Udahni duboko. Obratite pažnju na to kako se vazduh kreće od nosa do grla pre nego što ispunite pluća kiseonikom. Dok izdišete dah, mešavina kiseonika i ugljen-dioksida napušta vaš nos i usta.
Da li ste znali da potoci i reke „dišu“ na sličan način?
Sjedinjene Države su dom za više od 250.000 ovih tekućih vodenih tijela koja se povezuju sa obalnim zonama i okeanima. Oni se razlikuju po veličini, od malih potoka do velikih reka, ali svi uzimaju kiseonik i ispuštaju ugljen-dioksid i druge gasove staklene bašte poput metana.
Poslednjih godina, tim naučnika na čelu sa Pacifičkom severozapadnom nacionalnom laboratorijom (PNNL) bio je uronjen u ključna istraživanja oko procesa i interakcija koje doprinose dinamici gasova staklene bašte. Njihov rad se fokusira na čitave mreže potoka i reka, kao i na zemljište koje okružuje ove sisteme.
Njihov rad takođe uključuje faktore koji mogu poremetiti kako potoci i reke dišu. Neki od ovih poremećaja se dešavaju izvan potoka, poput šumskih požara, ali i dalje utiču na to kako potoci dišu menjajući način na koji materijal ulazi u potoke. Razumevanje ovih uticaja je ključno za rešavanje izazova vezanih za kvalitet vode, globalni ciklus ugljenika i klimatske promene.
Naučnici PNNL-a su sprovodili modeliranje, terenske i laboratorijske studije širom Sjedinjenih Država, a neke studije su bile posebno intenzivne u basenu reke Kolumbije. Ova oblast pokriva 258.000 kvadratnih milja, a reka Kolumbija teče preko 1.270 milja od kanadskih Stenovitih planina do Tihog okeana. Ovaj basen obuhvata bujne šume, suve pustinje i ogromna poljoprivredna zemljišta. Glavni kampus PNNL-a smešten je u basenu u istočnom Vašingtonu.
Istraživanje koje je vodio PNNL proizvelo je modele i podatke koji mogu pomoći da se predvidi kako zaštititi tokove i reke nacije i zajednice koje zavise od njih. Rad je objavljen u časopisu Frontiers in Water.
„Naš tim koristi modele i podatke da bi stekao nove uvide i razvio predviđanja koja će dati informacije o odlukama koje donose regulatori i menadžeri prirodnih resursa“, rekao je Timoti Šajbe, saradnik u laboratoriji PNNL i naučnik o Zemlji koji je jedan od lidera ovog istraživanja.
Modeli i podaci mogu pomoći da se informišu o praksama upravljanja korišćenjem vode i zemljišta, uključujući kako odgovoriti na prirodne katastrofe kao što su požari i suša. Oni takođe mogu pomoći u informisanju kako buduće promene u životnoj sredini mogu uticati na prirodne i ljudske sisteme koji su važni za zdravlje naše planete.
Jedan od pokretača koji stoji iza razumevanja kako potoci i reke dišu je skup procesa poznatih kao disanje – skup hemijskih reakcija koje zajedno određuju koliko ugljenika ostaje na mestu i koliko ulazi u atmosferu kao ugljen-dioksid.
Disanje kombinuje ugljenik i kiseonik za stvaranje energije za žive organizme. Ovaj proces takođe stvara neke „izduvne gasove“ u obliku ugljen-dioksida koji „izdišu“ organizmi kao što su alge i bakterije unutar potoka i rečnih ekosistema. Proučavajući disanje kroz mnoge vrste tokova i reka, istraživači mogu naučiti zašto neki sistemi dišu više od drugih.
Razumevanje „zašto“ je ključno. To je ono što omogućava istraživačima da predvide budućnost potoka i reka.
Takođe je važno razumeti da li voda ili sediment u rekama i potocima imaju više disanja. Da bi odgovorio na ovo, PNNL se udružio sa istraživačima na Vašingtonskom državnom univerzitetu i Univerzitetu Montana. Tim je otkrio da u reci Kolumbiji većinu disanja vrše organizmi u vodi. Ovo je verovatno zato što reka Kolumbija sadrži mnogo vode u kojoj se može desiti disanje.
Ali u drugim sistemima toka, mikrobi u sedimentima obavljaju većinu disanja. Neki sedimenti „dišu“ mnogo brže od drugih i kao rezultat toga proizvode više ugljen-dioksida.
Tim PNNL-a je pokazao da je količina ugljen-dioksida proizvedenog u sedimentima povezana sa veličinom stena koje čine rečna korita. Veće stene često dovode do više disanja. To je važno jer što sedimenti brže dišu, to više mogu da očiste zagađivače iz potoka i reka.
Pored gasova poput kiseonika i ugljen-dioksida, potoci i reke sadrže čestice mrtvih organizama poput biljaka i algi. Ovo je poznato kao organska materija, a to je „gorivo“ ili „hrana“ koja pokreće disanje i igra ulogu u kvalitetu vode i zdravlju vodenih vrsta. Sastav organske materije je delimično kontrolisan korišćenjem zemljišta, zagađivačima, upravljanjem šumama i prirodnim i ljudskim poremećajima, tako da razumevanje njene veze sa disanjem može motivisati različite prakse upravljanja zemljištem i vodama.
Tim PNNL-a je vodio istraživanje koje je proučavalo kako promene u vrstama organske materije izazivaju promene u disanju. U nizu studija, tim je pokazao da je disanje u sedimentima povezano sa hemijom organske materije. Studija Frontiers in Vater, sprovedena u partnerstvu sa istraživačima Univerziteta u Nebraski, otkrila je opšta pravila u različitim tokovima koja definišu kako se hemija organske materije povezuje sa disanjem sedimenta.
Naučnici PNNL-a su takođe otkrili kako šumski požar može da promeni organsku materiju u potocima nakon požara. Tim je otkrio da postoji veza između sastava organske materije i načina na koji su požari uticali na pejzaž tokom prve oluje nakon velikog požara u 2020. To otežava otkrivanje kako mikrobi koriste različite vrste organske materije za podsticanje disanja u potocima. i reke.
Postoje desetine hiljada različitih jedinjenja koja čine organsku materiju. Takođe postoje različiti organizmi koji koriste organsku materiju kao gorivo. Ovo otežava određivanje koliko se disanja odvija u različitim vrstama organske materije i organizama u potocima i rekama.
Uprkos izazovima, PNNL i partnerski istraživači su otkrili opšta pravila o tome kako ovi složeni sistemi funkcionišu. Ova pravila omogućavaju naučnicima da reše druge važne izazove kao što je kako poboljšati kvalitet vode i predvideti koliko će ugljen-dioksida ostaviti potoke i reke nakon velikih događaja kao što su požari.
„Razumevanje toga koji principi regulišu procese i kako oni funkcionišu u različitim sistemima je ključni cilj našeg rada“, objasnila je naučnica PNNL Earth Allison Miers-Pigg. „Ovo znanje pruža osnovu za izgradnju modela koji mogu predvideti buduće zdravlje potoka i reka, uključujući kako na njih mogu uticati veliki poremećaji. Bez ovog znanja, ne možemo da pravimo tačna predviđanja.“
