Jsou zdrojem skleníkových plynů říčky?

Co se děje v sedimentu

Dlouhodobě jsme zkoumali tok říčky Sitky u Olomouce. Zajímal nás koloběh organického uhlíku, a zejména sedimenty dna, které organický uhlík zadržují a transformují. Protože sedimentem proudí voda mnohem pomaleji než v povrchovém toku a spotřeba kyslíku není dostatečně nahrazována přísunem z povrchu, je v pórové (intersticiální) vodě koncentrace kyslíku nízká – a čím hlouběji, tím je nižší. Aerobní procesy, které převládají v povrchové vodě, jsou proto v hlubších částech sedimentů nahrazovány procesy anoxickými a anaerobními. Nejprve jsme se zaměřili na produkty a meziprodukty bakteriálního rozkladu organických látek za anaerobních podmínek, konkrétně jsme zjišťovali koncentraci kyseliny mléčné a octové, které jsou základními prekurzory sulfátové redukce a vzniku metanu. Poměrně vysoké koncentrace těchto kyselin, nalezené i v jinak dobře prokysličených sedimentech Oberer Seebach v Rakousku, nás proto vedly k přesvědčení, že anaerobní procesy v sedimentech jsou běžné a mohou hrát v koloběhu uhlíku důležitou roli. Oxid uhličitý, který v těchto procesech vzniká jako vedlejší produkt, pak může být dále využit k tvorbě metanu, popřípadě unikat společně s metanem, oxidem dusným či sirovodíkem do povrchové vody.

V sedimentech Sitky jsou anaerobní a anoxické procesy odpovědné za více než 80 % veškeré oxidace organické hmoty. Analýzy sedimentů prokázaly, že jak hlubší, tak povrchové sedimenty toku mají poměrně vysokou schopnost produkovat metan a oxid dusný. Odběry vody ze sedimentu Sitky pak prokázaly, že metan zde vzniká celoročně, ale během letního období je jím voda v bahně přesycena. Rovněž denitrifikace v sedimentech je v létě zvýšená a odstraňuje z vody dusičnany vstupující do sedimentu. Rozpuštěný metan s oxidem uhličitým a oxidem dusným pak unikají do povrchové vody, kde jsou unášeny proudem nebo difuzí emitovány do atmosféry. Na rozdíl od stojatých vod je vybublávání plynů v proudivých tocích pravděpodobně nevýznamné. Rychlost toku plynných emisí do atmosféry závisí na parciálním tlaku konkrétního plynu v atmosféře a jeho koncentraci ve vodě, na teplotě a hloubce vody a na rychlosti proudu. Největší emise lze proto očekávat v létě v dobře proudivém úseku.

Není plyn jako plyn

V roce 2005 jsme sledování produkce skleníkových plynů rozšířili na celý tok Sitky, která pramení v Bruntálské vrchovině v Nízkém Jeseníku. Až po Šternberk protéká zalesněným územím a dále již intenzivně obhospodařovanou zemědělskou oblastí. Až na krátké úseky je tok neregulován, lemován vegetací. Asi 5 km severně od Olomouce se Sitka vlévá do Oskavy.

Chtěli jsme odhadnout množství plynných emisí uvolněných tokem za rok. Proto jsme celoročně na pěti lokalitách měřili koncentrace metanu, oxidu uhličitého a oxidu dusného v povrchové i intersticiální vodě a také emise plynů do ovzduší. Dalším lokalitám jsme přiřadili úseky podle charakteru a naměřených emisí (obr. 1) a odhadli jsme vyprodukované emise pro celou plochu toku. Celkové a dílčí roční emise z lokality byly spočteny z průměrů pro jednotlivá roční období.

Předpokládali jsme, že v podélném profilu toku se mění spádové a proudové podmínky, od nichž se odvíjí usazovací rychlost, složení sedimentů a obsah organických látek. Podle toho by dolní úseky toku měly mít sediment s převahou jemnozrnných částic a obsahovat více organických látek, jejichž rozklad bude podporovat větší produkci plynů a jejich vyšší emise. Ukázalo se ale, že to platí pro všechny sledované plyny kromě CO₂, kde byly vysoké emise zjištěny i na horním toku. Asi je to tím, že v horní zalesněné části toku je vysoká heterotrofní aktivita a respirace.

Pravděpodobně nejpřekvapivějším zjištěním našeho výzkumu však byla hodnota  celkové roční emise všech sledovaných plynů. Přestože odhadnutá plocha celého toku je nepatrná, z jeho hladiny bylo ročně v průměru emitováno do ovzduší 211 t skleníkových plynů. Dominantní podíl měl CO₂ s 210 t a zbývající tuna náležela metanu (asi 650 kg) a oxidu dusnému (asi 250 kg).

Velký vliv malé říčky

Vodní toky nejsou doposud považovány za významný zdroj skleníkových plynů, a proto nebývají započteny do globálních bilancí. Výsledky ukazují, že sice vodní toky nedosahují hodnot jako mokřady, ale přesto je v bilancích nelze zanedbat. Kdybychom tedy měli odpovědět na úvodní otázku, musíme přiznat, že toky jsou významnými emitenty skleníkových plynů. Roční produkce oxidu uhličitého ze Sitky odpovídá množství emisí téhož plynu vyprodukovaných automobilem během 1,3 milionu km jízdy. Nestojí tedy za úvahu se tím zabývat?

Výsledky byly získány s podporou Národního projektu výzkumu NPV II 2B06101 a projektu GA ČR 526/09/1639.