전 세계 사막(deserts)이 인간 활동으로 배출되는 기후를 변화시키는 이산화탄소(carbon dioxide)의 일부를 저장할 수 있다고 새로운 연구는 제안했다. 사막 아래 광대한 대수층(aquifer, 지하수를 품고 있는 지층)은 육지의 모든 식물보다 더 많은 탄소를 보유할 수 있다고 동 연구는 밝혔다.

인간은 화석 연료의 연소와 벌채를 통하여 대기로 이산화탄소를 추가한다. 이러한 탄소의 약 40%는 대기에 남아 있으며, 약 30%는 해양으로 유입된다고 미국 UCAR(University Corporation for Atmospheric Research)은 밝혔다. 과학자들은 남아 있는 탄소가 육상의 식물에 흡수된다고 생각해왔지만, 실제로 수행된 측정은 남아 있는 탄소의 모든 양을 흡수할 수 없다는 것을 보여주었다. 과학자들은 부가적인 탄소가 소위 소실된 탄소 싱크(missing carbon sink, 소실된 탄소 흡수계)라고 불리는 육지의 장소를 찾았다.

새로운 연구는 이러한 탄소의 일부가 관개(irrigation)에 의해 악화되는 공정으로 전 세계 사막의 아래로 사라질 것이라고 제안했다. 과학자들은 중국 사막을 통과하는 물의 흐름을 조사하여, 대기로부터 유래한 탄소가 농작물에 의해 흡수되어 토양으로 배출되며, 농업이 2000년 전 특정 지역에 유입될 때 시작된 공정인 지하수를 통하여 지하로 이동한다는 것을 확인했다.

지하 대수층은 탄소가 대기로 다시 배출될 수 없는 지역인 깊은 사막 아래에 용해된 탄소를 저장한다고 새로운 연구는 제안했다.

이 연구는 농업이 이전에 생각했던 것 보다 약 14배 더 많은 탄소를 저장하기 때문에, 매년 이러한 지하 사막 대수층으로 탄소가 유입되는 것으로 추정했다. 이 지하 저장소는 북미 크기를 덮을 수 있는 것으로, 과학자들이 찾고 있는 소실된 탄소 싱크의 최소 비율로 추산될 수 있다.

탄소는 모래의 두꺼운 층에 의해 덮여 있는 사막 아래의 지질 구조(geological structure)에 저장되고, 결코 대기로 복귀하지 않는다고 중국 신장의 우루무치(Urumqi)에 위치한 중국 과학원(Chinese Academy of Sciences) 소속의 사막 생물지구화학자인 Yan Li는 밝혔다. Yan Li는 Geophysical Research Letters에 발표된 관련 연구의 주저자이다.

탄소 싱크의 위치를 아는 것은 미래 기후 변화를 예측하고 지구 탄소 수지 또는 인간이 지구 기온에 주요 변화를 초래하지 않고 연소시킬 수 있는 화석 연료의 양에 대한 계산을 강화시키기 위하여 사용되는 모델을 개선할 수 있다고 동 논문의 저자들은 밝혔다.

비록 전 세계에 수많은 소실된 탄소 싱크가 있다고 하더라도, 사막 대수층(desert aquifer)은 중요한 저장소가 될 수 있다고 이 연구에는 참여하지 않았던 캘리포니아 대한 리버사이드 캠퍼스(University of California-Riverside) 산하 보존 생물학 연구소(Center for Conservation Biology) 소속의 토양 생태학자인 Michael Allen은 밝혔다.

만약 농부와 물 관리자가 심하게 관개된 내륙 사막이 전 세계 탄소를 저장하는 역할을 이해한다면, 그들이 얼마나 많은 탄소가 이러한 지하 저장소로 유입되는가를 변경할 수 있을 것이라고 Michael Allen은 밝혔다. 이것은 농부와 관리자들이 탄소 수지 문제를 해결하는데 중요한 역할을 할 수 있는 실용적인 단계를 수행할 수 있음을 의미한다고 Michael Allen은 밝혔다.

어느 위치의 사막이 여분의 탄소를 감추고 있는지를 규명하기 위하여, Yan Li와 그의 동료 연구진은 베네수엘라 크기의 중국 신장에 위치한 타림 분지(Tarim Basin)로부터 수거한 물 시료를 분석했다. 산악 지대 주변에 있는 하천으로부터 배수된 물은 분지 중앙에 사막을 에워싸는 농가를 지원한다. 연구진은 각 물 시료에서 탄소의 양을 측정하고, 물이 지하에서 얼마나 오래 있었는지를 계산하기 위하여 탄소의 나이(age of the carbon)를 산출했다.

연구는 물에 용해되어 있는 이산화탄소의 양이 관개된 지역을 통과하여 여과될 때 2배로 증가한다는 것을 보여주었다. 과학자들은 공기 중 이산화탄소가 사막 농작물에 의해 흡수됐다는 사실을 제안했다. 이러한 탄소 중 일부는 식물의 뿌리를 통하여 토양으로 배출된다. 동시에, 미생물 역시 미생물이 당을 분해할 때, 토양에 이산화탄소를 추가한다. 건조한 사막에서 이산화탄소 기체는 토양을 빠져 나와 대기로 유입된다. 그러나 건조 농가(arid farms)에 대하여, 뿌리와 미생물에 의해 배출된 이산화탄소는 관개수(irrigation water)에 의해 흡수된다고 새로운 연구는 밝혔다.

비록 탄소 매장의 이러한 공정이 자연적으로 발생한다고 하더라도, 과학자들은 매년 타림 사막 아래로 사라지는 탄소의 양이 농업을 이유로 거의 12배 더 높아지는 것으로 추산했다. 연구진은 타림 사막에 사막 대수층으로 유입되는 탄소의 양은 농경이 개시되어 번성하기 시작한 실크 로드 주변에서 급증했다는 것을 확인했다.

탄소가 풍부한 물이 농가와 하천 인근 대수층으로 흘러 들어간 후, 이러한 물은 사막의 중심 쪽 옆으로 이동하고, 이 공정은 대략 10,000년의 시간이 소요된다. 물에 용해된 특정 탄소는 수천 년 동안 남아 있는 사막 중심으로 대수층을 통과하여 흐를 때 지하에 남아 있다고 동 연구는 제안했다.

탄소가 역사적으로 사막으로 유입되는 다양한 비율을 기반으로, 연구의 저자들은 200억 미터톤의 탄소가 타림 분지 사막 아래 저장되는 것으로 추정했다. 대수층에 용해된 탄소는 북미 오대호에 보유하고 있는 물의 약 10배이다. 연구의 저자는 전 세계 사막 대수층이 탄소의 육상에 살아 있는 식물에 저장된 양보다 25% 더 많은 약 1조 미터톤의 탄소를 함유하고 있는 것으로 추정했다.

Yan Li는 물 이동 유형과 관련된 더 많은 정보와 다른 사막 지역으로부터 탄소 측정이 지구 주변의 사막 아래 저장된 탄소의 추정을 개선하는데 필요하다고 밝혔다.

[출처 = KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』/ 2015년 8월 3일]

 

 

The world's deserts may be storing some of the climate-changing carbon dioxide emitted by human activities, a new study suggests. Massive aquifers underneath deserts could hold more carbon than all the plants on land, according to the new research.

Humans add carbon dioxide to the atmosphere through fossil fuel combustion and deforestation. About 40 percent of this carbon stays in the atmosphere and roughly 30 percent enters the ocean, according to the University Corporation for Atmospheric Research. Scientists thought the remaining carbon was taken up by plants on land, but measurements show plants don't absorb all of the leftover carbon.

Scientists have been searching for a place on land where the additional carbon is being stored—the so-called "missing carbon sink."

The new study suggests some of this carbon may be disappearing underneath the world's deserts - a process exacerbated by irrigation. Scientists examining the flow of water through a Chinese desert found that carbon from the atmosphere is being absorbed by crops, released into the soil and transported underground in groundwater—a process that picked up when farming entered the region 2,000 years ago.

Underground aquifers store the dissolved carbon deep below the desert where it can't escape back to the atmosphere, according to the new study.

The new study estimates that because of agriculture roughly 14 times more carbon than previously thought could be entering these underground desert aquifers every year. These underground pools that taken together cover an area the size of North America may account for at least a portion of the "missing carbon sink" for which scientists have been searching.

"The carbon is stored in these geological structures covered by thick layers of sand, and it may never return to the atmosphere," said Yan Li, a desert biogeochemist with the Chinese Academy of Sciences in Urumqi, Xinjiang, and lead author of the study accepted for publication in Geophysical Research Letters, a journal of the American Geophysical Union. "It is basically a one-way trip."

Knowing the locations of carbon sinks could improve models used to predict future climate change and enhance calculations of the Earth's carbon budget, or the amount of fossil fuels humans can burn without causing major changes in the Earth's temperature, according to the study's authors.

Although there are most likely many missing carbon sinks around the world, desert aquifers could be important ones, said Michael Allen, a soil ecologist from the Center for Conservation Biology at the University of California-Riverside who was not an author on the new study.

If farmers and water managers understand the role heavily-irrigated inland deserts play in storing the world's carbon, they may be able to alter how much carbon enters these underground reserves, he said.

"This means [managers] can take practical steps that could play a role in addressing carbon budgets," said Allen.

To find out where deserts tucked away the extra carbon, Li and his colleagues analyzed water samples from the Tarim Basin, a Venezuela-sized valley in China's Xinjiang region. Water draining from rivers in the surrounding mountains support farms that edge the desert in the center of the basin.

The researchers measured the amount of carbon in each water sample and calculated the age of the carbon to figure out how long the water had been in the ground.

The study shows the amount of carbon dioxide dissolved in the water doubles as it filters through irrigated fields. The scientists suggest carbon dioxide in the air is taken up by the desert crops. Some of this carbon is released into the soil through the plant's roots. At the same time, microbes also add carbon dioxide to the soil when they break down sugars in the dirt. In a dry desert, this gas would work its way out of the soil into the air. But on arid farms, the carbon dioxide emitted by the roots and microbes is picked up by irrigation water, according to the new study.

In these dry regions, where water is scarce, farmers over-irrigate their land to protect their crops from salts that are left behind when water used for farming evaporates. Over-irrigating washes these salts, along with carbon dioxide that is dissolved in the water, deeper into the earth, according to the new study.

 

Although this process of carbon burial occurs naturally, the scientists estimate that the amount of carbon disappearing under the Tarim Desert each year is almost 12 times higher because of agriculture. They found that the amount of carbon entering the desert aquifer in the Tarim Desert jumped around the time the Silk Road, which opened the region to farming, begin to flourish.

After the carbon-rich water flows down into the aquifer near the farms and rivers, it moves sideways toward the middle of the desert, a process that takes roughly 10,000 years.

Any carbon dissolved in the water stays underground as it makes its way through the aquifer to the center of the desert, where it remains for thousands of years, according to the new study.

Based on the various rates that carbon entered the desert throughout history, the study's authors estimate 20 billion metric tons (22 billion U.S. tons) of carbon is stored underneath the Tarim Basin desert, dissolved in an aquifer that contains roughly 10 times the amount of water held in the North American Great Lakes.

The study's authors approximate the world's desert aquifers contain roughly 1 trillion metric tons (1 trillion U.S. tons) of carbon—about a quarter more than the amount stored in living plants on land.

Li said more information about water movement patterns and carbon measurements from other desert basins are needed to improve the estimate of carbon stored underneath deserts around the globe.

Allen said the new study is "an early foray" into this research area. "It is as much a call for further research as a definitive final answer," he said.

[원문출처 : http://phys.org/news/2015-07-carbon-world.html]