Создание бобровых запруд заставило водоемы накопить почти в 200 раз больше углерода по сравнению с обычным ручьем. Заболачивание местности перенаправило растворенный в воде неорганический углерод глубоко в грунтовые воды и донные отложения, предотвратив их попадание в атмосферу и Мировой океан.
Реки и ручьи играют важную роль в глобальном углеродном цикле: они переносят органику с суши в крупные водоемы и выделяют парниковые газы в атмосферу. С возвращением евразийского бобра (Castor fiber) в Европу речные ландшафты начали меняться, однако биологи не понимали итоговый климатический эффект этих перемен.
Долгое время экологи предполагали, что бобровые запруды могут усиливать глобальное потепление из-за выбросов метана от гниющего затопленного леса. Однако в этих расчетах систематически упускали из виду подземные потоки растворенного неорганического углерода (dissolved inorganic carbon, DIC).
Авторы исследования, опубликованного в журнале Communications Earth & Environment, изучили 800-метровый участок ручья на севере Швейцарии. Бобры построили там плотину в 2010 году. Исследователи измерили все потоки углерода на поверхности и под землей. Они запустили дроны для картографирования растительности, а также установили плавающие и наземные газовые камеры для фиксации выбросов углекислого газа и метана с воды, грязи и мертвой древесины.
Скрытые подземные утечки воды отследили с помощью солевых маркеров: ученые сбрасывали хлорид натрия в ручей и замеряли изменение электропроводности ниже по течению. Состав донных отложений и лесных почв проверили с помощью бурения кернов. Образцы разделили на горизонты «до» и «после» появления бобров, затем сожгли методом пиролиза для оценки доли углерода. На основе полученных данных биологи построили математическую модель, описывающую гидрологию этого же ручья без бобрового вмешательства.
Анализ показал, что бобровое угодье работает как мощный климатический сток: за год заболоченный участок удержал 98,3 тонны углерода. Модель ручья в его первоначальном виде (без плотины) показала удержание всего 0,5 тонны, то есть почти в 200 раз меньше.
Главным образом накапливался растворенный неорганический углерод, который приносило течением сверху. Плотина подняла уровень воды и создала гидравлическое давление, которое выдавило воду вместе с углеродом в проницаемые гравийные горизонты под землей. Высокий уровень pH воды (от 6,65 до 8,59) удержал этот углерод в форме бикарбоната, не дав ему испариться в виде углекислого газа, а бескислородная среда на дне помогла части углерода осесть в виде твердых минералов.
Опасения экологов по поводу выделения метана не подтвердились: на долю этого газа пришлось менее 0,1% от всего углеродного баланса системы. Ученые связывают это с отсутствием торфа и наличием сульфатов и железа, которые подавляют метаногенез в умеренном климате. Летом пересыхающие участки водоема активно выделяли углекислый газ, но обильное зимнее и весеннее накопление полностью перекрыло эти потери. Расчеты показали, что за 33 года существования (до полного заиливания) одна такая запруда накопит до 1194 тонн стабильного углерода.
Перестраивая ландшафт под свои нужды, бобры физически превращают малые реки в активные накопители углерода. Животные перенаправляют химические потоки из быстрого поверхностного водостока глубоко в почву, меняя биогеохимию и круговорот веществ в речных коридорах.