Z każdym krokiem buty Jona Nicholsa trzęsły się na ziemi pod nim. Nagrał swoje otoczenie na ziarnistym filmie na telefon komórkowy i pomimo wilgotnego, szarego dnia góry Chugach na Alasce nadal stanowiły oszałamiające tło dla wysokich świerków i nisko rosnących zarośli u jego stóp. On i dwaj koledzy zjechali wzdłuż krawędzi Corser Bog, wilgotnego skrawka ziemi 10 mil na wschód od Cordova na Alasce, samotnej kropki na mapie niedaleko od miejsca, w którym tankowiec Exxon-Valdez osiadł na mieliźnie w 1989 roku.
„Wędrujemy - powiedział Nichols - przez meander muszkatołowy”.
Muskeg to inna nazwa torfowisk, które badał, a Nichols przemykał się przez błoto tego dnia w 2010 roku w poszukiwaniu próbek rdzeniowych, aby dowiedzieć się, jak powstało 12 000-letnie torfowisko. Jako paleoekolog i badacz torfu w Lamont-Doherty Earth Observatory Uniwersytetu Columbia, Nichols nadal pracuje nad zrozumieniem, jak torf powstał i jak może się on formować - lub rozkładać - w przyszłości.
Po torfowiskach, pod względem ilości węgla atmosferycznego, który gromadzą, torfowiska są integralną częścią cyklu węglowego Ziemi. Większość torfu zaczęła się formować po ostatniej epoce lodowcowej, około 12 000 lat temu, a od tysiącleci były ważnymi rezerwuarami węgla. Teraz jednak, z ocieplającą się planetą i nowymi wzorami pogodowymi, przyszłość torfowisk została zakwestionowana, w tym także, jak szybko mogą zacząć uwalniać cały zgromadzony węgiel w postaci dwutlenku węgla.
Według obecnych szacunków około trzech procent powierzchni lądowej planety jest przeznaczone na torfowiska. Jednak pomimo znaczenia torfu w cyklu węglowym Ziemi naukowcy nadal wypełniają podstawowe informacje na temat tych siedlisk, w tym ich położenia, głębokości i ilości węgla.
Największe połacie torfu występują w zimnych, wiecznie wilgotnych miejscach, takich jak Alaska, północna Europa i Syberia. Jednak znaczne złoża znaleziono również w południowej Afryce, Argentynie, Brazylii i Azji Południowo-Wschodniej. Do początku XX wieku naukowcy uważali, że tropik jest zbyt ciepły - i padły materiał roślinny zbyt szybko konsumowany przez owady i drobnoustroje - aby schronić torfowiska.
Jednak naukowcy wciąż je znajdują. Badacze odkryli bagno torfowe wielkości Anglii w dorzeczu Kongo w 2014 r. W innym badaniu z 2014 r. Opisano torfowisko o powierzchni 13 500 mil kwadratowych na jednym z dopływów Amazonki w Peru, w którym znajduje się około 3, 4 miliarda ton węgla.
Torfowiska, inne określenie torfowisk, są mokre, bardzo kwaśne i prawie pozbawione tlenu. Warunki te oznaczają spowolnienie rozkładu do pełzania. Szczątki roślinne, zwierzęce i ludzkie, które wpadają na torfowiska, mogą być doskonale zachowane przez setki, jeśli nie tysiące lat. Węgiel zawarty w tych żyjących kiedyś organizmach jest uwięziony, powoli zakopany i oddzielony od atmosfery przez tysiąclecia.
Ale co by się stało, gdyby te rezerwy węgla zostały zatarte? To pilna łamigłówka, z którą naukowcy muszą się teraz zmierzyć, mimo że dopiero zaczynają odpowiadać na pytania dotyczące liczebności i rozmieszczenia torfu.
„Są to kluczowe obszary składowania dwutlenku węgla”, mówi Marcel Silvius, inteligentny specjalista od zagospodarowania terenu w Wetlands International. „Jeśli traktujemy ich źle, osuszamy i wykopujemy, stają się głównymi kominami węglowymi.”
Tykające bomby zegarowe?
Na Alasce, a także na większości północnych szerokości geograficznych, topnienie wiecznej zmarzliny i zmieniające się wzorce opadów zagrażają torfowiskom. Ale w tropikach już trwa inny rodzaj szybko ewoluującego - i niezamierzonego - eksperymentu.
Gdyby cały węgiel na torfowiskach świata nagle wyparował, około 550 do 650 miliardów ton dwutlenku węgla wróciłoby z powrotem do atmosfery - około dwa razy tyle, ile dodano od początku rewolucji przemysłowej. Biorąc pod uwagę, że torfowiska zawierają od 15 do 30 procent światowych zasobów węgla, ich potencjał do nagłego ocieplenia globu nie może być zaniżony.
„Ze względu na ciągłe pobieranie dwutlenku węgla [torfowiska] faktycznie ochładzają klimat”, mówi René Dommain, ekspert w dziedzinie torfów tropikalnych w Smithsonian National Museum of Natural History. Gdyby torfowiska przestały magazynować dwutlenek węgla, nie wiadomo, jaki byłby długoterminowy wpływ na środowisko.
Całkowite jednoczesne zniszczenie torfowisk na świecie jest mało prawdopodobne. Ale 14 procent światowych zasobów węgla torfowego - około 71 miliardów ton węgla - zmagazynowanych w tropikalnych torfowiskach Azji Południowo-Wschodniej jest zagrożonych przepaścią.
W Malezji i Indonezji złoża torfu występują pod gęsto zalesionymi lasami nizinnymi, które w ciągu ostatnich dziesięcioleci były systematycznie usuwane i osuszane dla rolnictwa. Gdy drzewa są usuwane, a torfowiska wysychają, osady zaczynają uwalniać węgiel na kilka różnych sposobów.
Gdy torf jest wystawiony na działanie powietrza, zaczyna się rozkładać, co uwalnia dwutlenek węgla do atmosfery. Torf może również zmyć wzdłuż sztucznych kanałów, które odprowadzają wodę, przenosząc zapasy węgla daleko w dół rzeki. Suchy torf łatwo zapala się, często płonąc w sposób niekontrolowany lub tląc się głęboko w warstwach złoża, jak ogień pokładu węgla. Te powtarzające się pożary pompują popiół i inne cząstki do powietrza, powodując problemy zdrowotne, takie jak problemy z oddychaniem i pobudzanie ewakuacji na obszarach, na których występują.
W 2010 r. 20% lasów torfowych na półwyspie malezyjskim oraz na wyspach Sumatra i Borneo zostało oczyszczonych z afrykańskich plantacji palmy olejowej lub uprawy akacji (która jest wykorzystywana do produkcji masy celulozowej na papier i inne produkty z drewna). w Papui Nowej Gwinei, na której znajduje się od 12 do 14 milionów akrów dziewiczego lasu torfowego, tylko 12 milionów akrów torfowiskowego lasu pozostaje na archipelagu Indonezji.
Przy obecnym tempie zniszczenia pozostałe lasy poza Brunei, gdzie lasy są dobrze zachowane, zostaną całkowicie wyeliminowane do 2030 r., Mówi Dommain.
Mówi, że w idealnych warunkach nietknięte tropikalne torfowiska mogą magazynować do tony dwutlenku węgla na akr rocznie. Ale z powodu niszczycielskich praktyk rolniczych i nowych wahań pogody, torfowiska Azji Południowo-Wschodniej tracą rocznie około 22 do 31 ton dwutlenku węgla na akr. To ponad 20 razy więcej niż te obszary pochłaniają rocznie.
W ciągu ostatnich dwóch dekad emisje dwutlenku węgla z odwodnionych i zdegradowanych lasów torfowiskowych w Malezji i Indonezji wzrosły ponad dwukrotnie, z 240 milionów ton w 1990 r. Do 570 milionów ton w 2010 r., Mówi Dommain. Planuje opublikować tę analizę w książce jeszcze w tym roku.
Określanie ukrytych skrzynek
Duża niepewność w badaniach torfowych wynika z faktu, że naukowcy nie znają pełnego zakresu rezerw torfowych planety. Torfowiska są stosunkowo małe, szeroko rozproszone i trudne do znalezienia. Tak więc przez większość początku XX wieku większość wiedzy o rezerwatach torfu na całym świecie pochodziła z pisemnych obserwacji przyrodników-odkrywców, którzy wędrowali przez odległe obszary, opisując nowe krajobrazy i odkrywając nieznane gatunki.
Od tego czasu nowe zdjęcia satelitarne i analizy, dane dotyczące stojących wód powierzchniowych, ponowne badanie starych map i bardziej naukowe wyprawy wypełniły wiele luk w naszej wiedzy o tym, gdzie istnieją torfowiska. Ale wciąż pozostaje wiele do nauczenia się.
Opierając się na mozaice danych zebranych z wielu różnych źródeł, naukowcy sądzą, że mają dobre szacunki dotyczące ilości torfu, mówi Nichols z Kolumbii. Wyjaśnia jednak, że duża część naszej wiedzy na temat lokalizacji torfowisk opiera się na ekstrapolacji, a tylko niektóre z tych szacunków zostały zweryfikowane na podstawie ocen naziemnych.
„Ile torfu jest ważnym pytaniem, nad którym wciąż próbujemy sobie poradzić”, mówi Nichols.
Częścią problemu jest geografia. Torfowiska są zazwyczaj niemożliwie odległymi, nieprzyjaznymi miejscami. Na przykład bagno Corser na Alasce jest dostępne tylko samolotem lub łodzią. Na północnych szerokościach geograficznych ludzie po prostu nie zapuszczali się w żadnych ilościach w obszary, w których tworzy się torf. A w tropikach, chociaż jest mnóstwo ludzi, historycznie unikali bagien torfowych. Obszary te są ubogie w składniki odżywcze i nie nadają się do rolnictwa.
Inną kwestią jest to, że chociaż granice powierzchni torfowisk są zwykle dobrze określone, często ich głębokość nie jest. Satelity i radar penetrujący ziemię widzą tylko tak daleko - niektóre torfowiska w Irlandii i Niemczech są znane z głębokości 50 stóp, daleko poza zasięgiem satelitów wędrownych. Zatem pobieranie rdzeni pozostaje jedynym najlepszym sposobem określenia głębokości torfowiska.
Dla naukowców badających torfowiska nie jest to takie proste, jak się wydaje. Muszą wyciągać cały sprzęt do codziennego pobierania próbek i pomiarów z suchego, odległego biwaku. Ale kiedy naukowcy znajdą się na miejscu, nie mogą stać zbyt długo w bezruchu, inaczej zaczną tonąć.
„Jeśli weźmiesz rdzeń torfowy i wysuszysz go, 90 procent próbki składa się z wody”, mówi Dommain. „Spacer po torfowisku jest tak blisko, jak dojdziesz do Jezusa, ponieważ zasadniczo chodzisz po wodzie”.
Las torfowy Mentangai, centralny Kalimantan (Zdjęcie Marcel Silvius, Wetlands International) 
Część zdegradowanego i spalonego bagna torfowego w centralnym Kalimantanie służy jako pilotażowy obszar uprawy paludikultury w kwietniu 2009 r. (Zdjęcie Marcel Silvius, Wetlands International) 
Las torfowy płonie w Palangka Raya na Borneo we wrześniu 2015 r. (Zdjęcie Björn Vaughn) 
Obadiah Kopchak (z lewej) i badacz podoktorski Chris Moy dokonują pomiarów głębokości w Corser Bog na Alasce. Podczas poszukiwań możliwych miejsc torfowania badacze dokonują wstępnych pomiarów głębokości, zanurzając metalowy pręt w torfowisku. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Jon Nichols) 
Naukowcy ostrożnie wytłaczają świeżą próbkę rdzenia torfowego w torfowiskach Belait w Brunei, która ma prawie 15 stóp głębokości i 2800 lat. 
Skan rdzenia torfowego pokazuje, jak martwy materiał roślinny jest gęsto zagęszczany przez wiele tysięcy lat, w trakcie których się gromadzi. (Zdjęcie dzięki uprzejmości Jon Nichols) Szkicowanie nowych widoków
Na polu proces określania fizycznego zasięgu rezerw węgla w torfowiskach jest procesem powolnym i często frustrującym. W tropikalnych lasach torfowych - gdzie warstwy obejmują całe drzewa, korzenie i inny materiał drzewny - nawet wyspecjalizowane ząbkowane urządzenia używane do pobierania próbek rdzeniowych do badań czasami nie przenikają bardzo daleko. W dobry dzień naukowcy mogą wyodrębnić jedną próbkę, którą można wykorzystać.
Mierzenie tempa wymiany lub przepływu gazu między bagnami torfowymi a atmosferą jest kolejną techniką stosowaną przez naukowców do badania zachowania się tych obszarów.
Alex Cobb, naukowiec z Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), wykorzystuje różnorodne techniki do pomiaru strumienia węgla zarówno z zaburzonych, jak i nieskazitelnych torfowisk na wyspie Borneo. Z kilku wież rusztowania - z których jedna wznosi się 213 stóp nad dnem lasu, aby oczyścić szybujący baldachim drzewa Shorea albida - instrumenty mierzą prędkość wiatru, temperaturę i szybkość wymiany dwutlenku węgla, metanu i podtlenku azotu między atmosferą a ekosystemem poniżej . Cobb i jego koledzy mają nadzieję, że ich monitorowanie pozwoli im lepiej zrozumieć, w jaki sposób zmiany w systemie wodnym wpływają na lasy torfowe i jak zmienia się odpowiednio obieg węgla.
„Jedną z trudnych rzeczy jest to, że dużo węgla jest transportowane [z torfowisk] do wód podziemnych” - wyjaśnia Cobb. Mówi, że materia organiczna w wodzie zmienia kolor cieczy w mocną herbatę, z której pochodzą rzeki czarnej wody. „Ta [woda] może stanowić 10 do 20 procent całkowitego strumienia węgla pochodzącego ze zdegradowanych torfowisk”.
Pełne zrozumienie zasięgu zapasów węgla torfowego i zachowania mokradeł pozostaje poza zasięgiem. Zatem zdolność przewidywania ich zachowania, a także tego, w jaki sposób ich wkład w globalny obieg węgla może się zmieścić w większym modelu klimatu, pozostaje nieuchwytnym celem.
Prognozowanie przyszłości torfu
W miarę ocieplania się klimatu torfowiska mogłyby przejść na dwa sposoby, gdyby pozostawiono je własnym urządzeniom. Zwiększenie zasięgu roślin oznacza, że akumulacja torfu może wzrosnąć, zachowując te obszary jako pochłaniacze węgla. Lub ocieplenie powoduje fluktuacje opadów, które powodują degradację torfowisk do źródeł węgla. Nie każde torfowisko zareaguje w ten sam sposób na ocieplenie, więc badacze potrzebują modeli komputerowych, aby spojrzeć na wszystkie możliwości.
Modelowanie umożliwia naukowcom przybliżenie funkcji torfowisk na obszarach, na których nigdy nie przeprowadzono pomiarów w terenie. Dokładna symulacja zachowania torfowisk pozwoliłaby naukowcom oszacować strumienie węgla i gazów cieplarnianych bez konieczności podejmowania ogromnych wysiłków związanych z odwiedzaniem każdego złoża torfu w terenie.
Ale naukowcy potrzebują danych do zbudowania dokładnych modeli, a zebrane do tej pory dane nie są wystarczająco kompleksowe, aby można je było wykorzystać w symulacjach na dużą skalę. „Dane bez modeli to chaos, ale modele bez danych to fantazja” - mówi Steve Frolking, biogeochemik z University of New Hampshire, który opracowuje modele komputerowe do tego, jak rezerwy torfu reagują na zakłócenia naturalne i ludzkie.
Modele klimatyczne patrzą jednocześnie na małe fragmenty obszaru; komórki siatki modelu o wysokiej rozdzielczości mają rozmiar około 62 mil kwadratowych. Jest to jednak wciąż zbyt duży obszar, aby dokładnie badać zachowanie torfowisk.
Inną kwestią jest to, że każde torfowisko ma charakterystyczne cechy przepływu wody, które są wysoce zależne od lokalnych czynników, takich jak topografia i roślinność. Podobnie jak rozmoczone małe motyle, każde bagno torfowe jest wyjątkowe, a stworzenie modelu komputerowego, który reprezentuje ich zachowanie z drobnych obserwacji naziemnych, prowadzi do ogromnych rozbieżności, gdy stosuje się je w skali globalnej.
„Gdzie się znajdują i jak się ze sobą komunikują, nie jest częścią szczegółów tych modeli”, mówi Frolking. „A dla torfu ma to duży wpływ na jego hydrologię. Kiedy operujesz w skali 100 kilometrów i próbujesz modelować zwierciadło wody w odległości kilku centymetrów, staje się to naprawdę, bardzo trudne. ”
Trzecim problemem jest czas. Torfowiska rozwijają się przez tysiąclecia, podczas gdy większość modeli klimatu działa na przestrzeni stuleci, mówi Thomas Kleinen, globalny modelarz cyklu węglowego w Instytucie Meteorologii Maxa Plancka. Utrudnia to wywnioskowanie warunków rozwoju torfowisk w przyszłości.
Aby naprawdę móc zintegrować torfowiska z globalnymi modelami węgla i klimatu, potrzebne są bardziej kompleksowe mapy, a także więcej danych na temat rodzajów roślin w każdym torfowisku, gdzie i jak gromadzi się woda oraz głębokość złoża.
Przydatne są dane satelitarne, podobnie jak mapy wykonane z danych zebranych przez bezzałogowe statki powietrzne, ale każda z nich ma swoje ograniczenia. Satelity nie mogą wnikać daleko poza gęstą roślinność w dżungli lub w ziemię. I podczas gdy małe kraje, takie jak Brunei, sporządziły mapę wszystkich lasów torfowiskowych za pomocą LiDAR - zamontowanego w samolocie systemu laserowego, który może tworzyć szczegółowe mapy topograficzne lub roślinności, między innymi - rozległe narody z dużymi pieniędzmi, jak Indonezja, raczej nie pójdą w ich ślady.
Cofając przypływ
Gdy naukowcy starają się zebrać więcej danych i poskładać globalne modele klimatu, które obejmują dokładne odwzorowanie torfowisk, trwają wysiłki w celu ograniczenia tempa niszczenia torfu w Azji Południowo-Wschodniej.
Indonezyjska agencja Peatland Restoration Agency, utworzona na początku 2016 roku, ma na celu przywrócenie 4, 9 miliona akrów zdegradowanych torfowisk w ciągu najbliższych pięciu lat poprzez regulację ich wykorzystania. Agencja skataloguje kanały, które zostały już wykopane przez torfowiska, pośredniczy w prawach użytkowania lasów i podniesie świadomość lokalnych mieszkańców na temat korzyści z ochrony mokradeł torfowiskowych. Rząd Norwegii i Agencja Rozwoju Międzynarodowego Stanów Zjednoczonych (USAID) przeznaczyły w sumie 114 mln USD na wysiłki Indonezji.
Prezydent Indonezji Joko Widodo wydał także pod koniec ubiegłego roku dekret zakazujący usuwania wszelkich nowych torfowisk, mimo że obowiązują już lokalne ograniczenia. Silvius z Wetlands International jest sceptycznie nastawiony do zakazu, zwłaszcza że Indonezja wyznaczyła sobie cel podwojenia wydobycia oleju palmowego do 2020 roku. Chociaż są to tereny rolnicze ostatniej szansy, lasy torfowiskowe są jednymi z ostatnich dostępne do uprawy.
A przy powszechnym ubóstwie w okolicy Smithsonian's Dommain dodaje, że oczekiwanie, że region zrezygnuje z lukratywnych zysków z oleju palmowego, jest podobne do proszenia Arabii Saudyjskiej o zaprzestanie pompowania ropy.
„Ludzkie działania rządzą się krótkoterminowymi zyskami, a nie tym, co dzieje się za 10, 50, a nawet 100 lat”, zauważa Dommain. „Trudno dostrzec, że nastąpi znacząca zmiana w tym ukierunkowaniu ekonomicznym”.
Jednak, ponieważ torfowiska o niskiej powierzchni, które obejmują wybrzeża Malezji i Indonezji, są osuszane, aby zrobić miejsce na plantacje, ostatecznie opadną poniżej poziomu morza. Mogłoby to trwale je zalać, czyniąc ziemię nieodpowiednią do jakiegokolwiek rolnictwa.
Istnieją jednak sposoby na zachowanie tych siedlisk przy jednoczesnym wykorzystaniu ich do uprawy roślin. Pomarańcze, rattan, drzewo herbaciane i palma sago to przykłady około 200 upraw, które można uprawiać na bagnach torfowych. Niektóre firmy próbują opracować różnorodne orzechy illipe, od kochającego bagna stenoptera Shorea, z lepszymi plonami. Używany jako zamiennik masła kakaowego w czekoladzie lub w kremach do skóry i włosów, illipe może pewnego dnia pomóc w programach „ponownego zwilżania” osuszonych i zdegradowanych bagien torfowych.
„Rząd indonezyjski widzi teraz, że plan zagospodarowania torfowisk wymaga kłopotów” - mówi Silvius. „Będą musieli to dobrowolnie wycofać, albo z natury zniknie, gdy wszystko zostanie utracone”.
