com

Slovník kľúčových pojmov:

• Riečne systémy (Rivers and streams): Vodné toky rôznej veľkosti, ktoré odvádzajú vodu a materiály (vrátane uhlíka) z pevniny.
• Globálny uhlíkový cyklus (Global carbon cycle): Prirodzený obeh uhlíka medzi atmosférou, hydrosférou, biosférou a litosférou Zeme.
• Oxid uhličitý (CO2): Skleníkový plyn, ktorý je emitovaný z riečnych systémov do atmosféry.
• Metán (CH4): Skleníkový plyn, ktorý je tiež emitovaný z riečnych systémov do atmosféry.
• Rozpustený anorganický uhlík (DIC): Súčet všetkých anorganických foriem uhlíka rozpustených vo vode, vrátane CO2(aq), kyseliny uhličitej (H2CO3), hydrogenuhličitanu (HCO3-) a uhličitanu (CO32-).
• Rádiouhlík (14C): Rádioaktívny izotop uhlíka s polčasom rozpadu približne 5 730 rokov. Jeho koncentrácia vo vzorke sa používa na určenie veku uhlíka.
• Frakcia moderného uhlíka (F14C): Pomer koncentrácie 14C v vzorke ku koncentrácii 14C v referenčnom modernom uhlíku (obvykle z roku 1950). F14C = 1.0 pre rok 1950. Hodnoty > 1.0 znamenajú mladší uhlík (vplyv jadrových testov), < 1.0 starší uhlík.
• Frakcia moderného uhlíka normalizovaná k atmosfére (F14Catm): Hodnota F14C vzorky normalizovaná k hodnote F14C atmosférického CO2 v roku odberu vzorky. Používa sa na lepšie porovnanie veku uhlíka nezávisle od historického kolísania atmosférického 14CO2. F14Catm = 1.0 znamená, že uhlík je v rovnováhe s atmosférou v danom roku.
• Dekádový uhlík (Decadal carbon): Uhlík fixovaný do biosféry fotosyntézou od roku 1955; predstavuje mladý, rýchlo cyklujúci uhlík.
• Miléniový uhlík (Millennial carbon): Biosférický uhlík starý stovky až tisíce rokov; pochádza z dlhodobejších zásobníkov, najmä v pôde.
• Petrogénny uhlík (Petrogenic carbon): Uhlík pochádzajúci z hornín (minerálov alebo organickej hmoty hornín), starší ako približne 55 000 rokov.
• Litológia (Lithology): Fyzikálne a chemické vlastnosti hornín v povodí.
• Bióm (Biome): Hlavná regionálna alebo globálna biologická komunita, ako sú lesy, trávne porasty alebo tundra, charakterizovaná prevládajúcimi klimatickými podmienkami a typmi vegetácie.
• Povodie (Catchment/Watershed): Územie, z ktorého voda odteká do konkrétneho vodného toku alebo bodu.
• Zvetrávanie (Weathering): Procesy rozkladu hornín a minerálov na povrchu Zeme (mechanické, chemické, biologické). Chemické zvetrávanie uhličitanov a horninovej organickej hmoty môže uvoľňovať petrogénny uhlík.
• Terestrické ekosystémy (Terrestrial ecosystems): Ekosystémy na pevnine (lesy, lúky, pôda atď.).
• Net ekosystémová výmena (Net ecosystem exchange – NEE): Bilancia príjmu (fotosyntéza) a straty (respirácia) uhlíka ekosystémom.
• Globálny rozpočet uhlíka (Global carbon budget): Kvantitatívny popis tokov a zásob uhlíka medzi hlavnými rezervoármi Zeme.
• Izotopový zmiešavací model (Isotope mixing model): Matematický model, ktorý používa izotopové pomery (v tomto prípade 14C) na odhadnutie proporcionálnych príspevkov rôznych zdrojov k zmesi (v tomto prípade k riečnemu uhlíku).
• Monte Carlo simulácia (Monte Carlo simulation): Počítačová technika, ktorá používa náhodné vzorky na modelovanie pravdepodobnostného rozloženia možných výsledkov.
• Bayesovský izotopový zmiešavací model (Bayesian isotope mixing model): Štatistický prístup k izotopovým zmiešavacím modelom, ktorý používa Bayesovskú inferenciu na odhad rozdelenia pravdepodobnosti príspevkov zdrojov.