Pôda je dôležitým zásobníkom uhlíka, globálne uchováva viac než dvojnásobok množstva uhlíka v atmosfére. Stabilita tohto zásobníka je kľúčová pre reguláciu atmosférického oxidu uhličitého (CO2). Citlivosť pôdneho uhlíkového cyklu na zmeny klímy, ako je otepľovanie a zmeny zrážok, môže viesť k uvoľňovaniu CO2 do atmosféry, čím sa vytvára pozitívna spätná väzba k globálnemu otepľovaniu.

Kľúčovým pojmom v uhlíkovom cykle je čas obratu pôdneho uhlíka (τsoil), ktorý určuje časové rozsahy výmeny uhlíka medzi rôznymi rezervoármi. τsoil závisí od prítoku uhlíka (napr. cez čistú primárnu produkciu rastlín, NPP) a výstupu uhlíka (mikrobiálna respirácia, erózia, požiare). Aj keď τsoil ovplyvňujú rôzne faktory vrátane teploty, vlhkosti, chemických vlastností a úrodnosti pôdy, presné ovládajúce faktory v trópoch a subtrópoch boli doteraz predmetom diskusií. Väčšina vedomostí pochádza z krátkodobých pozorovaní, čo obmedzuje pochopenie dynamiky pôdneho uhlíka v dlhších, storočných až tisícročných časových škálach.

Nová štúdia využila geologické záznamy – konkrétne sedimentové jadro z východného Stredomoria, ktoré prijímalo materiál z povodia rieky Níl. Vedci analyzovali rastlinné lipidy (listové vosky), ktoré slúžia ako biomarkery vyšších rastlín a zachytávajú environmentálne zmeny na súši. Pomocou rádiokarbónového datovania týchto lipidov určili ich vek v čase uloženia v sedimentoch. Zistilo sa, že tento vek odráža terestriálne retenčné časy a zmeny v pozemskom uhlíkovom cykle. Vďaka známemu vzťahu medzi 14C vekom n-alkánových kyselín a stredným τsoil v povodí, dokázali rekonštruovať zmeny τsoil v povodí Nílu za posledných 18 000 rokov, obdobie charakterizované výrazným globálnym otepľovaním a zmenami klímy (posledná deglaciácia a holocén).

Výsledky ukázali dramatické zníženie času obratu pôdneho uhlíka počas poslednej deglaciácie. Kým počas ľadového obdobia (okolo 18 0íc rokov pred súčasnosťou) bol stredný τsoil približne 218 rokov, počas posledných 10 000 rokov (holocén) klesol na 9–22 rokov (v priemere 16 rokov). To znamená redukciu τsoil o rádovú veľkosť. Takéto významné zníženie τsoil svedčí o podstatnom zvýšení miery mikrobiálnej respirácie.

Štúdia analyzovala vzťah medzi τsoil a klímou rekonštruovanou z tých istých sedimentov – teplota (rekonštruovaná zo SST vo východnom Stredomorí) a množstvo zrážok (rekonštruované z izotopového zloženia vodíka). Zistili silnú negatívnu koreláciu medzi τsoil a teplotou (R2 = 0.82). Korelácia so zrážkami bola slabšia (R2 = 0.59). Tieto zistenia viedli k záveru, že teplota bola hlavným hnacím motorom zmien v τsoil v povodí Nílu počas posledných 18 000 rokov, zatiaľ čo vplyv hydroklímy bol relatívne malý. Teplotná citlivosť τsoil bola vyjadrená hodnotou Q10 (faktor zmeny τsoil na 10 °C zmeny teploty), ktorá bola odhadnutá na 10.7, čo je podstatne viac ako typické moderné hodnoty.

Okrem τsoil sa výrazne znížil aj stredný vek pôdneho uhlíka (z približne 14 000 rokov na 18 000 rokov BP na približne 1 000 rokov počas holocénu). Toto omladenie pôdnej organickej hmoty naznačuje masívnu mobilizáciu staršieho uhlíka z pôd s otepľovaním. Zníženie τsoil a stredného veku pôdneho uhlíka o rádovú veľkosť implikuje zvýšenie toku CO2 z pôdy do atmosféry podobnej veľkosti. To predstavuje pozitívnu spätnú väzbu na globálne otepľovanie. Autori naznačujú, že uvoľňovanie staršieho CO2 z (sub-)tropických pôd mohlo prispieť k rastúcim atmosférickým koncentráciám CO2 a klesajúcemu obsahu atmosférického Δ14C počas deglaciácie, popri známych zdrojoch ako je topenie permafrostu. Podobné výsledky z povodia rieky Ganga-Brahmaputra potvrdzujú, že takéto drastické poklesy τsoil boli pravdepodobne bežným javom v (sub-)trópoch počas deglaciácie.

Dôležitým zistením je, že simulácie pomocou dynamických globálnych vegetačných modelov (DGVM) podceňujú zmeny v (sub-)tropickom τsoil oproti rekonštrukciám založeným na dátach. Modely naznačujú len okrajové zmeny, zatiaľ čo dáta ukazujú rádové zníženie. To naznačuje, že klimatická spätná väzba spôsobená zrýchlenou respiráciou pôd v (sub-)trópoch v dôsledku deglaciálneho otepľovania je v modeloch podhodnotená. Toto podhodnotenie môže súvisieť s odlišnými predpokladmi o teplotnej citlivosti (Q10) v modeloch v porovnaní s pozorovanými dátami.

Štúdia poskytuje silné dôkazy o tom, že teplota má dominujúci vplyv na obrat pôdneho uhlíka v (sub-)tropických oblastiach. Zároveň zdôrazňuje potrebu ďalšieho výskumu a zlepšenia modelov, aby sa presnejšie pochopila a predpovedala úloha pôdneho uhlíkového cyklu v budúcom klimatickom systéme. JaroR

Celá štúdia bola publikovaná v časopise Nature Communications .

Slovník kľúčových pojmov

• Doba obratu pôdneho uhlíka (τsoil): Priemerný čas, počas ktorého uhlík zostáva v pôde pred jeho uvoľnením do atmosféry alebo transportom inde. Definuje sa ako pomer pôdneho zásobníka uhlíka k rýchlosti prílivu alebo odlivu uhlíka.
• Deglaciácia: Obdobie globálneho otepľovania a ústupu ľadovcov, ktoré nasledovalo po Poslednom glaciálnom maxime (LGM). V kontexte článku sa vzťahuje na obdobie približne 18 000 – 11 000 rokov pred súčasnosťou.
• Radiokarbónové datovanie: Metóda používaná na určenie veku organického materiálu na základe obsahu izotopu uhlíka 14C.
• Biomarkery odvodené z rastlín: Organické molekuly produkované rastlinami, ktoré sú zachované v sedimentoch a môžu poskytnúť informácie o minulej vegetácii a environmentálnych podmienkach. V tomto článku sú kľúčové dlhoreťazcové n-alkanoové kyseliny a n-alkány z epikutikulárnych listových voskov.
• Rezervoárový vek (reservoir age offset, R): Rozdiel vo veku (v rádiokarbónových rokoch) medzi dvoma uhlíkovými rezervoármi v danom čase, vypočítaný z pomeru rádiokarbónového obsahu vzorky a atmosféry v čase jej uloženia.
• Q10: Faktor teplotnej citlivosti, ktorý udáva, o koľko sa zmení rýchlosť biologického procesu (napr. mikrobiálna respirácia alebo obrat pôdneho uhlíka) pri zmene teploty o 10 °C.
• Mikrobiálna respirácia: Proces, pri ktorom pôdne mikroorganizmy rozkladajú organickú hmotu a uvoľňujú CO2 do atmosféry. Je hlavnou zložkou odlivu uhlíka z pôdy.
• Pôdny priemerný vek uhlíka (soil mean carbon age): Priemerný rádiokarbónový vek celkového pôdneho organického uhlíka v danom pôdnom profile. Odlišuje sa od τsoil, ktorá je viac ovplyvnená rýchlo sa obracajúcim uhlíkom.
• Pozitívna spätná väzba: Proces, pri ktorom zmena v jednom komponente systému vedie k zmene v druhom komponente, ktorá ďalej zosilňuje počiatočnú zmenu. V tomto prípade zmena klímy (oteplenie) vedie k zmene v pôdnom uhlíkovom cykle (zrýchlený obrat), čo následne prispieva k ďalšiemu otepľovaniu.
• Dynamické globálne vegetačné modely (DGVM): Počítačové modely, ktoré simulujú dynamiku vegetácie, pôdneho uhlíka a hydrologického cyklu na globálnej úrovni v reakcii na zmeny klímy a CO2.
• Africké vlhké obdobie (AHP): Obdobie zvýšených zrážok a vlhkých podmienok v severnej Afrike počas holocénu (približne 14 800 – 5 500 rokov pred súčasnosťou), ktoré viedlo k vzniku tzv. „zelenej Sahary“.
• Amino-bakteriohopanepolyoly (amino-BHP): Špecifické biomarkery pre baktérie oxidujúce metán, ktoré sa používajú ako indikátory rozšírenia mokradí produkujúcich metán.