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Tom Battin
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Half of global methane emissions come from highly variable aquatic ecosystem sources

Judith Rosentreter et al.Apr 1, 2021
Atmospheric methane is a potent greenhouse gas that plays a major role in controlling the Earth’s climate. The causes of the renewed increase of methane concentration since 2007 are uncertain given the multiple sources and complex biogeochemistry. Here, we present a metadata analysis of methane fluxes from all major natural, impacted and human-made aquatic ecosystems. Our revised bottom-up global aquatic methane emissions combine diffusive, ebullitive and/or plant-mediated fluxes from 15 aquatic ecosystems. We emphasize the high variability of methane fluxes within and between aquatic ecosystems and a positively skewed distribution of empirical data, making global estimates sensitive to statistical assumptions and sampling design. We find aquatic ecosystems contribute (median) 41% or (mean) 53% of total global methane emissions from anthropogenic and natural sources. We show that methane emissions increase from natural to impacted aquatic ecosystems and from coastal to freshwater ecosystems. We argue that aquatic emissions will probably increase due to urbanization, eutrophication and positive climate feedbacks and suggest changes in land-use management as potential mitigation strategies to reduce aquatic methane emissions. Methane emissions from aquatic systems contribute approximately half of global methane emissions, according to meta-analysis of natural, impacted and human-made aquatic ecosystems and indicating potential mitigation strategies to reduce emissions.
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Current systematic carbon-cycle observations and the need for implementing a policy-relevant carbon observing system

Philippe Ciais et al.Jul 3, 2014
Abstract. A globally integrated carbon observation and analysis system is needed to improve the fundamental understanding of the global carbon cycle, to improve our ability to project future changes, and to verify the effectiveness of policies aiming to reduce greenhouse gas emissions and increase carbon sequestration. Building an integrated carbon observation system requires transformational advances from the existing sparse, exploratory framework towards a dense, robust, and sustained system in all components: anthropogenic emissions, the atmosphere, the ocean, and the terrestrial biosphere. The paper is addressed to scientists, policymakers, and funding agencies who need to have a global picture of the current state of the (diverse) carbon observations. We identify the current state of carbon observations, and the needs and notional requirements for a global integrated carbon observation system that can be built in the next decade. A key conclusion is the substantial expansion of the ground-based observation networks required to reach the high spatial resolution for CO2 and CH4 fluxes, and for carbon stocks for addressing policy-relevant objectives, and attributing flux changes to underlying processes in each region. In order to establish flux and stock diagnostics over areas such as the southern oceans, tropical forests, and the Arctic, in situ observations will have to be complemented with remote-sensing measurements. Remote sensing offers the advantage of dense spatial coverage and frequent revisit. A key challenge is to bring remote-sensing measurements to a level of long-term consistency and accuracy so that they can be efficiently combined in models to reduce uncertainties, in synergy with ground-based data. Bringing tight observational constraints on fossil fuel and land use change emissions will be the biggest challenge for deployment of a policy-relevant integrated carbon observation system. This will require in situ and remotely sensed data at much higher resolution and density than currently achieved for natural fluxes, although over a small land area (cities, industrial sites, power plants), as well as the inclusion of fossil fuel CO2 proxy measurements such as radiocarbon in CO2 and carbon-fuel combustion tracers. Additionally, a policy-relevant carbon monitoring system should also provide mechanisms for reconciling regional top-down (atmosphere-based) and bottom-up (surface-based) flux estimates across the range of spatial and temporal scales relevant to mitigation policies. In addition, uncertainties for each observation data-stream should be assessed. The success of the system will rely on long-term commitments to monitoring, on improved international collaboration to fill gaps in the current observations, on sustained efforts to improve access to the different data streams and make databases interoperable, and on the calibration of each component of the system to agreed-upon international scales.
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Unraveling assembly of stream biofilm communities

Katharina Besemer et al.Jan 12, 2012
Abstract Microbial biofilms assemble from cells that attach to a surface, where they develop into matrix-enclosed communities. Mechanistic insights into community assembly are crucial to better understand the functioning of natural biofilms, which drive key ecosystem processes in numerous aquatic habitats. We studied the role of the suspended microbial community as the source of the biofilm community in three streams using terminal-restriction fragment length polymorphism and 454 pyrosequencing of the 16S ribosomal RNA (rRNA) and the 16S rRNA gene (as a measure for the active and the bulk community, respectively). Diversity was consistently lower in the biofilm communities than in the suspended stream water communities. We propose that the higher diversity in the suspended communities is supported by continuous inflow from various sources within the catchment. Community composition clearly differed between biofilms and suspended communities, whereas biofilm communities were similar in all three streams. This suggests that biofilm assembly did not simply reflect differences in the source communities, but that certain microbial groups from the source community proliferate in the biofilm. We compared the biofilm communities with random samples of the respective community suspended in the stream water. This analysis confirmed that stochastic dispersal from the source community was unlikely to shape the observed community composition of the biofilms, in support of species sorting as a major biofilm assembly mechanism. Bulk and active populations generated comparable patterns of community composition in the biofilms and the suspended communities, which suggests similar assembly controls on these populations.
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