DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09023-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40467741
تاريخ النشر: 2025-06-04
المؤلف: Joshua Dean وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الغازات الجوية والبيئية
طرق
في هذه الدراسة، هدف المؤلفون إلى تحليل الأنماط العالمية لانبعاثات الكربون من الأنهار، مع التركيز بشكل خاص على عمر ومصدر الكربون في CO₂ المشتق من الأنهار، والكربون غير العضوي المذاب (DIC)، والميثان (CH₄). قاموا بتجميع قاعدة بيانات شاملة لقياسات الكربون المشع (المعبر عنها كـ \( F_{14C} \)) من الأدبيات الموجودة وأكملوها ببيانات غير منشورة. أثبتت الدراسة أن \( F_{14C} < 1.0 \) تشير إلى كربون أقدم من عام 1955 ميلادي، بينما \( F_{14C} > 1.0 \) تشير إلى كربون أصغر سناً. أظهر المؤلفون أن DIC وCO₂ من المحتمل أن يكونا في توازن نظائري، مما يسمح بتقييم عالمي لانبعاثات CO₂ من الأنهار.
لمعالجة التناقضات في خصائص حوض التصريف المبلغ عنها، استخدم الباحثون قاعدة بيانات HydroATLAS لاستخراج البيانات الهيدرولوجية والبيئية بشكل منهجي. استخدموا نموذج الغابة العشوائية لتحليل تأثير خصائص حوض التصريف المختلفة، مثل الحجم، والليثولوجيا، والبيئة الحيوية، على محتوى \( F_{14C} \) من انبعاثات كربون الأنهار. تم إجراء التحليل بشكل منفصل للأحواض الأصغر والأكبر من 10 كم² لتجنب دمج البيانات الشاذة. بالإضافة إلى ذلك، طبق المؤلفون نموذج خلط نظائر ذو طرفين مع محاكاة مونت كارلو، إلى جانب نموذج بايزي ثلاثي الأطراف غير مقيد، لتقدير مساهمات مصادر الكربون المختلفة (عقدية، وألفية، وصخرية) في DIC الأنهار ولتحديد انبعاثات CO₂ المشتقة من مصادر كربون أقدم.
نقاش
يقدم قسم النقاش في ورقة البحث تحليلاً شاملاً لعمر ومصادر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان (CH₄) من الأنهار، مع التأكيد على المساهمة الكبيرة لمصادر الكربون القديمة. وُجد أن متوسط أعمار الكربون المشع للكربون غير العضوي المذاب (DIC) وCO₂ كان 722 ± 1,264 و320 ± 483 سنة ¹⁴C، على التوالي، بينما كان للميثان متوسط عمر قدره 1,036 ± 1,364 سنة ¹⁴C. ومن الجدير بالذكر أن 62-74% من قيم F₁₄C لـ DIC وCO₂ وCH₄ كانت أقل من 1.0، مما يشير إلى أن الكربون الأقدم يساهم في انبعاثات الأنهار. تسلط الدراسة الضوء على أن الأحواض الأكبر تميل إلى أن تكون لديها قيم F₁₄C أقل، مما يشير إلى أن مسارات التدفق الهيدرولوجي الأعمق ومخازن الكربون الأقدم تؤثر على الانبعاثات عبر مناطق واسعة. بالإضافة إلى ذلك، تلعب الليثولوجيا للأحواض دورًا حاسمًا، حيث تساهم الليثولوجيات الرسوبية بمزيد من الكربون القديم مقارنة بالصخور النارية أو المتحولة.
تقوم الدراسة أيضًا بنمذجة مساهمات مصادر الكربون العقدية والألفية في انبعاثات CO₂ العالمية من الأنهار، مقدرة أن 41% من الانبعاثات تأتي من المصادر العقدية و52% من المصادر الألفية، مع حساب الكربون الصخري لنسبة 7% المتبقية. تتحدى هذه النتيجة النماذج الحالية التي تعزو بشكل أساسي انبعاثات CO₂ من الأنهار إلى الإنتاجية الأرضية الحديثة وتبرز الحاجة إلى نموذج مفاهيمي مُعدل يأخذ في الاعتبار كل من مصادر الكربون الشابة والقديمة. الآثار على ميزانيات الكربون العالمية كبيرة، حيث تشير الدراسة إلى أن انبعاثات الأنهار هي مسار فقد كبير للكربون الأقدم، قد يتأثر بالأنشطة البشرية وتغير المناخ. بشكل عام، تؤكد النتائج على أهمية النظر في عمر ومصدر الكربون لفهم مساهمات الأنهار في دورة الكربون العالمية.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09023-w
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40467741
Publication Date: 2025-06-04
Author(s): Joshua Dean et al.
Primary Topic: Atmospheric and Environmental Gas Dynamics
Methods
In this study, the authors aimed to analyze global patterns of river carbon emissions, specifically focusing on the age and source of carbon in river-derived CO₂, dissolved inorganic carbon (DIC), and methane (CH₄). They compiled a comprehensive database of radiocarbon measurements (expressed as \( F_{14C} \)) from existing literature and supplemented it with unpublished data. The study established that \( F_{14C} < 1.0 \) indicates carbon older than 1955 CE, while \( F_{14C} > 1.0 \) signifies younger carbon. The authors demonstrated that DIC and CO₂ are likely in isotopic equilibrium, allowing for a global assessment of river CO₂ emissions.
To address inconsistencies in reported catchment characteristics, the researchers utilized the HydroATLAS database to extract hydrological and environmental data systematically. They employed a random forest model to analyze the influence of various catchment characteristics, such as size, lithology, and biome, on the \( F_{14C} \) content of river carbon emissions. The analysis was conducted separately for catchments smaller and larger than 10 km² to avoid incorporating anomalous data. Additionally, the authors applied a two-endmember isotope mixing model with Monte Carlo simulations, alongside an unconstrained three-endmember Bayesian model, to estimate the contributions of different carbon sources (decadal, millennial, and petrogenic) to river DIC and to quantify the emissions of CO₂ derived from older carbon sources.
Discussion
The discussion section of the research paper presents a comprehensive analysis of the age and sources of carbon dioxide (CO₂) and methane (CH₄) emissions from rivers, emphasizing the significant contribution of old carbon sources. The mean radiocarbon ages of dissolved inorganic carbon (DIC) and CO₂ were found to be 722 ± 1,264 and 320 ± 483 ¹⁴C years, respectively, while CH₄ had a mean age of 1,036 ± 1,364 ¹⁴C years. Notably, 62-74% of the F₁₄C values for DIC, CO₂, and CH₄ were below 1.0, indicating that older carbon is contributing to river emissions. The study highlights that larger catchments tend to have lower F₁₄C values, suggesting that deeper hydrologic flow paths and older carbon stores are influencing emissions across extensive areas. Additionally, the lithology of catchments plays a crucial role, with sedimentary lithologies contributing more old carbon compared to igneous or metamorphic rocks.
The research further models the contributions of decadal and millennial carbon sources to global river CO₂ emissions, estimating that 41% of emissions originate from decadal sources and 52% from millennial sources, with petrogenic carbon accounting for the remaining 7%. This finding challenges existing models that primarily attribute river CO₂ emissions to recent terrestrial productivity and highlights the need for a revised conceptual model that incorporates both young and old carbon sources. The implications for global carbon budgets are significant, as the study suggests that river emissions are a substantial loss pathway for older carbon, potentially influenced by anthropogenic activities and climate change. Overall, the findings underscore the importance of considering the age and source of carbon in understanding riverine contributions to the global carbon cycle.